航空發(fā)動機主軸保持架斷裂故障分析

  主軸承是航空發(fā)動機的關(guān)鍵部件,,其性能質(zhì)量是影響發(fā)動機壽命和可靠性的重要因素,若飛行過程中主軸承出現(xiàn)失效故障,,后果不堪設(shè)想,。軸承故障種類繁多,其中保持架開裂,、斷裂較為常見,,且危害性巨大。軸承失效的影響因素復雜,,由于工作條件和失效因素的差異,,產(chǎn)生的失效形式和形貌各不相同,因此,,對發(fā)動機主軸承的失效分析具有非常重要的意義,。

  某航空發(fā)動機工廠試車過程中振動超上限,停車后高壓轉(zhuǎn)子抱轉(zhuǎn),。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),,金屬屑末信號器濾網(wǎng)和潤滑油濾網(wǎng)附著有少量金屬屑。進一步分析金屬屑末成分,,確認為軸承保持架材料,。發(fā)動機分解檢查后,發(fā)現(xiàn)主軸承保持架斷裂,,總工作時間不足2h,。 故障軸承為外圈無擋邊的圓柱滾子軸承,套圈和輥子材料為Cr4Mo4V,,保持架材料為硅青銅,,表面采用變極脈沖鍍銀,,采用環(huán)下供油潤滑方式。復查試驗機試驗和歷次裝機記錄,,未出現(xiàn)保持架斷裂記錄,。

  故障分析:從相應(yīng)檢查可知,軸承保持架斷口和裂紋微觀可見疲勞條帶形貌,,其斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂,;熒光檢查發(fā)現(xiàn),幾乎所有的轉(zhuǎn)角都存在大小不一的裂紋,。由此可知,,保持架在運轉(zhuǎn)過程中存在異常振動的現(xiàn)象。由于保持架的異常振動,,滾子對圓周方向兩側(cè)的橫梁均存在較大的撞擊力,,這點由橫梁表面較重的接觸痕跡可以證實。保持架發(fā)生異常振動通常與以下幾方面因素有關(guān):

  1)軸承設(shè)計不合理,,使得工作過程中振動較大,,甚至發(fā)生共振,使保持架發(fā)生疲勞失效,。
  2)軸承其他部件失效,,如套圈滾道剝落、滾子剝落或磨損等,,造成軸承運轉(zhuǎn)失穩(wěn),,使得振動增大,從而導致保持架疲勞斷裂,。
  3)軸承尺寸精度及游隙超差,。
  4)保持架受激振動。保持架異常振動可能與系統(tǒng)存在較大振動有關(guān),。

  綜上所述,,保持架的斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂,兜孔轉(zhuǎn)角處的裂紋性質(zhì)為疲勞裂紋,;保持架發(fā)生疲勞斷裂主要與異常振動有關(guān),,兜孔轉(zhuǎn)角R尺寸偏小也有一定影響;保持架受到異常振動與試車時不正常操作有關(guān),。

  預防措施:引起軸承零件斷裂和開裂的原因是零件的實際載荷(或至少在局部區(qū)域)超過其強度極限,,但也可能與其他因素(如過熱、磨損和片狀剝落)有關(guān),。因此,,必須加強保持架外觀檢查,必要時對兜孔轉(zhuǎn)角R尺寸做進一步檢測,;對試車工人的操作進行規(guī)范管理并制定應(yīng)急預案,,發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施。