RB211-535E4航空发动机从动伞齿轮轴组件平衡的工艺分析

摘要：RB211-535E4航空发动机是我国现役双通道大型民用客机的典型动力装置，由于该型发动机采用了独特的三转子总体布局，其转子的动平衡問题是RB211发动机下发的主要问题之一。本文首先总结了国内RB211航空发动机转子结构不平衡的典型原因;以该型发动机的从动伞齿轮轴组件为对象，研究了该转子的动平衡工艺流程;最后结合现场实验来验证本工艺的正确性和适航性，并总结该工艺的注意事项。结果表明：本工艺分析流程满足我国RB211型发动机典型转子的动平衡工艺。

关键词：发动机;平衡;从动伞齿轮轴组件

概述

对于进MRO执行修理/翻修的发动机，如转动部件进行了分解，在重新装配后都需进行平衡校正。RB211发动机装配时，需将分解后的从动伞齿轮安装到伞齿轮驱动轴上，并和主动伞齿轮轴组件啮合到一起。从动伞齿轮与M33的角齿轮相连接。主动伞齿轮轴带动从动伞齿轮运转，从动伞齿轮带动角齿轮运转，从而带动发动机工作。主/从动伞齿轮作为发动机的转动部件，为保证发动机的维修质量，需对主/从动伞齿轮轴组件进行平衡校正。

组件不平衡的主要原因

通常多数转子都需要进行平衡校正，引起不平衡的原因主要有，设计或图纸错误，材料缺陷，加工和装配错误。设计错误包括，部件设计不对称，转子有未加工表面，部件配合不好，花键短于键槽，安装不对称、有间隙等。材料缺陷包括，铸件有气孔，材料密度不均，材料厚度不均（如，焊接装配），轴承的误差和间隙。加工和装配错误包括，由于焊接或浇铸引起，切削加工中的切削误差，加工产生的永久变形（如，残余引力，工件扭曲，热压，钎焊等），紧固螺钉拧紧程度不同，装配中的各类问题（如，螺钉长度不一致，垫圈和螺母的类型不一致）等。从动伞齿轮组件在加工、装配、修理及存储过程中会因为杂质污染等原因引起组件重心改变，导致组件不平衡。

解决组件不平衡的方法

伞齿轮组件平衡的工艺流程

在平衡机上校正平衡时，是对其振动情况和离心力进行测量。现场平衡时，一般也是对这两个量进行测试。在现场也是用传感器，对旋转体受到的反作用力进行检测，以决定不平衡量的量值和角度。因此可以采用类似平衡机上的传感设备，来对信号进行检测，记录显示的不平衡量值。由于现场设备各自的特点，某一测试仪都有其特定的应用范围。对于平衡机而言，其传感器与相位发生器是被固定的，而对于现场平衡仪而言，这些检测部件每次都需要重新安装。

平衡机的选择：按照RR手册要求使用SCHENCK RL 2B平衡机，或类似的，小的，带传动的平衡转速1500R.P.M左右的也可以使用。现场平衡时使用的是满足RR要求的SCHENCK CAB 699-H平衡机。平衡机需定期进行校验，校验周期为一年。

平衡校正的过程：首先对转子的不平衡量进行检测，如果不平衡量超过了允许剩余不平衡量，根据测定的不平衡量进行校正，以确保在工作转速下，转子的振动和轴承承受力再允许的范围内。如果检查出不平衡到平衡，校正是唯一可行的方法。

转子在测试前的不平衡量称为初始不平衡量，通过校正，转子一般也不能完全达到理想转子。在技术上，也允许一定的不平衡量存在，这种公差的存在，使校正工作从经济效益上变得更加可行。

现场平衡伞齿轮组件的步骤：

1）    操作前阅读平衡机操作使用规程，检查设备、电气是否正常，防护装备是否齐全，并在轴承及接触面处添加注润滑油，空转试车。

2）    设置旋转体的参数：转速、不平衡量及平衡面到支撑点的距离。

3）    将伞齿轮轴组件安装到平衡机上，固定直径A和B处，安装驱动皮带。

4）    低速运转平衡机，检查组件是否已安装到位。

5）    校准平衡机，单独平衡伞齿轮的A和C面。

6）    测量并记录组件不平衡量体现在C面的值。

7）    如果伞齿轮轴组件的不平衡量体现在C面的值在7.2gm.mm范围内，则无需后续操作。

8）    如果伞齿轮轴组件的不平衡量体现在C面的值超过7.2gm.mm，按需使用2gm或3gm的平衡配重垫片替换1gm的平衡配重垫片以使不平衡量降低到7.2gm.mm范围内。在现场平衡时，为方便操作，可以先使用橡皮泥或蜡块代替配重垫片，平衡量满足要求后，再更换为配重垫片。更换垫片后，为满足平衡要求，可视情对垫片进行打磨。

9）    从平衡机上拆下伞齿轮组件，检查并磅紧螺帽（01-682）到标准力矩。

10）清除伞齿轮组件上的标记，并在组件上标记平衡字母“DBAL”（动态）和“ASSY”（组件）。

11）切断电源，清理工作现场

注：

1）轴（EIPC： 72-61-53，01-700）在制造过程中已经平衡过，因此A平面的不平衡量应该很小而不需要平衡校正。

2）在每一个螺帽（72-61-53，01-682）下只能安装一个配重垫片。

3）微调校正可以减小2克或3克垫片的直径获得，但不能将垫片的重量减小到小于1克。

4）如果螺帽（72-61-53，01-682）或螺栓（72-61-53，01-684）更换，则组件应该重新平衡。

常见平衡问题的解决方案

平衡机一般都是将转速信号作为基准信号送往测量系统的，如果转速不稳定，基准信号亦不稳定，经微机处理后也不稳定，误差就大。这种情况下，要检查电机带轮的传送带是否太松;皮带驱动的转子，其皮带是否打滑。若是出现上述情况，则需要紧固或者更换皮带。

显示测量数据为0或者很小，加配重变化也不大。需检查传输器输出端与电测箱之间的连线是否接通。若短线或者虚焊，要接通。

显示数据不稳定，需要将组件分解、清洗后重新装配后再平衡。

平衡时有噪音或杂音，需检查组件是否安装到位。

操作者的责任心，也直接决定了平衡操作的安全性，需要注意的潜在危险主要来源于旋转体本身、校正方式、工作流程及安装条件等。现场平衡时，一定要注意以下事项：

组件要平稳地放到平衡机上，夹持牢固，擦净油污，

平衡块要紧固牢靠，不能有松动现象。要有防止工件跳出的保险装备。

运转时，操作人员要站在侧面不准接触转动部分，为防止发生零件飞出的事故，操作者需进行安全防护，如佩戴防护镜、防护面罩，工作区域也应进行防护。

刹车时不准用手刹转子，测量和加平衡块时必须待转动停止，方可进行。

工作完毕，切断电源，清理工作现场。

总结

本文总结了国内RB211航空发动机转子结构不平衡的典型原因;以该型发动机的从动伞齿轮轴组件为对象，研究了该转子的动平衡工艺流程;最后结合现场实验来验证本工艺的正确性和适航性，并总结该工艺的注意事项。主要总结在以下方面：

1）平衡的转速在1500R.P.M左右，一般来说，操作者都会低估旋转体的动能。人的视觉不能看清楚高速的物体，转子在旋转时其主体，有时可以被清楚的看到，但是转子上的一些突出部件，在高速旋转时，往往不能清楚的看清，这就存在很大的危险性。即使当平衡转速远低于工作转速时，也会发生零件飞出的事故。所以操作者需要进行安全防护，如佩戴防护镜，防护面罩;工作区域也应进行防护，需符合国家或本地区的安全要求。

2）操作者的责任心。也直接决定了平衡操作的安全性，需要注意的潜在危险主要來源于旋转体本身，校正方式，工作流程及安装条件等。

当今，几乎所有的转子都需要进行平衡校正，转子良好的平衡性，将有助于提高整机的寿命和性能，从而大大增强产品的质量优势。

参考文献：

[1]Rolls-Royce Engine Manual （P/N： E-211（535）-6RR）.

[2]Hatto Schneider Balancing Technology （training material）.

[3]航空发动机设计手册 第19册：转子动力学及整机振动 北京：航空工业出版社，2000

作者简介：高亚凤（1982年3月——），女，汉族，河北省任丘市人，研究生毕业，工程师，从事民用航空发动机维修和适航管理工作。