航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的失效與預(yù)防

前言

發(fā)動(dòng)機(jī)是所有航空裝備的“心臟”。對(duì)飛機(jī)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)決定著其飛行速度、機(jī)動(dòng)性、航程、有效載重、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境適應(yīng)能力。高推重比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推廣應(yīng)用使得戰(zhàn)斗機(jī)的巡航速度、機(jī)動(dòng)性和作戰(zhàn)半徑大大提高；轉(zhuǎn)向噴管的使用使得具有垂直／短距離起落、高機(jī)動(dòng)性能的戰(zhàn)斗機(jī)成為可能。大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，使大型寬機(jī)身客機(jī)的燃油消耗比早期噴氣客機(jī)減少了40％，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，從成熟的航空發(fā)動(dòng)機(jī)改型而來(lái)的地面燃?xì)廨啓C(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、啟動(dòng)快、可靠性高、維修方便、無(wú)需冷卻水以及對(duì)燃料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛作為民用發(fā)電、機(jī)械驅(qū)動(dòng)、艦船推進(jìn)和坦克等地面裝備的動(dòng)力。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造是多學(xué)科交叉、多部門參與、綜合性極強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)工程，是當(dāng)今尖端的、難度大的高科技技術(shù)的綜合體現(xiàn)，是使用要求與條件最為嚴(yán)格與苛刻的動(dòng)力裝置。航空發(fā)動(dòng)機(jī)在研制、生產(chǎn)與使用過(guò)程中，存在著各種各樣的復(fù)雜問(wèn)題和許多尚未為人們所認(rèn)識(shí)的影響因素，出現(xiàn)各種不同程度的失效是難以避免的。認(rèn)真分析研究這些失效事件，查明原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)，采取相應(yīng)措施與對(duì)策，是提高發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的有效途徑?，F(xiàn)代航空裝備尤其是軍用戰(zhàn)斗機(jī)，由機(jī)械故障導(dǎo)致的重大事故中大多數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)。在我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)以往所發(fā)生的各類重大機(jī)械斷裂失效事件中，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的斷裂失效高達(dá)80％以上，其中主要是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的葉片、盤、軸及軸承以及傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪等。

內(nèi)容概要

　　《航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的失效與預(yù)防》系統(tǒng)地介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)及直升機(jī)的減速器齒輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部件的主要失效特征、失效模式、失效機(jī)制、失效診斷技術(shù)以及預(yù)防失效的最新研究成果，并對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件疲勞斷裂的定量分析技術(shù)和具有實(shí)用性、新穎性的分析思路作了介紹。該書不僅可為從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)尤其是轉(zhuǎn)動(dòng)件設(shè)計(jì)、制造、材料研制以及使用、維修人員提供借鑒和幫助，而且也為其它行業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、材料研制的科技人員及院校師生參考和借鑒。

作者簡(jiǎn)介

《航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的失效與預(yù)防》是由國(guó)防工業(yè)出版社出版的。

書籍目錄

第一章 概論1.1 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 1.1.1 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 1.1.2 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 1.1.3 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī) 1.1.4 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的失效與啟迪 1.2.1 失效分析 1.2.2 設(shè)計(jì) 1.2.3 制造工程 1.2.4 失效分析組織管理 1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件失效分析的內(nèi)容、目標(biāo)與思路 1.3.1 失效分析的基本內(nèi)容 1.3.2 失效分析的主要目標(biāo) 1.3.3 失效分析的思路 1.4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的疲勞斷裂失效 1.4.1 疲勞斷口的基本特征 1.4.2 疲勞斷裂原因分析 1.4.3 零件疲勞壽命的估算 參考文獻(xiàn) 第二章 壓氣機(jī)與渦輪轉(zhuǎn)子葉片的失效和預(yù)防 2.1 轉(zhuǎn)子葉片的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2.1.1 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片 2.1.2 渦輪轉(zhuǎn)子葉片 2.2 轉(zhuǎn)子葉片的工作條件與受力分析 2.2.1 轉(zhuǎn)子葉片的工作條件 2.2.2 受力分析 2.3 轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)類型及其特征 2.3.1 轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)分類與基本振型 2.3.2 尾流激振 2.3.3 顫振 2.3.4 旋轉(zhuǎn)失速和隨機(jī)激振 2.4 葉片失效的主要模式 2.4.1 葉片的低周疲勞斷裂失效 2.4.2 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的顫振疲勞斷裂失效 2.4.3 葉片扭轉(zhuǎn)共振疲勞斷裂失效 2.4.4 轉(zhuǎn)子葉片的彎曲振動(dòng)疲勞斷裂失效 2.4.5 轉(zhuǎn)子葉片的高溫疲勞與熱損傷疲勞斷裂失效 2.4.6 轉(zhuǎn)子葉片的微動(dòng)損傷疲勞斷裂失效 2.4.7 葉片腐蝕損傷疲勞斷裂失效 2.4.8 葉片榫頭部位失效的基本模式 2.5 葉片失效的分析思路與診斷技術(shù) 2.6 影響葉片抗力的主要因素 2.7 預(yù)防葉片失效的主要技術(shù)措施 參考文獻(xiàn) 第三章 壓氣機(jī)盤與渦輪盤的失效與預(yù)防 3.1 壓氣機(jī)盤與渦輪盤的結(jié)構(gòu)特征 3.2 輪盤的承載及載荷譜 3.2.1 輪盤承受的載荷 3.2.2 輪盤的載荷譜 3.2.3 駐留時(shí)間 3.2.4 載荷譜對(duì)輪盤關(guān)鍵部位壽命和強(qiáng)度的影響 3.3 輪盤的振動(dòng) 3.3.1 輪盤的振動(dòng)形式 3.3.2 輪盤的自振頻率及影響因素 3.3.3 引起輪盤振動(dòng)的激振力 3.3.4 輪盤的行波振動(dòng) 3.4 輪盤的失效模式 3.4.1 輪盤的彈性變形失效 3.4.2 輪盤的塑性變形失效 3.4.3 輪盤的低周疲勞斷裂失效 3.4.4 渦輪盤榫槽槽底的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 3.4.5 輪盤榫齒斷裂失效 3.4.6 渦輪盤外緣封嚴(yán)篦齒裂紋 3.4.7 輪盤的振動(dòng)疲勞斷裂 3.5 預(yù)防輪盤失效的技術(shù)措施 3.5.1 設(shè)計(jì) 3.5.2 合理地選取輪盤材料 3.5.3 嚴(yán)格控制加工制造質(zhì)量 3.5.4 對(duì)輪盤的關(guān)鍵部位盡量采取噴丸強(qiáng)化措施 3.5.5 使用 參考文獻(xiàn) 第四章 軸的失效及其預(yù)防 4.1 軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作條件 4.2 軸的受力分析 4.3 軸失效的基本類型及其特征 4.3.1 軸的疲勞失效 4.3.2 軸件的磨損失效 4.3.3 軸件的腐蝕損傷 4.3.4 軸件的變形 4.3.5 軸件的韌、脆性斷裂 4.4 軸件失效的分析思路 4.4.1力學(xué)參數(shù)分析 4.4.2 失效軸件的裝配和服役條件分析 4.4.3 失效軸件的特征和斷口的宏微觀分析 4.4.4 失效軸件的材質(zhì)及斷口的微觀特征分析 4.4.5 軸件失效原因的綜合分析 4.5 預(yù)防軸件失效的主要技術(shù)措施 參考文獻(xiàn)第五章 軸承的失效 5.1 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類 5.1.1 滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu) 5.1.2 滾動(dòng)軸承的分類 5.1.3 軸承材料 5.2 滾動(dòng)軸承的受力分析和工作條件 5.2.1 軸承的受力分析 5.2.2 軸承的工作條件 5.2.3 軸承的額定性能 5.3 滾動(dòng)軸承失效的基本模式及其影響因素 5.3.1 滾動(dòng)接觸疲勞 5.3.2 開(kāi)裂和斷裂 5.3.3 旋轉(zhuǎn)爬行 5.3.4 金屬粘著 5.3.5 軸承的磨損失效 5.3.6 塑性變形失效 5.3.7 微動(dòng)磨損 5.3.8 腐蝕失效 5.3.9 高速輕載打滑 5.4 軸承失效的分析與判斷 5.4.1 軸承的失效及其主要特征 5.4.2 失效軸承的檢驗(yàn)與分析 5.4.3 滾動(dòng)軸承的痕跡分析 5.5 軸承的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和鐵譜分析技術(shù) 5.6 提高軸承使用可靠性的技術(shù)措施 參考文獻(xiàn) 第六章 齒輪的失效分析 6.1 齒輪的類型與工作環(huán)境 6.1.1 齒輪的分類 6.1.2 齒輪的工作環(huán)境 6.2 齒輪的受力分析 6.3 齒輪的振動(dòng) 6.4 齒輪失效的基本模式 6.4.1 齒輪的疲勞 6.4.2 表面磨損失效 6.4.3 齒輪的沖擊過(guò)載失效 6.5 預(yù)防齒輪失效的技術(shù)措施 6.5.1 材料及熱加工工藝 6.5.2 熱處理工藝及表面完整性 6.5.3 結(jié)構(gòu)及裝配對(duì)齒輪失效的影響 6.5.4 潤(rùn)滑條件 6.6 齒輪失效的分析判斷 6.6.1 齒輪失效現(xiàn)場(chǎng)信息 6.6.2 失效齒輪損傷的感官和痕跡分析 6.6.3 齒輪損傷的物理參數(shù)分析 6.6.4 齒輪材料的材質(zhì)與冶金質(zhì)量分析 6.6.5 裂紋和斷口的特征分析 6.7 齒輪故障的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和預(yù)防 參考文獻(xiàn) 第七章 疲勞斷口定量分析在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件 失效分析中的應(yīng)用 7.1 疲勞條帶間距的測(cè)定方法 7.1.1 實(shí)體光學(xué)顯微鏡 7.1.2 掃描電子顯微鏡 7.1.3 透射電子顯微鏡復(fù)型 7.2 斷口反推疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的基本方法 7.3 斷口反推疲勞原始質(zhì)量 7.4 疲勞斷口反推失效構(gòu)件的應(yīng)力 7.4.1 利用疲勞裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度及瞬斷區(qū)來(lái)推算疲勞應(yīng)力 7.4.2 利用疲勞條帶間距確定失效件的疲勞應(yīng)力 7.5 疲勞斷口反推技術(shù)的其它應(yīng)用 7.5.1 斷裂先后順序判斷 7.5.2 疲勞斷裂性質(zhì)的輔助判斷 7.6 疲勞斷口定量分析存在的一些問(wèn)題 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的失效與啟迪上述各類燃?xì)夂娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件主要包括：①轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、壓氣機(jī)盤，渦輪葉片、渦輪盤，主軸及支承主軸旋轉(zhuǎn)的前、中、后軸承，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中的風(fēng)扇葉片，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)中的螺旋槳等。②傳動(dòng)系統(tǒng)和減速系統(tǒng)中的齒輪、傳動(dòng)軸及其軸承等?？紤]到直升機(jī)傳動(dòng)裝置中齒輪故障較多，且危害較大，又屬于轉(zhuǎn)動(dòng)件，本書中所述航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，也包含了直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的一些齒輪，如減速器齒輪等。這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件不僅是將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或傳遞機(jī)械能的關(guān)鍵件，而且由于它們都在高速動(dòng)載荷下工作，因此，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)、使用可靠性及經(jīng)濟(jì)性等，在很大程度上取決于這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件的設(shè)計(jì)、用材及制造工藝水平。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)以往所發(fā)生的各類機(jī)械斷裂失效事件中，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的斷裂失效高達(dá)80％以上，其中主要是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的葉片、盤、軸及軸承，而且大都是疲勞斷裂失效。這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件的失效表現(xiàn)出兩個(gè)突出的特點(diǎn)：一是出現(xiàn)的重復(fù)性，同一零件的同類失效模式反復(fù)出現(xiàn)；二是后果的嚴(yán)重性，它們的失效輕則損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，重則引起飛行事故。表1.1列出了我國(guó)從60年代中期至90年代中期航空史上影響重大的14起重復(fù)出現(xiàn)三次以上的轉(zhuǎn)動(dòng)部件失效事件?？偨Y(jié)這些失效事件和重復(fù)出現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可以得到的教益與啟迪是多方面的。

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