某飛機起落架主機輪安裝軸套損傷原因分析及解決措施

張航舟，孫繼勇，寧曉東，李志愿

起落架是飛機在地面停放、滑行、起降滑跑時用于支持飛機重量、吸收撞擊能量的重要部件[1]。起落架主要靠緩沖器和機輪輪胎吸收能量，兩者之間主要通過輪軸連為一體，為了避免輪軸磨損增加軸套來防護。某型飛機在低速滑跑階段輪軸軸套出現配合表面周向劃傷故障，為確定故障原因，本文對輪軸劃傷進行針對性分析，并給出解決措施。

1 故障基本情況

某型飛機在低速滑行過程中主起落架機輪出現隔熱屏脫出現象，隨后為了檢查所有主機輪隔熱屏的受損情況，對所有主機輪進行了拆卸，在拆卸主機輪過程時發現拆卸下的右主起落架兩個機輪外側安裝軸套與其機輪內側軸承配合表面均出現不同程度的周向劃傷(手觸感覺劃手)；左主起落架兩個機輪（左外和左內）外側安裝軸套與機輪間拆卸困難，這兩個軸套表面比右主起落架軸套的受損程度更為嚴重，并且在軸套與剎車殼體配合表面處有鑲嵌的銅粉、油封與軸承端面接觸處有不同程度的磨損痕跡，詳見圖1～圖2所示。

2 機輪安裝及相關結構

如圖3所示，某型主機輪通過導向套和軸套安裝在輪軸上，主機輪通過內、外兩個軸承安裝在軸套上，剎車裝置一端通過剎車殼體安裝在導向套上，一端通過剎車殼體安裝在軸套上，機輪通過端面螺母擰緊固定在輪軸上，機輪內側軸承內環止動在軸套軸肩上。軸套與內、外兩個軸承的配合為間隙配合。

軸套及導向套的材料為15-5PH不銹鋼，HRC36，σb=1 170±100 MPa；內、外兩個軸承材質為滲碳合金鋼20Cr2Ni4A，HRC62。

圖3 機輪安裝示意圖

3 故障原因分析

首先從軸套表面損傷的情況來看，軸套損傷的部位主要集中在兩處，一處損傷方向沿周向且集中出現在與軸承內環所配合的部位；軸套另一處擠傷，集中出現在與剎車殼體配合表面局部，且周向斷續痕跡2道，與剎車殼體襯套的銅基配合表面對應，且其上金黃色金屬應為剎車裝置上安裝的襯套銅基支撐上咬掉的銅基材料。為進一步確認此軸套上鑲嵌的金黃色物質，對其進行分光檢查，其中銅元素含量為6.9%，據查15-5PH材料入廠復驗化學試驗報告中銅元素含量為3.33%（AMS5659標準要求為2.50%～4.50%），因此可以斷定軸套上鑲嵌的金黃色物質來自于剎車裝置上安裝的銅襯套。

從軸套上述損傷情況看，不銹鋼黏著磨損后產生的咬合損傷一般在相互運動的零件間發生，表明軸承內環和軸套之間存在一定的轉動。

從油封支架端面的磨損情況看，油封支架內端面內沿圓周有較深劃痕，且局部有金黃色金屬粘連物，外端面外沿沿圓周有劃痕，表明與其兩側接觸的剎車殼體安裝的銅基支撐襯套和內側軸承內環端面均有接觸并有轉動產生。

再從輪軸與軸套配合表面的檢查情況來看，輪軸與軸套配合表面均無明顯磨損痕跡，表明軸套和輪軸之間沒有產生轉動。

由圖3所示機輪安裝及相關結構可知，機輪安裝后，通過端面螺母擰緊固定在輪軸上，由于軸承外圈與軸承內圈之間的運動是滾動摩擦，而軸承內圈和軸套之間存在擰緊力矩產生的軸向壓緊力和地面載荷傳遞的徑向載荷的共同作用，理論上不會產生轉動，而飛機主機輪內側軸承內環和軸套之間卻出現轉動的現象。

分析引起該轉動繼而引起損傷的原因主要有以下幾種可能情況：

（1）相關零件制造問題；

（2）安裝和拆卸；

（3）軸承卡死；

（4）其他外力。

據返廠零件復查結果可知，該飛機起落架上所裝的活塞桿、軸套、導向套、軸承等零件以及機輪的安裝調試均符合設計圖紙的要求，相關零件的材料入廠復驗合格，熱表處理符合設計文件要求，產品尺寸檢測合格。因此排除由于生產制造所產生的軸套損傷。

對于安裝和拆卸，機輪安裝順序為：先將軸套、導向套安裝在輪軸上，之后將剎車裝置安裝在導向套上，再將包含了軸承、油封支架和旋轉密封的機輪安裝在一起后安裝在軸套和剎車裝置上，最后機輪通過端面螺母擰緊固定在輪軸上。安裝時需將軸套和軸承內孔中心、機輪上的導軌與剎車裝置上的導槽對齊安裝，由于機輪較重，需不斷沿軸向晃動機輪向內安裝到位，在此過程中軸承內環與軸套之間存在一定的轉動。從而使軸套表面產生損傷，繼而產生咬傷，為了徹底排除此因素，廠內利用研發試驗件，反復拆裝機輪8次（模擬裝機件拆卸次數），拆卸后檢查軸套表面情況如圖4所示，可見安裝產生可見的輕微的環狀紋路，最深處用手可感覺到由磨損產生的表面輕微的不平整，這是由于軸套材料為15-5PH不銹鋼，表面硬度HRC36，與之相配的軸承材質為滲碳合金鋼20Cr2Ni4A，表面硬度HRC62，兩者硬度相差較大，雖未產生001架機現場軸套表面嚴重的咬傷現象，但在機輪拆裝過程中軸套表面存在損傷的可能。

繼續對軸承情況進行分析，經咨詢軸承供應商，如果軸承卡死，其內部因卡死會產生高溫，由此會引起軸承零件表面和內部潤滑脂的變化，現軸承除磨損外其內部完好，潤滑脂無變化，由此可以斷定軸承未卡死。

圖4 反復拆裝機輪后軸套表面示意圖

而后對相關的機輪結構設計進行了復查，發現剎車殼體支撐和軸承油封支架之間無間隙，雙方的機輪安裝接口尺寸為153±0.2 mm，而復查裝機件4件主機輪安裝接口尺寸均在153.05～153.09 mm之間，輪軸對應的安裝接口尺寸在152.85～152.93 mm之間，機輪通過端面螺母擰緊固定在輪軸上時，機輪軸承內環應被壓在軸套軸肩止動，而現在剎車殼體支撐和軸承油封支架之間無間隙，且裝機件4件主機輪安裝接口實際尺寸均大于輪軸對應的安裝接口實際尺寸，由此機輪通過端面螺母擰緊固定在輪軸上時，機輪軸承內環并沒有壓在軸套軸肩上，而是通過油封支架壓緊在剎車殼體上止動。而剎車裝置在剎車時由于連接間隙和變形會繞輪軸微動旋轉，微動旋轉帶動壓緊的油封支架及軸承內環產生微動旋轉，飛機滑行時，在不斷的剎車-松剎過程下，這種微動旋轉使機輪軸承內環繞外軸套產生斷續的微動旋轉，在地面載荷的作用下軸套和軸承內環的下半部接觸部分沿周向在高擠壓載荷作用下滑動，從而導致較軟的軸套先是發生表面黏著磨損，而后累積產生不銹鋼咬合損傷。從油封端面的損傷情況也可以驗證剎車殼體繞輪軸微動旋轉使剎車殼體壓緊了油封端面并和其有相對轉動，從而使得剎車殼體支撐銅基材料遷移至油封端面。另外由于剎車殼體支撐在軸向力的作用下發生變形，使得剎車殼體支撐抱緊了軸套，剎車殼體在剎車過程中產生的微動旋轉，使得剎車殼體上的銅基材料擠壓粘連在軸套上。如果安裝和拆卸過程中軸套表面已產生磨痕等缺陷，也會進一步加劇軸套表面的損壞。

綜上所述，此次主輪安裝軸套及相關零件損傷的原因為：機輪剎車殼體支撐和軸承油封支架之間無間隙，剎車裝置在剎車時由于連接間隙和變形會繞輪軸微動旋轉，微動旋轉帶動壓緊的油封支架及軸承內環產生微動旋轉，在地面載荷的作用下軸套和軸承內環的下半部接觸部分沿周向在高擠壓載荷作用下滑動，從而導致較軟的軸套先是發生表面黏著磨損，而后累積產生不銹鋼咬合損傷。軸承和軸套表面硬度相差較大，在裝拆過程中產生的磨痕等缺陷，進一步加劇了軸套表面的損傷。

4 解決措施

針對上述的故障原因，提出以下解決措施：

（1）機輪結構進行改進設計，在剎車殼體支撐和軸承油封之間保持一定的間隙；

（2）對軸套及相關零件進行改進設計，對與軸承和剎車殼體配合表面增加鍍鉻要求，增加軸套配合表面硬度和耐磨性；

（3）對機輪的安裝增加油封和軸套之間的間隙檢查要求，確保安裝后機輪止動在軸套上。

參考文獻：

［1］諾曼.斯.柯里，著，方寶瑞，譯.飛機起落架設計原理和實踐［M］.北京：航空工業出版社，1990.

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