引言
某型发动机因高压压气机转子九级工作叶片固定销脱落导致叶片大量损伤报废，影响发动机使用安全可靠性。为查找问题原因,准确定位问题部位，从发动机工作机理和高压压气机转子设计结构入手,研究叶片固定方式。通过对叶片固定销螺纹受力情况及自锁性进行分析计算，结合发动机分解检查情况，逐一列出影响因素,并对其进行逐一分析和排除，最终确定主要影响因素,并实现准确定位。
1 发动机分解检查情况
发动机分解后，检查发现高压压气机转子九级工作叶片损伤79片。固定九级工作叶片的1个固定销脱落，相邻的2个固定销松动，其余的固定销完好。叶片损伤形貌与固定销螺纹部分形貌接近。
2 高压压气机转子测量情况
1）测量九级叶片固定销相对于叶片缘板凹入量，符合要求。
2）测量叶片扇形段的间隙，符合要求。
3）测量叶片固定销两边缘板之间间隙，大于文件要求，分析是由于固定销脱落失去定位导致。
3 问题原因排查
3.1分析计算
3.1.1固定销螺纹自锁性分析计算
螺纹自锁性是指在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱，判定螺纹自锁的条件为：
Ψ：螺纹升角，
n：螺纹线数
p：螺距
d2 ：螺纹中径
p′：当量摩擦角，
f′: 当量摩擦系数，
β：牙侧角
f: 摩擦系数
固定销的螺纹规格为M4-6e，螺纹中径
，螺纹线数n=1；螺距p=0.7（GB/T193-2003），普通螺纹牙侧角β=30°
在螺纹中径取最小值时，螺纹升角：
在螺纹中径取最大值时，螺纹升角：
钢材和钢材接触，干燥的机加表面，f取极限值0.10的条件下，当量摩擦角：
，该螺纹满足自锁条件。
上述自锁性计算是基于在零件只受静载荷的情况，实际发动机工作过程中受力比较复杂，螺纹是否松动还取决于螺纹的防松措施是否可靠。
结论：固定销螺纹具有自锁性，在不考虑发动机工作过程中交变载荷影响，即使承受再大的轴向力也不会松脱。
3.1.2固定销摩擦力计算
条件：理想运动情况下，无发动机振动及交变载荷影响。
发动机最大转速ω=13000r/min，计算固定销所受离心力F=510N，所受摩擦力Ff =63.3N，离心力沿螺纹方向分力FL= 23.2N。
结论：FL＜Ff，离心力沿螺纹方向分力无法使固定销沿自身轴线转动。在不考虑发动机工作过程中交变载荷影响，固定销无需扩口，都无法脱落。
3.1.3 固定销扩口长、短轴长度计算
固定销扩口后短轴理论值为2R+Ш，长轴理论最大值为(2√2)R+Ш。按图纸规定R=2,计算销子完全扩口后长轴与短轴直径尺寸差为1.6，即当Ш大于1.6时扩口功能失效。实际销子扩口后Ш不大于0.5mm，即长轴尺寸比短轴尺寸大至少0.5mm，固定销扩口满足该要求时，无法转动。
3.2 问题原因分析及排查
X1：固定销螺纹尺寸不合格
因脱落的2号固定销未找到，无法进行分析。类比同批次机件并进行螺纹等相关尺寸测量合格，该底事件排除。
X2：固定销材料不合格
固定销材料牌号为GH708，进行外观检查、材料成分化验，硬度检测等均符合图纸要求，该底事件排除。
X3：垫块螺纹尺寸不合格
复查装配前螺纹环规测量螺纹尺寸记录，合格，该底事件排除。
X4：固定销扩口质量不好
因2号固定销脱落，无法对其原始形貌进行复现。通过对固定销的螺纹自锁性计算和受力分析，固定销在承受静载荷情况下不会松脱。考虑发动机在工作过程中振动、交变载荷影响，固定销受力会出现FL＞Ff的极限情况，如扩口质量不好，都会导致固定销出现逐渐松脱的现象。该底事件暂无法排除。
X5：固定销未装配到位
固定销在装配前在需在螺纹底部涂色，保证装配到位，检查固定销孔底部有残留色，该底事件排除。
X6：叶片选配问题
按文件规定的间隙进行计算和复查装配记录，符合要求，该底事件排除。
通过6个底事件逐项分析，共排除5项底事件，还剩1项底事件-固定销扩口质量不好，暂时无法排除。
4 结论
通过上述分析，认为发动机叶片损伤是因高压九级固定销脱落导致。造成固定销脱落的原因是由于固定销扩口质量不符合要求，导致固定销和垫块在鼓筒榫槽内具有一定的活动量，固定销和垫块螺纹之间存在间隙，在发动机工作中的振动应力和交变载荷作用下，螺纹的摩擦力不足以克服离心力在螺纹方向的松脱分力，固定销和垫块螺纹之间产成了微动磨损，螺纹扩口的防松措施无法有效实现，在外力作用下螺纹牙旋合作用逐渐失效，导致固定销脱出。
参考文献
[1]陶春虎，钟培道，王仁智，等.航空发动机转动部件的失效与预防.北京：国防工业出版社，2001.
[2]林基恕等.《航空发动机设计手册》.航空工业出版社，2002.
[3]中国机械工程学会材料学会.疲劳失效分析【M】.机械工程出版社，1987
[4]陈光. 航空发动机结构设计分析 [M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006
作者简介： 尚小丽，1978年7月，女，高级工程师。
