（中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江 哈尔滨 150066）
摘要：离心通风器与加力燃油泵齿轮轴组合动平衡的剩余动不平衡量要求高，很难合格，需要反复平衡、反复去重，效率低。本文对离心通风器组合动平衡的影响因素进行了全面的分析，提出了相应的工艺方法改进，可以用于指导离心通风器组合动平衡过程，从而达到提高效率、提升质量的目的。
关键词：离心通风器 组合动平衡 效率 工艺方法 质量
一 概述
离心通风器是航空发动机传动润滑系统的重要组成部分，安装于附件机匣，位于滑油系统末端，直接连接于外部大气环境。其主要功能是利用高转速离心作用将流经润滑系统的高温油气混合物进行有效分离，将高温空气直接排出，对滑油油滴有效回收并重复利用，从而保障传动系统长时间运转在可靠的润滑状态。离心通风器的油气分离效率参数，直接影响整机的滑油消耗量指标，决定着战机携带滑油量及续航时间等作战参数，是发动机传动润滑系统是否具有先进性的重要标识之一。
在役国产发动机离心通风器，普遍采用腹板式结构，其腹板重量大且分离效率较低，导致滑油消耗量大。该结构通风器已经通过优化设计及试验验证，几乎没有提高的余地，很难继续满足航空发动机的发展要求。为解决滑油消耗过大的问题，近年来国内外陆续开发出填充金属海绵等多孔介质的新型离心通风器，油气分离的效率得到普遍提升。
新型通风器主要采用将金属海绵芯体和导向叶轮两种结构特征融为一体的设计思路，由导向叶轮、离心通风器转子、外罩、金属海绵芯体及销钉组成。在超高速旋转过程中，新型离心通风器整体结构承受着很高的离心作用，对外罩焊接等工艺和叶轮、泵轴材料提出了严苛的要求，尤其对离心通风器动平衡的剩余不平衡量进行了严格控制。
二 离心通风器组合动平衡情况及难点
离心通风器的设计结构独特，属于无支承轴类转子，无支承轴颈，其加工基准和装配基准为转子的内轴颈，在进行动平衡时无法直接支承在平衡机的摆架上。动平衡时需通过翻转补偿操作消除平衡工装的附加不平衡量，操作过程复杂、质量不稳定、精度控制难度大、操作失误会给产品带入不确定的附加不平衡量，导致产品的动平衡测量值失真。且工装与零件的配合间隙会对平衡结果产生较大影响，为了让动平衡过程更加接近离心通风器的真实工作状态，不单独提定专用工装，而与加力燃油泵齿轮轴进行组合动平衡。
考虑到该加力燃油泵齿轮轴的高转速，设计图样要求加力燃油泵齿轮轴进行单件动平衡，基准A侧校正面许用动不平衡量不大于2.82g.mm，基准B侧校正面许用动不平衡量不大于1.32g.mm（见图4）。离心通风器与该轴进行组合动平衡时，测量离心通风器组件校正面许用动不平衡不大于5.12g.mm。
统计离心通风器与加力燃油泵齿轮轴的组合动平衡情况见表1。
表1 组合动平衡统计表
离心通风器的设计质量为0.45Kg，加力燃油泵齿轮轴的设计质量为1.87Kg。由表1可以看出，加力燃油泵齿轮轴的动平衡值和质量比较稳定，而离心通风器与加力燃油泵齿轮轴的组合动平衡值则浮动较大，没有规律可循。组合动平衡存在的主要难点如下：
1） 离心通风器装配在加力燃油泵齿轮轴的一侧，组合动平衡时，动不平衡量偏重在离心通风器的一侧，需经过多次匹配加力燃油泵齿轮轴才能平衡合格，周期长；
2） 每次组合动平衡的去重均在离心通风器上，由于去重带小，去重量处于极限值，去重后离心通风器不美观；
3） 离心通风器焊接后如动平衡不合格，只能报废，无法分解。因金属海绵芯体的孔隙及洁净度要求很高，在切削方法破环焊缝的过程中，不可避免的金属削进入金属海绵芯体的孔隙中。
三 离心通风器组合动平衡影响因素分析
为摸索离心通风器组合动平衡影响因素，开展了以下两方面试验。
1 使用2组离心通风器与加力燃油泵齿轮进行组合动平衡试验，将离心通风器与加力燃油泵齿轮轴在0°、90°、180°和270°四个相对位置进行组合动平衡，组合动平衡情况见表2。
表2 2组离心通风器与加力燃油泵齿轮组合动平衡试验数据
注：基准A处的1g动不平衡量相当于23g.mm，基准B处的1g动不平衡量相当于16g.mm。
2 选择了1套动不平衡量特别大的离心通风器进行破坏性动平衡试验，对离心通风器和加力燃油泵齿轮轴分别进行动平衡，然后车掉焊缝，旋转叶轮、旋转金属海绵芯体分别进行动平衡，各种情况下的动平衡情况见表3。
表3 不同情况下的动平衡试验数据
注：基准A处的1g动不平衡量相当于23g.mm，基准B处的1g动不平衡量相当于16g.mm。
由以上两组试验数据分析可得出如下结论：
1）离心通风器与加力燃油泵齿轮轴组合动平衡，基准A的数值较小，基准B的数值较大，基准B的数值是基准A数值的4～10倍；
2）组合动平衡的数据比较稳定，每个位置三次测量数据差别不大；
3）离心通风器与加力燃油泵齿轮轴的相对位置对组合动平衡的影响不大。
4）通风器转子的相对位置对组合动平衡的影响不大；
5）三片金属海绵芯体整体的相对位置对组合动平衡的影响不大；
6）单片金属海绵芯体的相对位置对组合动平衡的影响很大，可通过调整单片金属海绵芯体的相对位置来使组合动平衡合格。
四 离心通风器组合动平衡工艺改进
离心通风器的工艺路线为：领件——装配——焊接——车工——插齿——钳工——局部阿洛丁——尺寸检验——与加力燃油泵齿轮轴组合动平衡。这样的工艺路线设置导致组合动平衡不合格时，无法破坏焊缝，无法改动金属海绵芯体的位置。而试验结果显示单片金属海绵芯体的相对位置对组合动平衡的影响很大，故改进离心通风器的工艺路线为：领件——装配——动平衡——焊接——车工——插齿——钳工——局部阿洛丁——尺寸检验——与加力燃油泵齿轮轴组合动平衡。通过离心通风器焊接前的动平衡确定单片金属海绵芯体的最佳位置，标记偏重位置和偏重量，再进行焊接时，不能改变单片金属海绵芯体的位置和角向，可通过偏重位置减少焊料重量来进行补救。
五 结论
通过以上的试验分析可得到如下结论：单片金属海绵芯体的相对位置对组合动平衡的影响很大，需在动平衡前控制单片金属海绵芯体的最佳装配位置。
论文作者:王洪雪
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年2月下
论文发表时间:2018/8/9
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