■ 李歧林 徐德寬 郭紅奎/ 中國人民解放軍338部隊 國營錦江機器廠

1 故障現(xiàn)象

某型直升機更換主減速器后，地面試車啟動過程中主減速器內(nèi)有振動，同時伴隨著直升機抖動，因此立即終止啟動。近年來，該型直升機啟動過程中多次出現(xiàn)主減速器自由行程離合器撞擊故障，且故障多發(fā)生在第一臺發(fā)動機啟動并帶動主減速器轉(zhuǎn)動的瞬間。輕度撞擊會導(dǎo)致自由行程離合器零件接觸表面產(chǎn)生壓痕，重度撞擊會導(dǎo)致自由行程離合器脫開，使發(fā)動機無法帶動主減速器轉(zhuǎn)動，必須對自由行程離合器進行拆卸修理。

2 自由行程離合器結(jié)構(gòu)及工作原理

該型直升機配裝的主減速器有兩個滾棒式自由行程離合器，主要由主動軸、滾棒、保持架和從動軸等組成。主動軸上均勻分布16個滾棒平臺，從動軸內(nèi)壁加工有軸承滾道，主動軸和從動軸之間裝有帶保持架的16個滾棒（見圖1）。該離合器的功能是在發(fā)動機與主減速器之間單向傳遞功率，當(dāng)發(fā)動機正常工作且轉(zhuǎn)速大于旋翼轉(zhuǎn)速時，將發(fā)動機功率牢靠地傳給旋翼；當(dāng)發(fā)動機停車或旋翼進入自轉(zhuǎn)狀態(tài)時，將主減速器與發(fā)動機脫開，使旋翼自轉(zhuǎn)時不會反向帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，以減少旋翼自轉(zhuǎn)時的能量消耗，并保證發(fā)動機能夠再次啟動。

圖1 離合器主、從動軸裝配示意圖

如圖2所示，當(dāng)發(fā)動機帶動離合器主動軸旋轉(zhuǎn)時，如果主動軸轉(zhuǎn)速n1大于從動軸轉(zhuǎn)速n2（即n1＞n2），離合器滾棒在離心力和滾棒平臺的推力作用下，進入滾棒平臺高處，離合器主動軸滾棒平臺與離合器從動軸滾道將16個滾棒緊緊夾住，保持架在撥桿和彈簧的作用下將滾棒保持在平臺上，使離合器主動軸、滾棒、從動軸成為一體，此時主動軸轉(zhuǎn)速n1與從動軸轉(zhuǎn)速n2相等，發(fā)動機輸出的扭矩完全由離合器滾棒與從動軸內(nèi)壁的摩擦力對從動軸形成的摩擦力矩來傳遞，此時離合器接通（壓氣機渦輪轉(zhuǎn)速達到20%～25%）；當(dāng)主動軸減速或停止轉(zhuǎn)動時（即發(fā)動機停止工作時），由于旋翼和傳動機構(gòu)的慣性作用，從動軸將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并超過主動軸轉(zhuǎn)速（即n1＜n2），主動軸與從動軸產(chǎn)生相對運動，滾棒在從動軸內(nèi)壁摩擦力的作用下，克服彈簧施加給保持架的扭力，帶動保持架逆時針轉(zhuǎn)動，從而推動滾棒使其位移至主動軸滾棒平臺低凹處，此時離合器斷開。

圖2 自由行程離合器工作原理示意圖

3 故障原因分析

主減速器離合器撞擊是指離合器主動軸與從動軸之間發(fā)生瞬間猛烈接通，此時直升機會伴隨出現(xiàn)短時振動或晃動現(xiàn)象，離合器撞擊具有載荷大、沖擊性強、時間短、危害大等特點。在發(fā)生撞擊之前，離合器主、從動軸之間具有較大轉(zhuǎn)速差，而離合器主動軸的轉(zhuǎn)速遠大于從動軸的轉(zhuǎn)速是離合器撞擊必須具備的條件。離合器撞擊故障是該型主減速器常發(fā)性故障，是影響其制造和修理質(zhì)量的兩大頑疾之一。據(jù)統(tǒng)計，近年僅國內(nèi)就發(fā)生了22起撞擊故障。為此，對收集的22起自由行程離合器撞擊故障進行統(tǒng)計分析，總結(jié)故障原因主要與以下幾個方面有關(guān)。

3.1 機上裝配質(zhì)量

主減速器和發(fā)動機采用剛性連接方式，發(fā)動機產(chǎn)生的扭矩通過發(fā)動機彈性軸和主減速器球面套齒聯(lián)軸節(jié)傳遞給自由行程離合器的主動軸。剛性連接的優(yōu)點是發(fā)動機的功率傳遞穩(wěn)定可靠，缺點是軸向和徑向補償能力弱，對發(fā)動機和主減速器連接的同軸度精度要求比較高。安裝發(fā)動機時，發(fā)動機彈性軸與離合器主動軸球形套齒的同軸度不良，很容易導(dǎo)致自由行程離合器在工作中產(chǎn)生較大的振動，從而引起撞擊故障。

3.2 修理質(zhì)量控制

該型主減速器總壽命為6000h，維修周期為1000h/8年，整個壽命期內(nèi)需多次返廠進行大修，使用過程中發(fā)生較大故障時也需返廠進行排故修理。大修過程中，自由行程離合器所有轉(zhuǎn)動零部件都需進行嚴格的尺寸檢查，修復(fù)磨損部位，精選配套；打磨保持架、撥桿和卡圈等接觸面因黏結(jié)和磨損引起的表面凸起，控制表面質(zhì)量及粗糙度；安裝主動軸時，為防止零件損傷，不應(yīng)用力過大或撞擊，安裝后需手動檢查自由行程離合器接通和斷開是否自由靈活；應(yīng)從嚴控制外球面殼體球軸承安裝面與離合器從動軸滾道面的同軸度。以上各個修理環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制達不到標(biāo)準，都會導(dǎo)致離合器在工作中產(chǎn)生較大的振動，從而引起撞擊故障。

3.3 外界環(huán)境因素

該型主減速器使用的潤滑油牌號為Б-3?；驀a(chǎn)926號合成航空潤滑油，最大添加量不大于39L。926號合成航空潤滑油的特性曲線如圖3所示，100℃時的運動黏度為5.03mm2/s，-40℃時為9626mm2/s。由此可見，其運動黏度隨溫度的下降而急劇增大。從外場對主減速器自由行程離合器撞擊故障的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，發(fā)生故障的時機主要集中在高原、高緯度地區(qū)的秋冬季直升機首次啟動時，此時外界氣溫比較低，主減速器內(nèi)潤滑油溫度低、運動黏度較大，主減速器自由行程離合器及其他轉(zhuǎn)動部件的摩擦力增大，在帶轉(zhuǎn)瞬間自由行程離合器承受的載荷最大，最容易發(fā)生撞擊故障。

圖3 926滑油特性曲線

3.4 使用過程磨損

在主減速器裝機使用過程中，自由行程離合器的滾棒與保持架窗口端面、主動軸斜面、從動軸的滑道表面存在滾動摩擦、擠壓等接觸，易產(chǎn)生磨損，使活動零件接觸面之間的間隙逐漸加大。尤其是使用達到規(guī)定的維修周期和總壽命后期，相互之間的間隙持續(xù)加大，在工作過程中易發(fā)生相對滑動，從而產(chǎn)生接觸撞擊，嚴重時發(fā)生撞擊脫落故障。

4 建議對策

4.1 嚴格控制修理質(zhì)量

在自由行程離合器修理過程中，應(yīng)嚴格按照修理工藝規(guī)程，仔細檢查花鍵套筒、從動軸滾道、滾棒、保持架等零件的尺寸和表面狀況，修復(fù)表面損傷或磨損部位，更換損傷或磨損嚴重而無法修復(fù)的零件；從嚴選配滾棒，控制每組16個滾棒直徑之間的互差不大于0.005mm，保持架配合面、撥桿配合面和從動軸滾道的直徑互差分別不大于0.06mm、0.03mm和0.01mm；確保滾棒和保持架之間、滾棒和主動軸斜面之間的配合間隙；按順序號標(biāo)記將滾棒裝配到自由行程離合器主動軸的尾段，滾棒的號碼應(yīng)與主動軸滑道上的號碼一致；為了防止自由行程離合器零件損傷，安裝主動軸時不應(yīng)用力過大或撞擊，保證主動軸與從動軸的同軸度不大于0.20mm，裝配完成后手動檢查自由行程離合器接通和斷開是否自由靈活。

4.2 提高機上裝配質(zhì)量

在更換發(fā)動機或主減速器時，當(dāng)發(fā)動機與主減速器脫開后，如果發(fā)現(xiàn)發(fā)動機輸出軸外花鍵有損傷，則應(yīng)檢查主減速器自由行程離合器與輸出軸相連接的內(nèi)花鍵是否存在損傷。如果發(fā)現(xiàn)自由行程離合器套筒內(nèi)花鍵有損傷，應(yīng)向主減速器制造或修理企業(yè)咨詢該主減速器是否可以繼續(xù)使用。

安裝主減速器前，首先應(yīng)清除球形件蓋端面和用千分墊測量間隙位置的軸頸盤上的漆層，并涂上ACM-3油脂或炮脂，以保證發(fā)動機和主減速器的同軸度檢查的精確度。安裝發(fā)動機時，在發(fā)動機輸出軸與主減速器自由行程離合器主動軸的對接過程中，應(yīng)確保發(fā)動機輸出軸與自由行程離合器主動軸之間的角度不超過30′，通過調(diào)節(jié)固定拉桿來保證配合角度；當(dāng)發(fā)動機輸出軸推進到自由行程離合器花鍵套筒時，不允許發(fā)動機擺動和劇烈晃動；絕對禁止置換和改變自由行程離合器球形件蓋和球形件殼體的位置，應(yīng)嚴格保持這些零件上的標(biāo)記；準確測量發(fā)動機與主減速器的同軸度，盡量獲得最小差值。

4.3 加強使用維護質(zhì)量

1）做好防寒加溫工作

直升機在高緯度、高海拔地域秋冬季使用，每日首次啟動發(fā)動機時，應(yīng)通過適當(dāng)盤槳或用熱風(fēng)機對主減速器進行加溫，來提高滑油溫度，降低滑油黏度，減小摩擦力，從而降低自由行程離合器接通瞬間的撞擊載荷，避免自由行程離合器的撞擊故障。根據(jù)該型主減速器維護手冊的規(guī)定，當(dāng)主減速器沉淀槽內(nèi)的滑油溫度低于-40℃時，啟動發(fā)動機前應(yīng)用熱空氣為主減速器加溫至沉淀槽內(nèi)的滑油溫度升高到15℃以上，加溫時間不得少于20min，送入主減速器艙內(nèi)的熱空氣溫度應(yīng)控制在70～80℃。

2）加強觀察和檢查

在發(fā)動機首次開車或試車間隔20min以上時，應(yīng)先用手順時針（沿飛行方向）轉(zhuǎn)動發(fā)動機自由渦輪葉片15～20圈，若渦輪葉片轉(zhuǎn)動順暢、無卡滯及異常聲音，表明發(fā)動機與主減速器自由行程離合器脫開情況正常；其次，逆時針轉(zhuǎn)動自由渦輪葉片，若轉(zhuǎn)動力較大時旋翼槳葉同時被轉(zhuǎn)動，表明發(fā)動機與主減速器自由行程離合器接通情況正常。

啟動發(fā)動機時，當(dāng)發(fā)動機壓氣機渦輪轉(zhuǎn)速達到20%～25%而旋翼沒有轉(zhuǎn)動時，應(yīng)立即終止啟動，然后用手轉(zhuǎn)動剛啟動發(fā)動機自由渦輪葉片以進一步確認，如順逆時針均能輕松自由轉(zhuǎn)動，說明與該發(fā)動機連接的自由行程離合器已失效，需返廠修理或更換自由行程離合器。

啟動發(fā)動機時，如果主減速器內(nèi)有振動，同時伴隨著直升機抖動，應(yīng)立即終止啟動。首先拆下發(fā)動機，檢查發(fā)動機輸出軸，如果輸出軸無扭轉(zhuǎn)以及花鍵崩刃情況，再拆下自由行程離合器，檢查從動軸滑道是否有壓坑、劃痕、缺口、裂紋、硬化等損傷，若滑道良好，則更換自由行程離合器；當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸出軸有扭轉(zhuǎn)、花鍵崩刃或從動軸滑道上有上述損傷，則應(yīng)更換主減速器。

3）柔和使用旋翼剎車

發(fā)動機停車后，旋翼槳葉仍在慣性轉(zhuǎn)動過程中，應(yīng)嚴格按照維護手冊的規(guī)定，在旋翼轉(zhuǎn)速降至10%以下時柔和使用旋翼剎車，防止因剎車時旋翼轉(zhuǎn)速偏大或剎車操作過猛，造成自由行程離合器彈簧卡滯在撥桿孔內(nèi)，引起離合器失效。

4）嚴格定期檢查工作

定期檢查發(fā)動機與主減速器連接的同軸度，按左小右大，上小下大，上下、左右的互差應(yīng)不大于0.15mm的最佳調(diào)整方案，對發(fā)動機與主減速器連接的同軸度進行及時修正；定期檢查旋翼剎車盤與剎車片的間隙，如檢查發(fā)現(xiàn)旋翼剎車間隙不符合0.2～0.5mm的規(guī)定，應(yīng)及時進行調(diào)整。