直升机减速器齿轮磨损技术研究

直升机减速器齿轮磨损技术研究

秦艳波，张明弟，石磊

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江省哈尔滨市，150000

摘要：直升机最危险的故障之一就是减速器齿轮故障，这种故障通常会导致灾难性的坠毁事故。齿轮是直升机传动系统中重要的零部件，在直升机工业上得到广泛应用。直升机减速器齿轮在动力传递过程中一般要承受一定的载荷，且转速比较高，因此，往往会造成齿轮的磨损或其它故障而导致齿轮提前失效。本文对直升机减速器齿轮磨损进行了深入研究，通过剖析实际的故障问题，总结了一种关于直升机减速器齿轮磨损故障处理方法。

关键词：直升机；减速器；齿轮磨损；故障处理方法

1  概述

磨损是直升机减速器齿轮的三种主要破坏形式（磨损、腐蚀和断裂）之一，齿轮副啮合传动时，相互啮合齿面在接触状态下相对运动，都会产生摩擦，磨损就是摩擦的结果。如果啮合齿面受到了损伤，轻者使受损齿面部分失去其应有的功能，重者会完全丧失其使用性。由此可见，磨损是降低齿轮传动工作效率、准确度甚至使其报废的一个重要原因，因此，分析齿轮磨损及其啮合齿面损伤的规律和原因，对提高齿轮耐磨性、延长齿轮寿命具有重要的意义。

2.直升机减速器齿轮磨损故障

通常情况下，直升机主减速器在试车后会重点检查齿面印痕状态，检查齿面动态印痕及齿面磨损情况，大多数的齿面磨损问题会在这时候暴露出来。

如在试车后分解检查时，发现主减输入级主动锥齿轮与从动锥齿轮齿面状态呈现点状或片状亮印，对于齿面点状亮印，目视检查时齿面氧化层基本完好，仅部分区域呈现小亮点，笔触无深度，体式镜检查时齿面状态良好，磨齿加工痕迹完整连续，仅在亮点区域齿高方向略有亮痕，对于齿面的片状亮印，其严重程度表现为不同形式，可分为轻微和严重两种情况。

（1）轻微片状亮印

一般片状亮印通常位于齿面静态印痕区域，笔触有轻度手感，但未产生剥落，在体式镜下特征为：整个齿面啮合区大部分颜色基本无变化，啮合中间白色区域变宽，颜色变化区域的磨齿痕迹及喷丸特征基本消失，存在齿高方向轻微磨痕。

（2）严重片状亮印

严重片状亮印笔触手感明显，目视检查时亮印区域较大、较亮，一般可包含静态印痕区域，严重时部分位置可能有凹坑手感。在体式镜下特征为：整个齿面啮合区大部分颜色基本无变化，啮合中间白色区域变宽，颜色变化区域磨齿痕迹及喷丸特征消失，存在齿高方向沟槽痕迹。

3 故障处理方法

直升机减速器齿轮一旦出现齿面异常磨损，就应从设计、加工制造、装配、试验等几个方面查找原因，从设计角度来说，齿轮材料选择是否合理、润滑条件是否满足齿轮啮合要求以及齿轮结构的强度等;从制造角度来说，啮合齿轮的加工质量、支撑机匣的加工质量、润滑系统零部件加工质量是否符合图纸要求；从装配角度来说，啮合齿轮是否按图纸要求装配到位，齿轮侧隙是否合格，调整垫计算是否正确，定位轴承是否安装到位等；从试验角度上来说，车台与主减速器的匹配性是否良好、加载是否按操作规程、润滑条件是否符合要求等。直升机减速器齿轮异常磨损的主要影响因素。

在进行直升机减速器齿轮磨损原因排查时，应按照上述原则建立故障树，绘制齿轮磨损原因排查的流程图，这样有助于快速排查出齿轮磨损原因。

针对直升机减速器齿轮亮印磨损问题，采用上述故障树的方法来分析齿轮亮印磨损原因，并采取相应的解决措施来控制齿轮亮印磨损。建立直升机减速器齿轮亮印磨损问题故障树如图所示。

齿面亮印磨损问题故障树

按照故障树进行排查及验证，无关的底事件被排除，焦点逐渐聚集到齿轮自身，同时对亮印的性质及产生的机理有了新的认知，具体排查过程如下：

1）通过对车台加载系统复查以及其他未发生亮印的主减试车验证，排除车台及装配原因，车台可正常开展试车工作；

2）对出现亮印的齿轮进行剖切检查，齿面硬度及渗层深度等热处理指标均在合格范围内且较中值偏高一些，因此排除齿轮材料及热处理原因。

3）对出现亮印的齿轮齿面进行粗糙度测量，数据均比较好，大部分在0.15左右，选取了一件粗糙度为0.1的齿轮进行试车，同样出现亮印，因此排除粗糙度原因。

4）对出现亮印的齿轮及完好的齿轮蔡氏坐标点进行对比分析，发现出现亮印的齿轮蔡氏坐标点高低不平，但都满足±0.005的要求。印痕状态较好的齿轮蔡氏坐标点呈现“小端至零点单调数值递增，且无突变的齿面状态”，挑选一件按此状态的齿轮进行试车验证，试车后印痕状态良好。

根据上述分析，决定采取如下方案来控制或减轻啮合齿轮亮印磨损问题。

（1）通过齿面形貌选择齿轮

根据锥齿轮啮合原理，靠近小端的齿面坐标应为低点，由小端至零点单调数值递增，且无突变的齿面状态较为良好，因此，通过蔡氏点坐标的齿面形貌变化趋势，挑选状态较好的齿轮进行装配，避免发生异常磨损。

（2）通过带转速咬合选择齿轮

当按齿面形貌选择时，对未达到标准的齿轮进行带转速咬合，并对咬合后的齿面状态补充进行相应修复，确保一次通过试车无亮印。

具体操作步骤为：将输入级锥齿轮副安装到咬合机上，采用电机加载咬合（咬合机采用最大挡转速，运行1～2分钟），随后检查齿轮副齿面是否出现异常亮点、亮印痕迹。如咬合后齿轮副齿面存在亮点、亮印等异常，重新按图样要求对齿轮副进行振动光饰、氧化及后续工序，如咬合后齿轮副齿面无异常接触痕迹，则将齿轮副交付装配车间供主减装机使用。

（3）齿面研磨

结合汽车行业螺旋锥齿轮加工技术，采用金刚石研磨膏对输入级锥齿轮副齿面进行研磨工序，齿轮研磨后齿面粗糙度比研磨前提高Ra0.02，齿厚减小0.003mm。

具体操作为：

采用W1(微粒直径1um)金刚石研磨膏，与甘油按1：1的比例稀释混合，均匀涂在齿面啮合位置。将专用啮合机转速调到快速档，研磨2.5小时，研磨期间不断续加研磨膏，平均每小时加1管研磨膏。研磨膏型号、啮合过程、研磨后齿轮。

4. 结论

直升机减速器齿轮在使用过程中的磨损是在所难免的，凡磨损量不影响齿轮在预期寿命内应具备功能的均为正常磨损，如齿轮亮印磨损，其特征是发生于齿轮运转的早期阶段，齿面的加工痕迹磨失，齿面光亮平滑，没有宏观擦伤，各项公差均在允许范围内。产生正常磨损说明齿轮的传动工作效率、准确度未受到影响，不会造成齿面异常故障，同时说明齿轮啮合齿面设计（受力状态、表面粗糙度、润滑等）是正确的。直升机减速器齿轮发生轻微磨损时，需要按照故障处理方法进行原因分析，排除齿轮设计及制造方面的影响因素，避免齿轮进一步磨损甚至发生折断或剥落。

参考文献：

[1] 朱孝录.齿轮传动设计手册[S].北京：化学工业出版社.2005

[2] 管文.直升机减速器微量润滑研究[M].北京：科学出版社.2015

第 1 页 共 9 页