基于齿廓修形的锥齿轮再制造技术

2018-07-23陈礼顺李思路程礼杨武奎

航空学报 2018年6期

陈礼顺，李思路，程礼,*，杨武奎

1. 空军工程大学航空工程学院，西安 710038 2. 襄阳航泰动力机器厂,襄阳 441002

航空发动机附件传动一般采用机械式传动，主要由箱体、齿轮、传动轴和支撑轴承等零件组成，其中锥齿轮是用来改变传动方向的重要部件，对传动系统工作的稳定性、可靠性具有重要的作用[1]。

在工作状态，发动机转子通过安装在中央传动架内从动锥齿轮的传动杆将功率输送到中心传动锥齿轮上，然后由中心轴锥齿轮将功率传输到发动机和飞机的各个附件；在起动状态，起动机按相反路线通过中心轴锥齿轮将动力传递给发动机转子。在锥齿轮传递动力的过程中，由于齿轮啮入、啮出冲击、制造和安装误差、滑动摩擦、循环交变的弯曲应力等各种因素共同作用下，可能会导致锥齿轮齿面金属材料发生疲劳，产生齿面磨损、点蚀、胶合、剥落等故障，影响锥齿轮的运动准确性、传动平稳性、载荷分布的均匀性和工作可靠性，引起锥齿轮在运行过程中产生附加振动和噪声，降低了锥齿轮使用寿命，严重时会导致锥齿轮断齿，传动失效，发动机停车故障[2-3]，给国家财产造成重大损失。为消除故障隐患，在修理中从严控制锥齿轮的故障检查标准，又会导致许多经过修理可继续使用的锥齿轮被判定报废，不仅造成了锥齿轮使用寿命损失，浪费了锥齿轮附加值，增加了不可再生资源消耗，还造成修理成本剧增。因此，开展航空发动机锥齿轮再制造技术研究，具有十分重要的现实意义。

锥齿轮再制造定义为：以齿面损伤而停用的锥齿轮为毛坯，在基本不改变锥齿轮形状和材质的情况下，通过齿廓修形技术进行再制造加工，使锥齿轮性能达到或超过新品，使其环保指标符合时代要求，从而继续使用，针对失效的原因采取措施使它的使用寿命延长。锥齿轮再制造内涵见图1。

图1 锥齿轮再制造的内涵Fig.1 Intension of bevel gear remanufacturing

目前，齿轮再制造技术在汽车行业得到了广泛的应用，取得显著的经济和社会效益。美国汽车零部件再制造企业约有5万多家，再制造产业超过了1 000亿美元，对齿轮、轴、离合器、变速箱等汽车零部件的再制造制定了相关标准；英国BSAU(British Standard Automobile Stander)发布了汽车零部件再制造标准，英国再制造公司给英、美军队提供大量的再制造发动机使用；德国的梅塞德斯汽车企业将95%退役的零部件参与再制造工程进而达到提高产品使用寿命的目的[4-5]。自20世纪90年代以来，在国家大力支持下，中国的科研院校、企业单位对再制造技术进行了深入的研究，并将研究成果应用到汽车、机械工程、航空航天等领域，为实现可持续发展，减少原材料消耗和污染物排放，延缓不可再生资源的枯竭做出了重大贡献[6-8]。但是由于航空产品安全性要求显著高于地面装备，故航空产品的再制造开展还不够广泛。

文中阐述了锥齿轮的故障模式，详细分析了锥齿轮再制造可行性，构建了锥齿轮再制造判别标准，制订了锥齿轮再制造工艺流程。针对某型航空发动机锥齿轮再制造的需求，对锥齿轮进行了再制造，并对再制造锥齿轮进行了检测和实验，结果表明：以齿廓修形技术为核心的锥齿轮再制造工艺流程可以实现高质量的生产。

1 齿轮故障模式及再制造可行性分析

1.1 锥齿轮故障模式

锥齿轮齿面损伤主要是在制造过程中由于机床、刀具、夹具、齿坯等方面的误差以及操作不当、工艺不良造成的加工误差，安装齿轮过程中的装配误差以及齿轮啮入、啮出冲击等造成的。锥齿轮齿面损伤故障模式主要有齿面磨损、齿面胶合、齿面点蚀和剥落等。

1.1.1 齿面胶合

齿面胶合是指相对运动的两啮合齿轮，在一定压力作用下，润滑油膜和氧化油膜等被挤坏，高温熔合，齿面金属材料从一个齿面向另一个齿面发生转移或直接从齿面撕落的现象。

如果滑油黏度过低、滑油温度过高、齿轮相对滑动速度过高、齿面上单位面积载荷过大、齿轮接触面积过小等都会导致齿面胶合。

1.1.2 齿面磨损

齿面磨损是指相互啮合的齿轮在传递过程中，轮齿表面金属因摩擦不断发生损耗或产生残余塑变。使齿面接触表面发生损伤导致齿轮齿廓和齿面尺寸发生改变的现象。齿轮磨损的主要原因是润滑油供应不足或者不清洁，在齿轮的工作面之间夹入金属微粒、金属氧化物或其他磨料等，导致齿廓改变，侧隙加大[9-11]。

1.1.3 齿面点蚀和剥落

点蚀是指齿轮啮合过程中，齿轮局部出现接触疲劳，使齿面接触应力超过了轮齿表面材料耐久极限，在轮齿工作表面或亚表层产生疲劳裂纹，随着工作时间延长，轮齿表层金属小块脱落，形成麻点剥落，齿面上的小坑即为点蚀坑。同时，裂纹中的润滑油在齿轮的挤压下，油压增高，加速了裂纹的扩展，促进了齿面点蚀[12]。

齿面剥落是指齿轮在高速重载作用下，由于材料本身存在缺陷或者热处理造成的过大内应力，使轮齿表层或次表层在接触应力作用下，材料以相当大的颗粒成片从齿面剥离，形成疲劳剥落损伤。

因此，加工不良，热处理缺陷，材料不合适，接触疲劳，齿轮表面存在残余应力，齿面硬度低、啮合载荷分布不均，载荷偏大且存在一定的振动是锥齿轮产生点蚀和剥落的主要原因。

1.2 锥齿轮再制造可行性分析

采用齿廓修形技术对锥齿轮进行再制造修复在汽车行业已经得到广泛地应用，从技术上来说是可行的；锥齿轮的制造成本高，通过再制造技术保住了锥齿轮的附加值，从经济上来说是值得的；一台发动机的修理周期约90天，锥齿轮再制造修复周期约20天，从时间上来看也是允许的。但是，要保证再制造的航空发动机锥齿轮安全、可靠地工作，首先要保证锥齿轮工作寿命满足发动机大修时限要求；其次，因渗碳后要进行热处理，有可能导致锥齿轮变形，所以再制造锥齿轮不能渗碳，但要保证渗碳层深度符合技术要求；为进一步提高再制造锥齿轮的工作可靠性，需要对轮齿表面进行强化。表面热处理强化和表面化学处理强化对再制造锥齿轮有一定的损害，激光强化和滚压强化在工艺上难以实现，锥齿轮制造过程中为使渗碳组织均匀采用了喷丸强化措施，因此锥齿轮再制造过程中也增加喷丸强化措施。

1.2.1 寿命限制

发动机锥齿轮设计时要求齿面在疲劳破坏前，应力循环次数达到107，其设计寿命远远超过发动机设计寿命。每次大修回来的发动机因齿面损伤而报废的锥齿轮其技术性能不能满足发动机的使用要求，但只要齿面损伤程度符合锥齿轮再制造标准，其疲劳寿命依然能满足发动机主机寿命的要求。

1.2.2 加工几何尺寸

锥齿轮再制造是利用齿廓修形技术把原来的渐开线齿廓沿齿高方向从齿面上去除一部分材料，从而改变齿廓形状的一种技术措施。锥齿轮再制造修形量小，一般在0.02 mm左右。锥齿轮再制造后要检查齿面齿形误差、渗碳层深度(渗碳层深度规定为0.7～1.1 mm，锥齿轮加工后渗碳层深度不得低于0.7 mm)、齿面硬度、齿厚及表面粗糙度，使之符合产品技术要求，保证再制造锥齿轮传动平稳，工作可靠。

1.2.3 锥齿轮强化措施

对再制造锥齿轮表面喷丸强化，在高能粒子的冲击下，锥齿轮齿面渗碳层中的残余奥氏体诱发生成细针马氏体，锥齿轮齿面产生加工硬化，喷丸强化既吸收了变形能，齿面应力集中得到缓和，又延缓了疲劳裂纹萌生和扩展，有利于齿面接触疲劳强度提高。高速丸粒甚至可使渗碳层组织均匀，尤其是碳化物细小组织均匀，提高了齿面抗接触疲劳的能力。喷丸强化主要提高了锥齿轮表面显微硬度和齿面数十微米下的残余压应力，提高疲劳强度10%～30%，也使得锥齿轮的弯曲疲劳强度和使用寿命得到大幅度提高[13-14]。

从再制造技术、再制造取得的经济效益、再制造周期、锥齿轮寿命限制分析、加工几何尺寸分析和强化措施分析表明，航空发动机锥齿轮再制造具有可行性。

2 锥齿轮再制造工艺方法

大量的文献资料都论证了齿廓修形技术能提高齿轮传动平稳性、载荷分布均匀性和工作可靠性。国内外许多专家、学者对齿轮再制造技术作了大量的研究，提出了许多齿轮再制造技术，如采用齿廓修形技术对齿轮进行再制造，从而达到恢复齿轮传动性能、延长齿轮使用寿命的目的，并在机械传动系统得到了广泛应用。

2.1 齿廓修形技术

齿廓修形技术是把原来的渐开线齿廓沿齿高方向从齿面上去除一部分材料，从而改变齿廓形状的一种技术措施，通过齿廓修形技术去除轮齿上的干涉部分，使得单对齿、双对齿交替啮合过程中的载荷波动得以减少[15-16]，具有改善齿轮啮合状态，减少由于基节误差和受载变形所引起的啮入和啮出冲击，降低齿轮传动振动和噪声，提高齿轮传动效率，防止齿面发生胶合的优点，是锥齿轮再制造工程的核心技术之一。

2.1.1 齿廓修形理论

图2 齿对在啮入和啮出位置的几何干涉Fig.2 Geometric interference at meshing-in/out position

基节处处相等是保证主、从动齿轮平稳传动的重要条件。实际工作过程中，由于齿轮的加工误差，载荷下齿轮发生弹性变形，使得主动齿轮和从动齿轮在啮合线位置的基节发生变化，不再相等，当齿轮进行啮合时，可以认为齿对1承受全部载荷，齿对2承受的载荷忽略不计，齿对1就会发生弹性变形，从动齿轮基节增大，主动齿轮基节减少，齿对2啮合点发生变化，提前进入啮合位置，从动齿轮的齿尖在主动齿轮齿根处刮行，形成啮入干涉，直至回到啮合线的啮合点为止，见图2(a)。在轮齿退出啮合的时候，齿对1承受的载荷忽略不计，可以认为齿对2承受完全载荷，在载荷作用下，齿对2发生弹性变形，从动齿轮基节减小，主动齿轮基节增大，齿对1延迟脱离啮合，主动齿轮的齿顶在从动齿轮的齿根处刮行，形成啮出干涉，见图2(b)。齿轮的加工误差、安装误差、工作中润滑油温度的变化等，都会加剧齿轮啮入干涉和啮出干涉。其中：Pb1为主动齿轮基节;Pb2为从动齿轮基节;P为两齿轮节点，正常情况下啮合点的公法线与轴心线应交于节点P;Φ1为主动齿轮的旋转速度。

齿轮产生噪声及尖峰动载荷的主要原因是齿轮传动时的啮入冲击、啮出冲击及相应的顶刃刮行。顶刃刮行很容易破坏齿面间的承载油膜，使两齿轮的齿面直接接触，发生粘着，粘着的金属材料在相对运动下发生分离，粘着点被剪断，导致齿面产生胶合故障[17]。

2.1.2 齿廓修形参数

齿廓修形参数包括修形量、修形长度和修形曲线。对齿廓修形参数，国内外许多学者和工程技术人员作了大量的理论研究和实验分析，提出了许多修形曲线，通用修形曲线公式[9]为

(1)

式中：x为以啮合线上修形起点为坐标原点，在啮合线上任一位置的坐标；l为修形长度；n为修形曲线的指标；Δmax为最大修形量；Δ为距离为x的修形量。

最大修形量公式为

Δmax=δ±Δfb

(2)

式中：δ为轮齿的综合弹性变形;Δfb为主从动齿轮的最大基节偏差。

模数为1 mm金属齿轮的最大齿廓修形量及修形长度已被ISO标准给出，见图3，r=0.39 mm为齿根倒圆半径,节点到齿顶的高度为1 mm，到齿底的高度为1.25 mm。所有尺寸均为实际模数的函数[18]。

上垂直锥齿轮、上被动锥齿轮模数均为4 mm，按照ISO齿廓修形量标准，齿轮最大修形量为0.08 mm，最大修形长度为2.4 mm，基本符合修形公式的计算值。

图3 ISO齿廓修形量标准Fig.3 Profile modification standard of ISO

2.2 提出锥齿轮再制造判别标准

锥齿轮再制造判别标准是锥齿轮再制造的基础，它决定了锥齿轮再制造工作的正确性和有效性，与再制造产品的可靠性和安全性息息相关，因此，必须明确锥齿轮再制造的判别标准，才能保证锥齿轮再制造工作按正确的方向前进。目前，由于受到人员识别经验、能力水平、检测技术等限制，缺乏再制造齿轮的检测标准，在齿轮故障检查过程中发现轮齿表面啮合质量不好、齿面磨损、麻点腐蚀、点状剥落、表面冷作硬化、粘结的齿轮，均作报废处理。为节约修理成本，提高齿轮的利用率，根据有关单位编订的齿轮修理试修工艺，制定了锥齿轮的再制造判别标准。

1) 齿面磨损

齿轮齿根两侧磨损量之和与齿轮模数的百分比不大于10%可进行再制造，超过则报废。

2) 齿面胶合

齿面胶合面积与工作齿面面积的百分比不大于20%；齿面胶合沟痕的深度与齿轮模数的百分比不大于10%。只有胶合面积比率和胶合深度比率同时满足要求的齿轮才可以再制造。

3) 齿面点蚀

齿面点蚀面积与工作齿面面积的百分比不大于50%；点蚀面积比率在20%以上的点蚀坑最大尺寸与齿轮模数的百分比不大于20%；点蚀面积比率在20%以上的点蚀坑最大深度与齿轮模数的百分比不大于10%。只有点蚀面积比率、最大点蚀尺寸比率、最大点蚀深度比率同时满足要求的齿轮才可以再制造。

4) 其他情况

若齿面有较严重的刻痕-麻点-胶合或沿齿廓磨损和腐蚀，齿轮过热烧蚀，齿面渗碳层剥落、露出材料基体以及齿轮裂纹，则齿轮报废。

按照上述再制造判别标准，约有2/3的报废锥齿轮可进行再制造，通过再制造可以减少锥齿轮换件修理，延长锥齿轮的使用寿命，降低修理成本，节约不可再生资源。

2.3 锥齿轮再制造工艺流程

新品锥齿轮制造流程包括锻件毛坯，调质，粗车齿坯(车前锥、背锥、顶锥)，铣齿、渗碳淬火，冰冷处理，精加工(背、面锥的磨削)，磨齿，抛光，喷丸处理，磁检，齿形误差检查，着色检查，齿隙检查，标印。锥齿轮再制造流程包括清洗，无损检测，抛光，磨齿，喷丸强化，齿形误差检查，无损检测，齿厚及齿面粗糙度检查，渗碳层深度及显微硬度检查，齿隙测量，着色检查及试车后锥齿轮金属磨痕检查等工步。

1) 再制造前对齿轮进行清洗

根据锥齿轮再制造判别标准将分选、检测、鉴定出来的锥齿轮放入干净的航空洗涤汽油中用毛刷进行清洗，去除零件表面的油液和污渍，洗后放在工作台上自然晾干。

2) 无损检测

将清洗的锥齿轮进行磁粉探伤检查，保证再制造锥齿轮无裂纹。

3) 对齿轮进行抛光

对于齿轮工作面上的划痕、粘结，用油石打磨毛刺和凸起金属，并用600#砂纸抛光。轮齿齿面压痕，用1000#砂纸打磨并用羊毛毡轮蘸上400#研磨膏进行抛光，保证抛光处圆滑过渡[19]，抛光厚度不大于0.05 mm。

4) 对锥齿轮进行齿廓修形

旋转渐开线曲线修形方法具有传动误差小、减振降噪效果好、载荷分配率均匀的优点，长修形降低噪声的效果好。因此，为保证锥齿轮再制造质量，采用旋转渐开线曲线和长修形的方法对锥齿轮进行再制造。如图4所示：α2为锥齿轮大端旋转角度；α1为锥齿轮小端旋转角度；Cα2为锥齿轮大端修形量；Cα1为锥齿轮小端修形量；ΔLα2为锥齿轮大端修形长度；ΔLα1为锥齿轮小端修形长度；P1、P2分别为齿轮小端和大端的节点，S1、S2分别为齿轮小端和大端修形起始点，T1、T3分别为齿顶未修形前的点；T2、T4分别为齿顶修形后的终点。

经过大量的工程实践、实验研究、修形量公式计算，确定修形长度和修形量参数如下：α2为0.2°～0.6°，α1为1.3°～1.8°，Cα2为0.015～0.022 mm，Cα1为0.015～0.020 mm，ΔLα2为2.52～3.2 mm， ΔLα1为0.88～2.23 mm[20]，基本符合ISO齿廓修形量的标准。在格里森数控磨齿机上对轮齿工作面进行修形，在齿廓修形过程中，要求齿形圆滑过渡以减轻啮合冲击。

5) 对锥齿轮表面喷丸强化

对再制造锥齿轮表面喷丸强化，提高齿轮表面显微硬度和齿面残余压应力。

6) 对再制造锥齿轮清洗

图4 锥齿轮齿廓修形参数Fig.4 Profile modification parameters of bevel gear

采用化学清洗剂对再制造锥齿轮进行清洗，去除锥齿轮表面附着的泥垢、砂粒以及研磨膏等污物，并使锥齿轮表面清洁干净[21]。

3 锥齿轮再制造应用实例及检测

3.1 故障情况

某型航空发动机在台架试车时出现振动大的故障现象，根据发动机振动产生的原因以及修理经验，质疑附件传动系统上垂直锥齿轮副工作异常。为确定故障位置，决定采用时域分析和频谱分析方法对上垂直锥齿轮副进行故障诊断，采集、提取、识别上垂直锥齿轮副的振动特征信号。采用高灵敏度压电式加速度传感器CA-YD182A，直接粘接在附件机匣壳体上，采用DEWEsoft数据采集仪采集上垂直锥齿轮副轴向和径向振动信号，齿轮振动信号的时域波形和频谱见图5和图6。

图5 径向的振动信号及谱图Fig.5 Drawing of vibration signal and spectrum along radial direction

图6 轴向的振动信号及谱图Fig.6 Drawing of vibration signal and spectrum along axial direction

从图5的频谱图可以看出：上垂直锥齿轮啮合频率的高次谐波振幅逐渐增大(正常齿轮啮合频率高次谐波振幅应依次减小)，且超过了啮合频率振幅，表明锥齿轮处有附加载荷，锥齿轮可能产生了局部磨损、剥落等故障；在啮合频率及其高次谐波周围有许多齿轮旋转频率为间隔的边频族，说明有齿距误差和齿轮不同轴。主动锥齿轮的3倍频、5倍频幅值突出，预示着该齿轮发生了异常。在振动信号时域波形图中，信号中存在明显的周期脉冲成分，说明齿轮局部存在磨损、剥落等异常情况。图6频谱图中的啮合频率及高次谐波振幅时大时小，也反映了锥齿轮局部存在异常情况。

发动机分解后发现上垂直锥齿轮副轮齿表面完整性遭到破坏，在齿面节线附近出现磨损、凹坑、拉伤，齿顶或齿端部产生飞边，见图7。实物检查结果与振动信号的识别情况完全吻合，验证了频谱分析方法对于航空锥齿轮故障诊断的可行性和有效性。

图7 锥齿轮齿面损伤Fig.7 Bevel gear teeth surface damage

3.2 锥齿轮再制造修复

经检查，故障锥齿轮符合再制造标准，根据再制造工艺流程对该对锥齿轮进行再制造修复，修复合格后进行检测和实验。

3.3 检测和实验

由于再制造锥齿轮的原材料是磨损或停用的产品，但仍具有使用价值，经过再制造加工后的锥齿轮，必须按照新品锥齿轮的标准进行严格的检测与实验，以利于发现锥齿轮再制造加工及装配中的缺陷，保证再制造锥齿轮产品质量，从而延长锥齿轮的使用寿命。

1) 检查再制造锥齿轮齿形误差

锥齿轮再制造齿形误差检查设备为三坐标测量仪，每个齿面分成45个测量点进行采点测量，并建立修形齿面曲线，对锥齿轮啮合接触仿真建立的理论齿面进行比对和拟合。锥齿轮齿形误差规定45点中主法线方向两面距离在-10～+10 μm之间，再制造锥齿轮齿形误差在0～+7 μm之间，其中+4表示齿面凸起4 μm，修形齿面几何形状与理论齿面拟合程度较高。图8显示了锥齿轮再制造后的齿形误差，表明锥齿轮再制造效果很好。

图8 锥齿轮再制造后45点测量齿面齿形误差Fig.8 45-point measurement for tooth profile error of bevel gear after remanufacturing

2) 无损检测

将再制造的锥齿轮进行磁粉探伤检查，未见裂纹。

3) 检查齿厚及齿面粗糙度

用齿厚卡尺检查再制造的锥齿轮分度圆弦齿厚，齿厚磨损量不超过0.1 mm；用粗糙度样板检查齿面粗糙度不大于0.4 μm，符合技术要求。

4) 齿面渗碳层深度检查

从再制造锥齿轮上取样，检查齿面渗碳层深度。新品齿轮的渗碳层深度在0.7～1.1 mm范围内，再制造锥齿轮齿面渗碳层深度为0.93 mm，保证了渗碳层深度。

检查再制造锥齿轮金相组织，由表及里的渗碳层及过渡区组织分布形态正常，未见异常，见图9和图10。

5) 硬度检查

图9 主动锥齿轮渗碳层Fig.9 Carburization of driving bevel gear

图10 从动锥齿轮渗碳层Fig.10 Carburization of driven bevel gear

采用北京时代公司生产的TH320全洛氏硬度计测试齿轮的硬度，载荷为15 N(Y)，硬度测试5～10个点，取算术平均值，新品锥齿轮表面硬度为HRC≥60，心部硬度为HRC32～45.5。再制造锥齿轮表面硬度为HRC 62.6，心部硬度为HRC 41.2，再制造锥齿轮表面硬度符合新品锥齿轮表面硬度的要求。

6) 锥齿轮啮合间隙检查

将再制造的锥齿轮副成组安装在附件机匣上，检查锥齿轮的啮合间隙，啮合间隙反映了齿轮安装位置是否符合齿轮设计要求的啮合位置。齿轮啮合间隙太小，接触应力变大，当接触应力超越齿轮工作表面或次表面的材料极限应力时，齿面就会出现细小裂纹，随着工作时间的增加，齿面上小块金属就会产生磨损剥落，齿轮啮合间隙过大，冲击载荷增加，会使齿轮产生磨损剥落，严重时产生断裂。

7) 检查锥齿轮着色印痕

锥齿轮啮合间隙合格后，检查锥齿轮的着色印痕。着色印痕反映锥齿轮的啮合状态，着色印痕不符合技术要求，就有可能产生偏载，使用过程中轻则出现齿面局部重接触造成齿面磨损、拉伤、胶合、剥落，重则出现断齿现象，对齿轮的传动平稳性、使用寿命均有较大的影响。

8) 试车检查及锥齿轮金属磨痕检查

试车过程中锥齿轮传动平稳，啮合性能好，产生的振动和噪声小，发动机各性能参数均符合技术要求，未出现异常情况。试车后分解检查锥齿轮金属磨痕，金属磨痕均匀，接触面积大于65%。

锥齿轮再制造、检测流程见图11，与新品锥齿轮的制造流程相比对，锥齿轮再制造流程从磨齿开始(即齿廓修形)，不开展磨齿前的工步，按照再制造判别标准选定的锥齿轮，其材料成分和金相组织不会发生改变；修形后要进行齿面抛光，喷丸处理，齿形误差检查，无损检测，检查标准与新品锥齿轮相同；锥齿轮再制造后还要进行齿厚及齿面粗糙度检查，渗碳层深度及显微硬度检查，装配后锥齿轮的啮合间隙检查和着色检查，台架试车考核，试车后的金属印痕检查，确保了再制造锥齿轮修理质量。

图11 锥齿轮再制造、检测工艺流程Fig.11 Remanufacturing and detecting process of bevel gear

4 实例应用与经济性分析

2015年，依据锥齿轮再制造判别标准对报废的16对锥齿轮严格进行分选、检测、鉴定，选出可再制造的10对锥齿轮。按照锥齿轮再制造工艺流程进行修理，10对锥齿轮全部修理合格，对再制造锥齿轮进行检测，未出现异常，齿轮按照工艺要求装配，啮合间隙和着色检查均符合技术要求，试车过程中锥齿轮传动平稳，啮合性能好，产生的振动和噪声小，发动机各性能参数均符合技术要求，未出现异常情况；分解后检查锥齿轮金属印痕符合设计要求。目前，再制造的锥齿轮装机后在外场最大使用寿命已达873 h，最小使用寿命也有657 h，应用效果良好，未出现异常情况，随后，在修理过程中按照锥齿轮再制造工作流程又再制造修复了24对锥齿轮，并进行了装配试车，未发现异常情况，说明再制造的锥齿轮工作可靠，能满足航空发动机的使用要求。

锥齿轮再制造是以齿面损伤而停用的锥齿轮为对象进行加工处理，省去了原材料的开采和冶炼，减少了钢铁的需求进而减少了因冶炼钢材消耗的能源和资源，同时减少了有毒有害气体及废渣的排放，解决了老旧发动机备件无正常供应渠道的难题，实现了发动机正常修理。锥齿轮制造成本主要由原材料成本，制造活动劳动成本、能源消耗成本和设备工具损耗成本构成，后3项成本称为相对于原材料成本的成品附加值。锥齿轮制造原材料的价值只占15%，而成品附加值则高达85%，再制造保留了锥齿轮中隐藏的附加值，可以减少原生资源开采，减轻中国人均资源匮乏的压力，是实现绿色再制造和中国持续发展战略的重要保障。锥齿轮再制造费用包括拆卸费、清洗费、加工费、无损检测费、检测费、鉴定费、装配费、实验费等，再制造一件锥齿轮所需费用平均约为960元，新品锥齿轮制造成本为8 500元，大大降低了修理成本，且制造单位往往不能及时供货，锥齿轮再制造保证了发动机交付周期。再制造锥齿轮成本仅为新品的11.3%，齿廓修形技术节能效果为86%，节材为78%，且环境未受到污染。因此，对锥齿轮进行再制造修复研究，可以挖掘锥齿轮制造成本中的附加值，降低维修成本，减少换件修理，减少资源消耗，延长零部件的服役寿命，提高资源利用效率，保证生产周期，提高修理质量，保障飞行安全，具有显著的经济和社会效益。