某型直升机发动机轴承磨损失效故障分析

2022-02-04陈海牛姜道有卓伟伟孙欢欢马文杰国营锦江机器厂

航空维修与工程 2022年12期

■ 陈海牛姜道有卓伟伟孙欢欢马文杰/国营锦江机器厂

1 发动机8号轴承情况

2 冶金分析

某型直升机发动机飞行时金属屑告警灯亮，着陆后检查磁性屑末检测信号器，发现有较多粉末状金属屑。对收集的金属屑进行能谱分析，确认金属屑成分与8号轴承（材料为GCr15）的材料相近，发动机返厂。

8号轴承在附件传动中的安装位置如图1所示，通过成对双联角接触球轴承与10号滚子轴承共同支承花键传动轴，承受锥齿轮啮合力。通过研磨配对两轴承内圈端面，然后将其通过锁紧螺母压紧在轴上，进而实现8号轴承的预紧。8号轴承内环与花键传动轴是过盈配合，过盈量为0.022～0.039mm，装配时将轴承加温到120～140℃，保温5min后装配到花键传动轴上。

图1 8号轴承安装位置示意图

2.1 宏观检查

对8号轴承进行分解检查，结果如下。

1）外套圈：外套圈跑道面表面呈亮金属色，存在多条周向划痕，局部可见剥落现象（见图2）。

图2 外套圈跑道面形貌

2）内套圈：内套圈表面均呈金属色，跑道面靠有字面一侧存在宽约3mm、长约2/5圆周的剥落带（靠有字面剥落坑较大的剥落带宽度约1.5mm，剥落坑较小的剥落带宽度约1.5mm），其余3/5圆周为断续分布的剥落坑（见图3），无字面一侧可见多条周向划痕。

图3 内套圈跑道面形貌

3）滚子：所有滚子表面均存在不同程度的划痕，未见明显宏观剥落。

4）保持架：保持架所有兜孔均完整，未见异常挤压现象。保持架外圆面靠两端区域存在明显周向磨损痕迹，磨损部位银层脱落。

2.2 微观检查

1）外套圈：外套圈跑道面可见周向划痕，靠有字面一侧可见显微剥落现象，剥落坑微观呈鱼鳞形貌（见图4），为接触疲劳剥落。

图4 外套圈跑道面微观形貌

2）内套圈：内套圈跑道面靠有字面可见明显剥落现象，剥落坑微观呈鱼鳞形貌，为接触疲劳剥落（见图5）。

图5 内套圈跑道面微观形貌

3）滚子：12粒滚子存在显微剥落现象（见图6）。

图6 滚子表面微观形貌

2.3 成分检查

轴承内外套圈、滚子成分经化学定量分析，结果见表1、表2，均符合相关技术条件要求。

表1 8号轴承上轴承滚子成分分析结果（wt%）

表2 8号轴承上轴承内外套圈成分分析结果（wt%）

2.4 磨削烧伤检查

依据JB2850、JB1255规定的工艺步骤及参数，顺序进行宏观磨削烧伤检查，轴承外套圈、内套圈、滚子表面均未见烧伤现象。

2.5 金相检查

8号轴承经剖切后进行金相组织检查，非金属夹杂、显微组织按冶标（YB）9-68、JB2850进行评定，结果见表3、表4，均符合技术条件要求。内套圈靠有字面一侧存在剥落，剥落坑深度约为40～70μm，剥落坑附近可见接触疲劳裂纹（见图7）。

图7 内套圈剥落部位抛光态形貌

表3 8号轴承上轴承内外打套的金相检查结果

表4 8号轴承上轴承滚子的金相检查结果

2.6 硬度检测

对8号轴承内外套圈及滚子进行宏观硬度检测，结果见表5，均满足相关技术条件要求（内外套圈硬度要求HRC 58.5～61.5；滚子硬度要求HRC 61～ 64）。

表5 8号轴承上轴承硬度检测结果（HRC）

2.7 冶金结论

8号轴承材质及冶金质量符合相关技术条件要求；8号轴承内外套圈及滚子表面存在接触疲劳剥落。

3 分析讨论

1）从冶金分析可知，8号轴承材质及冶金质量符合相关技术条件要求。轴承内外套圈及滚子表面存在的剥落为接触疲劳剥落。

2）分析认为，设计规定的8号轴承与花键传动轴配合过盈量偏大（设计值0.022～0.032mm，实测0.028～0.029mm），8号轴承装配后按规定的力矩对轴承固定螺母进行拧紧时，螺母产生的轴向推力可能小于轴承内环由于过盈量产生的轴向阻力，容易造成轴承内环轴向预紧力过小及装配不到位情况的发生。

3）在预紧力卸载或未预紧时，8号轴承在推力载荷（Fa）作用下的特性与单个轴承相同。如图8所示，Fa为成对轴承所受轴向力，F1为下轴承所受轴向力，F2为上轴承所受轴向力。当预紧力正常时，钢球与外圈能够形成一定的接触角（α＞0），接触位置如图8上黑色椭圆所示。当轴承未预紧时（见图9），下轴承由于有轴向力作用，钢球与外圈能够形成一定的接触角（α＞0）；而上轴承由于没有预紧力和轴向力作用，且在离心力作用下，钢球与外圈的接触角为零或与正常的接触角反向（α≤0），这种情况下，由于钢球在陀螺力矩的作用下会发生钢球与滚道滑动，进而加速轴承损坏。