航空发动机中央传动失效故障分析

某型航空发动机在使用时发生中央传动失效故障,故障首断件为中央传动从动锥齿轮,断口性质为高周疲劳。为剖析 齿轮啮合与故障之间的关系,建立了包含主、从动锥齿轮的有限元模型,采用准静态的方法将啮合过程分成50个加载步,分析啮 合过程中从动锥齿轮应力分布情况。结果表明：在啮合过程中从动锥齿轮最大应力位置不是裂纹起始部位。通过行波共振分析、 振动应力测试、加工缺陷影响分析及故障复现试验,确定故障发生的主要原因为从动锥齿轮4节径后行波共振和啮合状态较差, 而故障位置加工状态较差对故障的发生也起到促进作用。分析结果表明：齿轮节径型振动是航空发动机齿轮主要的破坏原因之 一,在工作转速范围内节径型前、后行波振动均有可能被激起;齿轮啮合状态异常会显著提高振动应力水平。采用调整齿数、齿 宽、辐板厚度等方式可将共振转速调出常用工作转速范围,避免齿轮发生振动疲劳破坏。     

航空发动机高速锥齿轮瞬态动力学分析与试验研究

针对航空发动机中央传动锥齿轮由行波共振引起的掉块故障,采用瞬态接触动力学分析方法与试验验证相结合的手段,对行波共振发生时从动锥齿轮的共振特性和应力分布开展研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验,研究中央传动锥齿轮行波共振特性,获取了从动锥齿轮行波共振动频、危险转速以及破坏断裂特征。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:试验中出现三节径共振皆是前行波共振,四节径共振是后行波共振;三节径共振危险转速范围为74.2%～76.2%,四节径共振危险转速范围为102.8%～104.2%。数值仿真与试验测试中结构静频值具有一致性,三节径误差小于2%,四节径误差小于5%,验证了仿真计算模型的准确性。仿真计算四节径行波共振时从动锥齿轮齿根处和辐板应力集中,应力分布形式与齿轮故障复现试验断裂形式基本一致,辐板正面应力值大小与试验结果基本吻合,误差在0.5%～9.5%,满足工程级应力预测要求,验证了瞬态接触动力学分析方法对齿轮行波共振应力预测的有效性。试验表明该齿轮结构是否存在初始缺陷是发生齿轮断裂故障的重要因素之一。     

压气机转子叶片掉块失效机理分析

针对航空发动机压气机转子叶片在工作中发生的掉块故障,通过对故障叶片进行宏观检查、断口分析、叶尖端面检查、 材质及有限元分析等工作,确定了压气机转子叶片掉块的性质和原因。结果表明：叶片掉块性质源于叶尖与加强筋之间前缘区域 叶盆侧表面的疲劳裂纹,裂纹扩展并产生瞬时断裂,最终形成掉块。排除了叶片由外来物打伤及材质和冶金缺陷等异常因素造成 掉块的可能性。掉块原因为故障叶片叶尖与机匣封严涂层之间存在较重的非均匀碰摩,在叶片进气边叶尖与加强筋之间区域产 生应力集中,在振动应力和离心载荷的共同作用下,导致叶片萌生疲劳裂纹并扩展,进而形成掉块。为避免类似故障再次发生,建 议适当加大转子叶片与机匣的径向间隙,并严格控制装配质量和机匣封严涂层尺寸。     

第3代新型低碳高合金钢弧齿锥齿轮失效分析

在中央传动调试试验中发生主动弧齿锥齿轮轮齿断裂故障,并连带其他部件产生不同程度损伤。主动弧齿锥齿轮整个圆周的接触印痕偏向小端一侧、靠近齿底,从动弧齿锥齿轮接触印痕分布在小端齿顶部位,印痕已不完整、局部超出工作面。为了排除15Cr₁₄Co₁₂Mo₅Ni₂钢弧齿锥齿轮试验中发生的断裂故障,对齿轮进行宏观检查、断口分析、组织检查、硬度测试、成分分析、啮合印痕仿真分析与验证,确定了故障齿轮断裂的性质和产生原因。结果表明：主动弧齿锥齿轮为高周疲劳断裂,疲劳起源于小端面与齿凸面根部转接棱角部位,与材质与冶金缺陷无关;在工作过程中存在异常咬合是导致该齿轮产生早期疲劳开裂的主要原因。建议优化齿面加工参数,提高齿轮工作过程中的咬合质量,从而避免此类故障再次发生。     

复杂激励下涡轴发动机中央从动锥齿轮故障机理

针对某小型涡轴发动机燃气发生器转子前端中央从动锥齿轮发生的疲劳断裂故障,同时考虑了齿面高频啮合激励作用和转子-从动锥齿轮耦合振动带来的影响,研究了从动锥齿轮的振动响应特征。结果表明:齿面啮合激励会激起从动锥齿轮5节径振型,同时,转子-从动锥齿轮耦合振动会对锥齿轮产生转子转速2倍频(2×)激励,并激起锥齿轮的俯仰模态振型,除此之外,齿面附加约束作用改变了该振型下的振动应力分布、使疲劳裂纹沿径向扩展,与故障现象相符,证明了该故障机理分析的正确性。     

某型发动机机加火焰筒焊接修复技术研究

针对某型发动机机加火焰筒在工作中产生的裂纹、掉块等故障,从结构、材料、氩弧补焊修理工艺等方面进行了分析研究,并进行了冷热疲劳、应力、热拉伸等试验。结果表明,采用焊接修复技术降低了火焰筒报废率,提高了火焰筒的可靠性。     

某型发动机附件机匣中心传动从动锥齿轮断裂故障分析

介绍了某型发动机附件机匣中心传动从动锥齿轮断裂故障,通过对断口的金相检查,及齿轮的动态性能分析和台架动应力测量。对齿轮断裂进行了理论分析和试验研究,确认该齿轮破坏属于振动疲劳破坏,据此提出了改进措施。     

微动磨损引起的压气机叶片榫头断裂故障研究

某型发动机四级压气机叶片榫头断裂导致喘振而引发空中停车.针对榫头的断裂故障机理重点进行了以下方面的研究:断口、痕迹学分析,四级压气机叶片振动模态分析,榫头和榫槽等关键部位的应力分析,在发动机离心载荷工作条件下考虑榫头-榫槽接触表面微动磨损产生磨损和疲劳裂纹的可能性,同时预测榫头出现磨损和疲劳裂纹的危险点位置.研究表明,本次断裂故障为由于叶片榫头与榫槽的非正常接触而产生的微动磨损导致的疲劳断裂,属于个性的小概率事件.     

对直升机增速齿轮传动中大齿轮齿根弯曲疲劳应力计算的研究

作者系统地研究了影响直升机增速齿轮传动中大齿轮齿根弯曲疲劳应力的诸因素,并推导出包括齿间滑动摩擦力在内的实际外载荷作用下大齿轮齿根弯曲疲劳应力计算公式。研究表明,齿间摩擦力对大齿根弯曲疲劳强度的影响不可忽视。     

一种耳片连接螺栓的疲劳分析方法

航空工业生产实践和试验结果表明,承受拉应力连接螺栓疲劳源的位置易出现在螺纹区和螺栓头圆角区,而承受剪切力的连接螺栓疲劳源的位置可出现在螺栓的光杆区。基于细节疲劳额定值方法对以承受剪切力为主的耳片连接螺栓进行应力分析,提出了一种耳片连接螺栓的疲劳分析方法。分析结果表明,耳片连接螺栓最高应力点位于螺栓光杆区剪切力产生的弯矩最大的截面上。以某型飞机的耳片连接结构进行疲劳试验,试验结果与分析结果相吻合,耳片连接螺栓光杆区在循环载荷下出现明显磨损。此外,通过试验结果拟合可得到连接螺栓的磨损系数,在此基础上可用提出的方法对以承受剪切力为主的螺栓进行疲劳分析。     

航空齿轮弯曲疲劳寿命预测方法的探讨

综合分析了齿轮的常规弯曲疲劳寿命预测方法在航空齿轮设计中的局限性,同时探讨了利用局部应力—应变法研究齿轮弯曲疲劳寿命的可能性,文中根据有关实验结果,进行算例分析,并获得了一些重要结论     

压气机转子带凸肩叶片掉块故障分析

针对某压气机转子带凸肩叶片掉块故障,通过外观检查、断口分析、成分分析、组织检查、加工制造质量复查及有限元计 算,明确了叶片断裂的性质,分析了掉块故障的原因。结果表明：故障叶片断口符合高周疲劳断裂特征,叶片波纹度不符合设计要 求,叶片凸肩上、下截面的叶型厚度异常减薄,分析认为该异常改变了叶片的振动特性,降低了共振裕度,在气流激励下可能引发叶 片进气边局部共振,最终导致叶片疲劳失效。     

转动微动磨损条件下7075铝合金的局部疲劳行为研究

在新型转动微动磨损试验机上,进行了7075铝合金与GCr15钢球配副在不同角位移幅值下的转动微动磨损实验。在磨痕表面形貌及剖面微观分析的基础上,研究了转动微动磨损的局部疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明:转动微动磨损条件下疲劳裂纹主要分布于混合区,大量的裂纹向基体内部扩展,混合区材料的失效形式主要表现为裂纹的萌生和扩展,并伴随因疲劳磨损所致的片状剥落;在部分滑移区,疲劳裂纹萌生后平行于表面方向扩展,微动损伤主要表现为材料的轻微剥落;在滑移区,在局部接触疲劳和磨损的竞争过程中,疲劳效应减弱且材料磨损占支配地位。此外,疲劳裂纹的形成与转动微动的中心隆起有密切关系。     

第三代航空齿轮钢圆柱齿轮弯曲疲劳强度性能测试分析

以第三代航空齿轮钢圆柱齿轮的弯曲疲劳性能作为研究对象,修正了国标（GB）给出的齿轮弯曲夹具计算公式,设计了弯曲疲劳试验用圆柱齿轮参数,并对该材料的齿轮进行了弯曲疲劳试验。通过对试验结果数据采用对数正态分布、二参数威布尔分布数据处理方法对试验数据进行了处理,得到了该材料的试验齿轮弯曲疲劳极限及可靠-应力-寿命（R-S-N）曲线,同时与9310钢（第一代）齿轮的性能进行了对比分析。结果表明:在置信度为95%、可靠度为99%的情况下,9310钢圆柱齿轮的弯曲应力极限为602 MPa,第三代航空齿轮钢圆柱齿轮钢的弯曲应力极限为687.6 MPa,第三代齿轮钢的齿轮弯曲疲劳性能相对于9310钢疲劳性能提高了14.2%,该材料在航空齿轮传动齿轮的弯曲疲劳特性方面体现出较大的优势。      

LY12CZ铝合金微动损伤机制的研究

通过对LY12CZ铝合金螺栓联接试件的微动损伤试验 ,完整提出了铝合金的微动磨损损伤与微动疲劳损伤的机制。在铝合金的微动磨损机制方面 ,微动损伤区表面的扫描电镜图和化学成分分析表明 ,铝合金的微动磨损是一个复杂过程 ,包括了粘着、磨料、表面疲劳、氧化四个子过程。着重研究了这四个子过程产生的先后顺序以及对微动磨损的影响 ;在铝合金的微动疲劳机制方面 ,分析了铝合金产生扩展性微动疲劳裂纹的原因和过程 ,并根据试验结果说明了微动疲劳裂纹产生的位置以及裂纹扩展的方向等。     

某直升机主减速器传动系统的寿命与可靠性计算方法

通过对直升机典型任务剖面原始载荷数据谱进行统计处理,经三维有限元分析将所编系统载荷谱转化为齿轮应力谱;结合Goodman公式及材料P-S-N曲线(给定存活率下的疲劳寿命曲线)算出该系统各齿轮在各级载荷下的疲劳寿命,利用统计软件Minitab对寿命数据进行分析,得出齿轮的接触疲劳寿命服从两参数威布尔分布,根据威布尔分布的...     

自润滑轴承掉块失效原因分析

采用宏微观观察、金相检查、受力分析等方法,研究了自润滑轴承内圈的掉块原因。结果表明,轴承内圈的失效性质为冲击疲劳断裂;断裂源于轴对轴承的冲击力,冲击位置固定、材料组织不均匀对断裂具有促进作用。     

航空发动机引气管卡箍断裂失效分析

针对某发动机发生的引气管单联卡箍组件中的卡箍上半部断裂的故障,对断裂的卡箍上半部进行宏观侧表面检查、断口及材质分析,结果表明:卡箍上半部断口疲劳源区位于卡箍上半部与下半部接触侧的表面区域,在螺栓装配中引起卡箍上半部发生塑性变形而产生表面拉应力,并且在发动机振动载荷作用下产生微动磨损,从而破坏了卡箍上半部螺栓孔周围局部的表面完整性,降低了该部位的抗疲劳强度,是导致卡箍上半部产生疲劳萌生进而发生断裂故障的根本原因。在卡箍上、下半部之间加装垫片的改进建议已在新的结构设计中得到应用,垫片的加装消除了卡箍上半部在装配过程中由于变形而产生的表面拉应力,并且减轻了卡箍上、下半部之间的微动磨损,从而避免此类故障再次发生。     

发动机低压涡轮工作叶片裂纹失效分析

针对某型发动机低压涡轮工作叶片出现裂纹故障进行失效分析.通过对故障叶片进行外观检查、断口分析、表面形貌检查、截面金相检查、材质分析及断口区域成分分析,并对叶冠工作面和非工作面的应力分布进行计算,确定了叶片裂纹性质和产生原因.实验结果表明:故障低压涡轮工作叶片叶冠工作面与非工作面裂纹为高周疲劳性质,导致叶片过早出现疲劳裂纹的主要原因是耐磨块尖部进入叶冠工作面和非工作面的转角应力集中区;同时叶片工作时产生的振动载荷也加速了疲劳裂纹的产生.最后提出了控制焊接过程中耐磨块与叶冠工作面和非工作面的尺寸,避免耐磨块尖部进入转角区域的改进建议.     

常幅法向压力下飞机舱门锁机构磨损特性

以飞机舱门锁机构运动副所实际使用的材料为摩擦对,通过常幅载荷下的疲劳磨损试验,对其磨损行为进行研究,对在推导磨损量计算公式时所用假设的合理性进行验证,确定磨损系数,通过对试验值与理论计算值的比较,给出公式正确性的证明.