, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

Трансмисионни зъбни колела – анализи.

Bookmark and Share

Трансмисионни зъбни колела – анализи

 

Dr. Suren B. Rao


Целта на този материал е да докаже, че трансмисионните зъбни колела на въртящите се перки на летателните апарати, които обикновено са бракувани поради незначителни дефекти (foreign оbject damage - FOD) и петна, могат да бъдат ремонтирани и използвани повторно, като по този начин се понижават разходите. Използва се изотропен процес (isotropic superfinishing - ISF) за ремонт на съоръженията чрез премахване на повърхностните щети. В този проект се демонстрира, че тази повърхностни щети могат да бъдат премахнати докато се коригират OEM спецификациите по отношение на размера, геометрията и металургията на зъбното колело. Освен това, бракуваните CH-46 се ремонтират чрез ISF, като се подлагат на тестове на зъбците и за издръжливост, като тяхното представяне се сравнява с новопроизведените части от одобрен доставчик. Това ясно доказва възможността за ремонт и повторно използване на прецизни трансмисионни зъбни колела.
 
Предистория

CH-46 Sea Knight  е хеликоптер от среден клас от морската пехота на Съединените щати. Той служи като "работен кон" в Корпуса за разполагане на войските. В процеса на поддръжка, Военноморския щаб в Cherry Point (NADEP CP), по-специално самолетното депо, изхвърля много трансмисионни зъбни колела CH-46. Водещо между тях е P/N A02D2066, както и неговите събратя – задвижващите малки зъбни колела, P/N A02D2065, показани на фигура 1. Също така често се бракуват и планарните зъбни колела, P/N 107D2256-7 в главната предавка и входните зъбни колела, P/N-A02D2059-3, в скоростната кутия. Първоначално причините за бракуване на тези съоръжения били малкото FOD или незначителни контактни щети, обикновено наричани сиви зони. Критерият за бракуване на съоръжение са повърхностните щети, при които стърчат отчупени ръбове.
Годишните разходи на Cherry Point за поръчки само на тези части са в размер на няколко милиона долара.
Анализите на бракуваните съоръжения сочат, че увеличаването в размер на 50% на ремонтираните и повторно използвани съоръжения, значително намалява разходите.


Основният фокус на тези усилия е да се покаже, че безопасното повторно използване на бракуваните съоръжения, които в момента се изхвърлят, ще намали значително разходите за поддръжка. От оперативна гледна точка, няколко допълнителни фактора също са от значение. Това са: оперативния живот на предавките, нивата на вибрация в двойката съоръжения и загубите на топлинна енергия в зъбните колела на предавките на хеликоптера - всички, те биха могли да се възползват от тези подобрения. Увеличаването на оперативния живот и намаляването на нивата на вибрациите - които ще намалят броя на дефектите – би имало пряко въздействие върху разходите за CH-46. Освен това, топлинните загуби при отворите на трансмисията, трябва да бъдат минимизирани от допълнителни смазочни масла и смазочни охлаждащи системи.
Допълнителните смазочни масла и охлаждащи системи, необходими за тази цел, ще увеличат теглото на въздухоплавателното средство и ще намалят полезния товар. Намаляването на топлинните загуби в съоръжението ще повлияе благоприятно върху полезния товар на въздухоплавателното средство.
 
Технически подход

Както споменахме, основната причина за по-големия брак са FOD (фиг. 2, оградени в червено) и сивите зони (Фиг. 3). Усилията да се докаже приложимостта на тези ремонти са разделени на две основни фази. В първата фаза скрап съоръженията от Cherry Point, се анализират за щети, обработват чрез ISF процеса и след това се проверяват размерите, геометрията и металургията.
Във втората фаза (хардуерни тестове) се проверява здравината на зъбците и устойчивостта на съоръженията (тестове за издръжливост). Това включва проверка на степента на износване (фиг. 4).
За динамичните тестове са взети предвид всички съоръжения и зъбни колела и са проектирани и произведени рециркулационни тестови устройства (фиг. 5). Произведени са нови пиньони от одобрен военноморски доставчик, като са отремонтирали значително количество такива пиньони чрез процеса ISF. Подробният тест план е разработен и представен на Военноморските сили. Чрез тестовия хардуер, новите и ремонтирани пиньони са оценявани на база огъването на един зъб, контактното износване и устойчивостта при нараняване, според предварително одобрен план.

Резултати

Ремонтираните съоръжения (бракувани съоръжения, чиито повърхностни наранявания са били отстранени) се инспектират по отношение на размерите, геометрията и металургичната цялост. Дебелина на зъба намалява, в сравнение с тази от преди това, но все пак е в рамките на толеранса. Някои от съоръженията са разделени на секции, монтирани и преминали тесове за твърдост, за остатъчен аустенит и за остатъчно напрежение. Ремонтираните съоръжения отговарят на всички OEM спецификации на тези параметри. Микроструктурата на ремонтираните съоръжения също беше тествана и не бяха открити вредни въздействия върху микроструктурата, дължащи се на наблюдавания ISF процес. Повърхнинната грапавина на ремонтираните съоръжения обикновено е μin 4-6. RA, докато  при заземените съоръжения тя надвишава 16 μin РА.
Ремонтираните и нови съоръжения са били подложени на огъващо и контактно напрежение, както и на тестове за устойчивост по предварително одобрен план. Направени са стандартни статистически анализи на събраните данни, за да се постигнат стабилни резултати. Във всичките три теста, ремонтираните съоръжения изпълняват или надхвърлят постиженията на новите съоръжения. Нещо повече, ремонтираните съоръжения – поради перфектно обработената си повърхност – работят при около 20-30 ° F по-ниски температури в сравнение с новите съоръжения.

Заключение

Този проект ясно показва, че значителна част от зъбните колела, предвидени за брак, поради повърхностни наранявания като FOD или сиви зони, могат да бъдат ремонтирани и използвани със значителна икономия на разходите. Помислете, че сроковете за производство на нови резервни зъбни колела за въздухоплавателните съоръжения в много случаи са 12 - 18 месеца. Следователно, използването на бракувани съоръжения може да минимизира престоя и да увеличи наличността на въздухоплавателни средства.
Въпреки, че това усилие е фокусирано върху CH-46 съоръженията, ремонтът и повторната употреба са приложими за трансмисионните предавки на всички летателни съоръжения с фиксирани и въртящи се крила.
Изпълнението на този процес обаче ще изисква одобрението и приемането от страна на самолетните производители. Именно това е целта, която преследваме.

Бележки

Този проект е подкрепен от американската програма Navy Manufacturing Technology Program чрез Института Institute for Manufacturing and Sustainment Technologies (iMAST) в лабораторията за приложни изследвания на Pennsylvania State University.

Сурен Б. Рао е учен в лабораторията за приложни изследвания на Pennsylvania State University и управляващ директор на Изследователския институт Gear Research Institute.
Той има докторска степен от Университета Wisconsin-Madison, магистърска от McMaster University-Canada и бакалавърска от Bangalore University - India, всички в областта на машиностроенето. Има богат опит в производствените изследвания на академично ниво, за индустрията и правителството. Около 25 години е бил фокусиран върху компоненти и системи за предаване на механичната енергия. Той е автор на множество статии в реферирентни списания, организирал е конференции и е автор на книги. Притежава няколко патента в областта на производството на зъбни колела и е член на ASME AGMA и NAMRI/SME.