某型直升机航向操纵摇臂磨损故障分析与改进

张朝武 任艳丽 王维

摘要：针对近年来某型直升机航向操纵系统装用的操纵摇臂普遍发生同类磨损故障的情况，依据该型操纵摇臂工作原理、工作特性对故障产生原因进行分析研究，提出降低故障率的改进方法和建议，可作为航空维修企业排除该类故障的参考。

关键词：操纵摇臂；磨损；改进

Keywords：control rocker arm；wear；improvement

近年来，某型直升机装用的航向操纵摇臂在使用过程中集中发生摇臂叉耳磨损故障，经普查，该型航向操纵摇臂叉耳磨损的故障率约为78%，磨损深度约为0.5～1.2mm，严重影响了直升机飞行安全。

1 航向操纵摇臂简介

2 摇臂工作原理

航向操纵摇臂通过2件轴承铰接安装于直升机尾斜梁的安装支座上，拉杆1端头装配的E601066K3带柄轴承和拉杆2端头装配的E601066K4带柄轴承均通过HB1-106-6×28×3螺栓与航向操纵摇臂的两个叉耳连接（见图2）。

装用该型航向操纵摇臂的直升机的航向操纵系统为混合结构，主要包括脚蹬、操纵拉杆、操纵摇臂、操纵钢索等零组件。此件航向操纵摇臂属于直升机尾桨操纵线系中的一个零件，主要用于将拉杆1输出的航向操纵载荷和操纵位移传递至拉杆2。当拉杆1向前拉时，航向操纵摇臂带动拉杆2向左极限方向转动，当拉杆1向后推时，航向操纵摇臂带动拉杆2向右极限方向转动。

3 故障分析

3.1 故障现象

航向操纵摇臂磨损时机普遍在900飞行小时后，磨损部位均为摇臂叉耳内侧（见图3）。磨损凹槽共有3处，磨损深度从内向外依次递减，磨损痕迹与E601066K4带柄轴承的轴承内环、軸承端盖、轴承外环吻合，磨损弧度与E601066K4带柄轴承相对转动角度一致。

将航向操纵摇臂叉耳磨损部位局部放大，可见磨损形成的凹坑1深度均匀、宽度一致，而磨损形成的凹坑2和凹坑3则中间深两端浅、中间宽两端窄（见图4）。

3.2 原因分析

依据故障现象，可确定该型航向操纵摇臂叉耳磨损故障系E601066K4带柄轴承沿HB1-106-6×28×3螺栓回转运动时轴承内环、轴承端盖、轴承外环与摇臂叉耳内侧表面碰磨造成的。磨损起源于叉耳与轴承内环接触面，随着轴承内环对叉耳磨损量逐渐递增，逐步扩展至轴承端盖与叉耳碰磨，再到轴承外环与叉耳碰磨。

进一步分析认为，E601066K4带柄轴承的拉杆2通过螺栓与直升机尾助力器铰接相连，直升机尾桨叶高速转动产生的高频振动通过尾助力器直接传递至拉杆2，导致拉杆2的安装频率靠近直升机尾桨激励频率，使得E601066K4带柄轴承承受了过大的振动载荷；在共振作用下E601066K4带柄轴承内环与航向操纵摇臂叉耳产生微动磨损。E601066K4带柄轴承内环原材料为轴承钢，航向操纵摇臂的原材料为锻铝LD10，因硬铝的耐磨性低于轴承钢，导致航向操纵摇臂叉耳逐渐形成磨损凹坑1。随着凹坑1的磨损深度逐渐递增，逐步扩展至轴承端盖与叉耳碰磨，再到轴承外环与叉耳碰磨，形成了磨损凹坑2和凹坑3。

3.3 工作特性分析

直升机进行航向操纵时，航向操纵摇臂随拉杆1的操纵位移沿安装支座往复回转运动，此时，轴承内环与摇臂叉耳保持相对固定，轴承端盖、轴承外环则与摇臂叉耳保持相对转动。E601066K4带柄轴承在使用过程中轴承滚珠、轴承内环、轴承外环三者均存在正常损耗，随使用时间增加正常损耗逐渐累积，由此导致轴承逐渐产生轴向游隙，并导致偏心角α超过规定值，在此情况下则会导致E601066K4带柄轴承的端盖和外环与摇臂叉耳碰磨。

依据航向操纵摇臂叉耳设计尺寸和带柄轴承实测外形尺寸进行分析，得出若带柄轴承在使用过程中因正常损耗导致偏心角超过9.5°，则会导致轴承端盖与航向操纵摇臂叉耳产生碰磨，若偏心角超过11°，则会导致轴承外环与航向操纵摇臂叉耳产生碰磨（见图7）。

3.4 小结

根据上述分析，确定航向操纵摇臂叉耳磨损故障原因如下：

1）在共振作用下E601066K4带柄轴承内环与航向操纵摇臂叉耳产生微动磨损，随磨损深度逐渐递增，逐步扩展至轴承端盖与叉耳碰磨，再到轴承外环与叉耳碰磨。

2）E601066K4带柄轴承在使用过程中因正常损耗逐渐累积，导致偏心角α超过规定值9°，最终导致E601066K4带柄轴承的端盖和外环与摇臂叉耳碰磨。

4 改进措施

为降低航向操纵摇臂磨损故障率，可采取如下措施：

1）优化拉杆2的设计结构，使拉杆2的安装频率偏离直升机尾桨激励频率。

2）增加E601066K4带柄轴承偏心角α检查技术要求，超过9°则更换新件。

3）优化航向操纵摇臂叉耳设计，叉耳开槽宽度增加至16mm，原螺栓安装孔设计为镶嵌钢衬套结构（见图8）。

参考文献

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作者简介

张朝武，技术员，主要从事直升机操纵附件修理及故障研究。

任艳丽，部附件专业总师，主要从事直升机部附件修理及故障研究。

王维，修理工，主要从事直升机操纵附件修理及故障排除。