郝建勇 原莉莉 冯育敏 刘勇
中国航发西安动力控制科技有限公司 陕西西安 710077
摘要:60度V型螺旋槽钢丝油滤是某型航空发动机油泵调节器中的一种特殊结构的定面积节流器。其流量主要由芯轴外径周向上的60度V型螺旋槽与油滤骨架内孔之间形成的截面来控制，芯轴与油滤骨架通过机械收滚压收口方式锁紧。在生产实践中，该钢丝油滤在收口前后，流量波动较大，无法满足流量要求。本文通过对定面积节流器流通结构进行对比、分析、理论计算，找出了造成流量波动的主要原因。经调整加工工艺后试验验证，满足了流量要求。本次工艺研究对于特殊结构的定面积节流器的加工工艺设计有一定的指导意义。
关键词：60度；V型；螺旋槽；流量波动；定面积节流器
引言
机械液压式燃油调节器是通过液压装置来实现各项功能的，而液压装置的功能是通过改变流道内液体流量或压力来实现的。流量和压力的调节主要是靠改变通道内各种专设的阻力装置来实现，这种专设的阻力装置称为节流器，一个有一定功能的液压装置，通常都设有许多定面积和变面积节流器。其中专设的节流器少则十几个，多则几十个，定面积节流器数量更多。
油泵调节器是发动机燃油附件中最为复杂、最为重要的调节器之一。其工作原理是根据发动机的工作状态用来供应燃料，同时向传感器、低压离心调节器等供给燃油，操纵油压作动筒，并输出控制空气起动机的信号。
1 钢丝油滤结构
钢丝油滤是某型航空发动机燃油附件油泵调节器中的定面积节流器之一。
2 加工难点
钢丝油滤组件要求芯轴通过滚压收口收入油滤骨架中，且保证轴向无窜动。该零件在收口前安排流量试验工序，在收口完成后，再次进行流量试验工序，该组件在收口前后流量差异较大，一般在50ml～70ml /min，个别差异大的超过100 ml/min。该组件流量共分14组，每组流量公差±10ml/min，根本无法满足设计要求。
由于油滤骨架与芯轴是间隙配合，间隙值为0.01～0.016,因此优先考虑间隙值对流量的影响,因此可确定间隙值大小不是收口前、后流量值波动的主要原因。
3 原因分析
3.1零件性能分析
定面积节流器，是在压力一定的情况下，通过改变介质通过的横截面积来达到不同流量值的要求。就目前的航空产品结构来看，一般定面积节流器介质的流经通道均为圆孔.
圆孔型定面积节流器流量主要与圆孔截面的几何尺寸、孔的长度、粗糙度有关。该类型节流器孔的几何尺寸公差一般在H8左右，即0.014mm；孔长度一般约为2mm，较长的约3mm左右；粗糙度Ra0.8，要求较高的粗糙度达Ra0.4。
如上图所示，介质从A向通过红色箭示处6个周向小孔进入骨架，再经过黄色箭头处的螺旋槽，最后由B方向喷出，进出口压差为0.98±0.05MPa，介质为航空煤油。
该类型的定面积节流器是公司首次加工，该组件设计要求流量值从最小85ml /min到最大1300ml /min，流量值通过修磨芯轴上的60°螺旋槽的深浅来调节，由于芯轴的结构限制，螺旋槽的深度调节范围仅为0.3～0.6mm。当螺旋槽加工至最深时也无法满足大流量值要求，采用另一种方案，即在芯轴的肩上加工平面.
该结构用加工相间平面来增大介质通过的横截面积，从而保证组件的大流量值组别要求。
但无论是60°螺旋槽还是相间180°的平面，介质在组件中实际的流动状态都非常复杂，且零件与零件之间的差异较大，无法相互借鉴，原因如下：
1）芯轴外圆与油滤骨架内孔之间存在间隙，间隙要求0～0.015mm，零件收口前与收口后相对位置任意，位置任决导致介质流动状态各异；
2）收口时零件所受的力可能导致芯轴变形，该变形的大小与趋势均存在不确定性，从而导致收口前后流量值的波动；
3）该组件中的介质的流道不规则、不连续。导致介质在组件中各部位流向不断变化，且流经多个截面，各个截面面积不同、流道长度及粗糙度的差异，影响最终流量值。
3.2液流经小孔的节流状态分析
1）薄片小孔节流
薄片小孔是指孔径远远大于孔长度的小孔（）。当液流由直径较大的管道通过这个小孔时，由于产生液压能的局部损失便会出现液压阻力即压力降。
流经薄片小孔的流量
与小孔形状、小孔截面积和小孔前后的压力差有关，而与油液的粘度关系不大。其流量公式为：
（1）
式中
——小孔流量系数，与小孔形状及液体有关，煤油一般取0.7左右；
2）细长孔节流远远小于长度的小孔（一般指>20的小孔）。油液流过这个细长孔时，由于液流的粘性而产生沿程损失，因而间压力降。
流经细长孔的流量
与孔的长度、孔径大小、孔前后的压力差及油的粘度有关。即
（2）
3.3零件流道分析
该单件芯轴的流道为螺旋槽结构, 其中D-H=（0.3～0.6），为方便比较，将螺旋槽的面积近似于等面积的圆，其计算结果如下：
可得：其直径对应圆孔后
。
其螺旋槽螺距为6， 经计算其收口前长度约为13.92mm；收口后为约为/6=2.32mm；由此可见该类结构孔径长度>20，属于细长孔定面积节流器。因此流道的长度对于收口前后流量值的差异影响最大。
3.4收口前后零件结构对比
收口前，油滤骨架仅收口部位产生塑性变形，因介质不从该向流出，该变形当对流量值无影响；芯轴在收口前后，结构上存在切加长的差异，该加长用于磨削螺旋槽时磨床顶尖用。
钢丝油滤在收口前的流量试验工序，芯轴状态（收口前所示），由于工艺加工的原因，在螺旋槽的尾部增加了5mm的工艺加长，而收口后螺旋槽的尾部肩宽为1mm。收口前、后介质流过的螺旋槽长度相差6倍，芯轴在装配前后的结构差异有可能是造成流量波动值较大的直接原因。根据该结构差异，在收口前的流量试验工序前增加车外圆工序，收口前所示，将收口前的螺旋槽尾部肩宽加工至与收口后一致。
3.5流量试验验证
收集2组12件不同间隙钢丝油滤在收口前后的流量值波动情况，见表2
表2 结构差异对应的流量值
由表2可见，结构差异造成的流通长度差异是导致流量值收口前后波动较大的主要原因。
3.6加工工艺流程调整
根据上述研究结论，将该钢丝油滤的加工工艺流程由图9所示，调整为图10所示。
图10 调整后加工工艺流程
4 结论
对于特殊型槽的定面积节流器，在其加工过程中，收口前后的流道长度差异对于收口前后的流量值影响较大。在收口前后其他条件均难以判断及分析的情况下，采用对比、分析、理论计算，找出了影响收口前后流量值波动的主要因素。
随着航空发动机燃油附件的不断发展更新，为满足不同的功能要求，新型结构的定面积节流器将不断出现，本文的研究结论在该类组件的加工工艺设计过程中有一定的指导意义。
参考文献
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[2] 荆宏智，王英杰，李秋荣．机械工人切削手册. 北京：机械工业出版社，2012.
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