发动机传动装置属于航空飞机起动系统中的重要构成，其中的齿轮属于重要的构件，飞机中各个系统均需要在发动机传动装置齿轮的带动作用下正常运行。如齿轮失效则会引发一系列安全问题，严重的情况下甚至会导致飞机无法正常启动。在飞机航行中，要求齿轮转向和速度均能满足各个系统的应用需求，在飞机功能和作用不断完善的情况下，齿轮所带动的设备量也随之增加，这同时也导致了齿轮结构受力的复杂性，齿轮运行工况愈发复杂，在多种交变荷载与冲击应力的影响下很容易出现齿轮齿面擦伤问题，如擦伤严重则会直接影响传动装置的传动效应，因此，研究齿轮齿面擦伤问题极为必要。
1.发动机传动装置齿轮齿面擦伤问题
传动装置齿轮齿面擦伤属于一种较为常见的齿轮故障形式，最初的磨损程度较小，不会对传动装置的运行产生直接影响，而在磨损程度加深的情况下，则可能制约传动装置的传动性能，因此需要密切关注齿轮齿面的磨损问题。结合前期的故障处理经验来看，造成齿轮齿面擦伤的因素有很多，主要包括负荷因素、润滑因素、制造因素、结构设计因素等，受到上述因素影响，致使齿轮齿面出现不合理的接触，在传动作业中相互碰撞和摩擦产生擦伤问题。现从几个方面对齿面擦伤问题做具体分析：
1.1外观检查
发动机持续运行10小时之后针对其传动机匣进行拆分检查，发现其中的每个齿轮表面均出现了纵向的沟纹，齿轮齿面的擦伤现象十分明显。擦伤位置主要集中在太阳轮齿面的一侧，位于齿根区域，中间部位的擦伤相对较浅，在齿顶部分出现深度偏大的擦伤痕迹，每个太阳齿轮的齿面均呈现出同等特征的擦伤，且可见机加刀痕，采用色谱分析的方式针对擦伤部位和沟纹底部进行能谱测试，测试结果显示，未见除基本元素之外的其他元素。
1.2理化测试
主要针对擦伤齿面进行金相测试和硬度测试，首先，在磨损较为严重的太阳齿轮中截取一个双齿结构，将其作为测试试件，经腐蚀处理后，对其磨损较重的区域进行重点观察，发现在此部分出现较为明显的回火烧伤层，但其材料成分以及渗层组织未发现明显异常。进行硬度测试时，同样是选取磨损较为严重的一部分作为测试试件，主要采取显微测试的方式，选取齿顶、齿中和齿根进行分别测试获取硬度梯度值。其中，在接近齿顶的部位因存在回火烧伤问题有明显的硬度下降现象，其余部分均为正常硬度值。
1.3齿面擦伤问题成因排查
1.3.1强度分析
先对太阳齿轮的齿轮强度进行计算，得出其接触承载的安全系数是1.49，弯曲承载系数为4.94，胶合承载系数为1.60，这与齿轮加工生产的安全标准规定相符，因此，可以认为不是齿轮强度不足所引发的齿面擦伤问题。
1.3.2润滑检验
在《航空发动机手册》中，针对润滑方式和齿轮速度的关系给出了明确的规定，其中指出，圆周速度低于10m/s的齿轮需采用飞溅润滑方式；圆周速度大于10m/s且小于35m/s的齿轮选用喷射和油雾润滑方式均可；圆周速度超出35m/s的齿轮则需做特殊处理，根据齿轮摩擦产生的热量选择润滑方式，确保能够携带走部分热量，降低热量因素对齿轮自身性能的破坏影响。本次研究的太阳齿轮圆周速度经计算为3.7m/s，且选用的正是飞溅润滑方式，符合标准要求，不存在润滑不足问题。
1.3.3材料检验
太阳齿轮的选材为12Cr2Ni4A，此种材料性质决定了其在工作温度为150℃的情况下，可长期保持HRC≥58的硬度值，在传动装置设计中将滑油回油温度设计为120℃以下，但实际工况是，齿轮齿面的温度可能超出150℃，此种状况下便会造成局部受到二次淬火烧伤的问题，致使其齿面强度降低。但与之接触和咬合的行星齿轮用料为16Cr3NiWMoVNbE，其最高可在400℃的工况下使用，因此结构硬度不会受到影响，此时两种齿轮齿面的硬度出现差异，则会在咬合过程中产生擦伤问题。
2.航空发动机传动装置齿轮齿面擦伤问题的改进建议
在航空飞机功能作用不断升级的基础上，其发动机也已经步入新的研发阶段，为能满足当前的飞机安全使用需求，需要结合新的运行环境进行设备升级，即要满足高温和高负荷的作业要求，又要具备快速起动的性能，这便为齿轮元件的应用带来了更大的挑战。其一，要具备更好的抗弯曲能力；其二，要具备高温抗疲劳性能；其三，要具备较强的抗胶合能力。为达成上述要求，需对齿轮制造的材料进行科学选用，并对齿轮元件的制造工艺进行合理优化。
2.1选用新型齿轮材料
新型航空材料既具备传统航空材料的合金属性，还添加了铈和铌等元素，通过合金成分的添加有效提升了材料综合性能。此外，新型航空材料从制坯到锻造经过了多道处理工艺，主要包括渗碳、淬火、回火试验和氮化试验等，通过不断的经验累积，对各个加工工艺的参数进行了有效的规范，并形成了一套较为完善的材料制备标准，现如今的新型航空材料综合性能整体提升，已经完全超过传统材料，其硬度在HRD59以上，耐热性能更高，在350℃的作业环境下仍旧可以保持最佳硬度。目前，新型航空材料已经被逐步应用到齿轮元件的制造工艺中。
2.2优化齿轮元件制造工艺
发动机齿轮元件的制造工艺基本相同，均是经锻造处理后，进行粗车—调质—粗磨—开齿—磨齿—局部渗碳—回火—淬火—精磨，而对于传动作用为主的齿轮构件来说，对其自身的精度要求较高。除按照一般工艺要求进行加工以外，还需做好如下几点控制工作：1）对加工基准尺寸进行严格控制；2）为避免出现热处理变形问题，需重点控制油温和进炉的方式，通常情况下淬火油温要在130℃左右，且上下浮动不得大于5℃，对零件进行捆扎处理时，要保障零件处于对称状态，尽最大可能控制变形率；3）热处理之后再次检查齿轮基准尺寸，按照设计要求进行精度修复，直至满足精度要求。
结语：实际影响齿轮齿面质量的因素有很多，但齿轮自身硬度是导致齿面擦伤问题的主要因素之一。研究显示，环境温度是导致齿轮硬度降低的主要原因，为能从根源上消除齿面擦伤问题，需要积极应用新材料，利用综合性能较为突出的新型航空材料来代替传统的合金材料，提升其硬度的同时，还可增强其环境适应能力，将耐热性能提升至350℃，使其可以适应更多运行工况。同时，对于制造工艺的优化，也能进一步提升齿轮结构的自身性能，以控制齿面擦伤率。
参考文献：
[1]杨运通.齿轮传动耐久性分析及优化设计[D].电子科技大学,2022.
[2]陈礼顺.中心传动锥齿轮齿面损伤故障分析[J].航空维修与工程,2019(03):46-48.
