航空發動機主軸承保持架兜孔偏磨故障分析

梁存良，可成河，趙鐵軍

( 1.沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司，沈陽 110043；2.駐沈陽黎明發動機制造公司軍事代表室，沈陽 110043)

航空發動機主軸承是航空發動機中的重要部件，其發生故障會影響飛行任務，甚至造成嚴重事故[1]。軸承失效的因素復雜,失效形式和形貌不同,因此對發動機主軸承的失效分析具有重要意義。

航空發動機在工廠試車后經分解檢查發現，主軸承6D32916QT2保持架兜孔出現多起偏磨故障，且故障保持架加工批次相同，故障率約為50%。由于需要更換主軸承，造成了較大的經濟損失，對發動機進行附加試車，影響了正常生產和交付。下文對故障保持架開展了尺寸測量和加工過程復查，分析其偏磨原因，并提出預防改進措施。

1 故障現象

試車后分解發現主軸承保持架的28個兜孔出現了偏磨現象，連續14個兜孔偏磨形貌相似，且與另外連續14個兜孔的偏磨形貌具有反向對稱特征。選取第1個偏磨形貌反向的兜孔編號為1#，順時針依次編號。8#兜孔側梁磨損形貌如圖1所示，由圖可知，磨損痕跡靠近保持架內徑。在圓周直徑方向與其對應的22#兜孔側梁磨損形貌如圖2所示，由圖可知，其磨損痕跡靠近保持架外徑。經觀察發現，1#與28#，14#與15#兜孔側梁與滾子端面的磨損痕跡恰好相反(圖3)。

圖1 8#兜孔側梁磨損形貌

圖2 22#兜孔側梁磨損形貌

(a)1#與28#

(b)14#與15#

滾子與兜孔橫梁的偏磨形貌如圖4所示。由圖可知，其接觸痕跡相對較輕，但分布不均勻，表現為一端粗一端細，同一兜孔的另一橫梁則相反。此外，滾子和套圈未見異常。

(a)2#和3#兜孔 (b)旋轉180°

2 尺寸測量和加工過程復查

2.1 尺寸測量

對軸承進行尺寸測量，結果見表1。

表1 成品精度檢測結果

用測量儀檢測保持架兜孔橫梁對基準端面的垂直度(通過保持架兜孔底面與端面傾斜度間接保證)，結果表明，垂直度普遍較大，參考標準為不大于0.05 mm，實測28個橫梁56個面中51個面的垂直度超差，最大值為0.081 mm。

用卡尺測量橫梁兩端寬度，發現1#與28#,14#與15#兜孔之間的2個橫梁寬度不一致，差值約為0.14 mm，呈梯形且其方向相反(圖5)，根據檢測結果判斷，其兩側兜孔應是反向的平行四邊形。

圖5 梯形橫梁示意圖

2.2 加工工藝復查

故障保持架為整體型結構，材料為鋁青銅(QAL10-3-1.5)。加工工藝為：粗車成形→細車端面→粗磨外徑面→細車內徑面→打標記→鉆鉸孔→拉方孔→車臺階→終磨外徑面→終車內徑面→去毛刺→壓印→清洗，其中對保持架兜孔影響最大的是拉方孔，拉削工裝示意圖如圖6所示。工件通過壓板和工件座夾緊，拉刀頭部通過卡子與拉床夾頭裝夾，在其牽引下向前做直線運動完成拉削[2]。

1—拉刀；2—卡子；3—拉床夾頭；4—壓板;5—工件；6—工件座

2.3 生產過程質量排查

復查軸承保持架加工工藝，發現沒有保持架橫梁對端面的垂直度控制要求。實際生產過程中，也未對檢驗過程進行控制。

對同批次保持架進行垂直度抽樣檢測，檢測結果見表2，由表可知，故障件同批保持架剩余庫存3件，有2件的垂直度較大，分別為0.145，0.069 mm；新加工庫存中抽檢6件，其垂直度均符合參考標準。

表2 庫存保持架垂直度抽檢結果

對現有的3把保持架拉刀分別采用檢測試拉樣件的方式進行檢測。結果顯示，3個樣件的兜孔橫梁對基面的垂直度均滿足要求。對拉刀的訂購及修磨記錄進行清查，發現在加工故障批保持架時，有一把拉刀因垂直度過大修磨過。

3 故障機理分析

保持架兜孔終加工為拉削成形，兜孔底面與端面的傾斜度符合保持架技術條件要求，但偏磨保持架兜孔橫梁與端面的垂直度不符合技術要求，說明橫梁歪斜，會使滾子在運轉過程中不能與橫梁完全接觸或接觸位置偏向一側，造成橫梁偏磨。

保持架的加工工藝及檢驗標準符合設計要求，標準規定保持架兜孔橫梁與端面的垂直度通過兜孔底面與端面的傾斜差間接控制。保持架橫梁偏磨的根本原因是拉刀的幾何精度偏離設計要求。

根據故障件的偏磨形貌及檢測結果可知，垂直度不合格的保持架是使用了垂直度不合格的拉刀，呈梯形橫梁兩側的兜孔應分別為拉削加工的首孔和末孔；而經修磨過的拉刀在修磨前其垂直度不合格，導致故障批保持架兜孔的垂直度不合格。

產品加工過程中，工藝和檢驗規程只控制兜孔側梁底面對基準端面的傾斜度，而保持架橫梁對端面的垂直度在設計、工藝、檢驗等技術文件中均未明確提出控制要求，只靠拉刀精度保證，若其精度不合格或拉削過程出現其他問題，就無法保證保持架的精度。拉刀未經有效檢測就投入使用，說明在拉刀質量控制上存在薄弱環節。

由以上分析可知：

1)保持架兜孔偏磨的原因是兜孔橫梁對端面的垂直度過大。

2)拉刀垂直度不合格是造成保持架兜孔橫梁對端面的垂直度過大的直接原因。

3)保持架橫梁對端面的垂直度在設計、工藝、檢驗等技術文件中未明確提出控制要求，對投入使用的拉刀未經有效檢測或驗證，也是問題產生的重要原因。

4 預防措施

1)在產品設計圖樣中增加保持架兜孔傾斜度、底高變動量、兜孔中心垂直度等控制指標和要求。

2)借鑒國內外軸承保持架的先進加工方法，改進現有保持架的加工工藝。

3)引進先進設備，如多軸聯動專業機床，完成一次裝夾定位，采用專用加工刀具保證保持架的尺寸精度和形位公差。

4)加強對拉刀質量及拉削過程的控制，對投入使用的拉刀制定有效檢測或驗證措施。