陳群 劉長(zhǎng)成

摘要：6-3056204У（E3056204）軸承使用中出現(xiàn)保持架嚴(yán)重磨損斷裂故障，本文針對(duì)該故障進(jìn)行分析，認(rèn)為是因軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷所致，進(jìn)而提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：軸承；磨損；斷裂

Keywords：bearing；wear；breaking

1 基本情況

1.1 軸承情況

6-3056204У（國產(chǎn)件牌號(hào)E3056204）軸承由俄羅斯薩馬拉軸承廠制造，結(jié)構(gòu)為雙列角接觸球軸承，內(nèi)徑20mm、外徑47mm、寬20.6mm，有兩列共24顆鋼球，兩個(gè)S型低碳鋼沖壓保持架，一端面內(nèi)外環(huán)擋邊有裝鋼球的工藝缺口，內(nèi)環(huán)的2個(gè)滾道之間有10mm寬的槽，如圖1所示。該軸承在使用過程中出現(xiàn)保持架磨損斷裂故障（見圖2）。

1.2 軸承工況

某型直升機(jī)尾槳轂短軸裝用3套俄制6-3056204У軸承，壽命為1000小時(shí)，軸承內(nèi)環(huán)相對(duì)于外環(huán)做最大轉(zhuǎn)角30°的不定期往復(fù)擺動(dòng)，軸承整體隨尾槳轂做1120r/min旋轉(zhuǎn)。安裝位置如圖3所示。

1.3 尾槳轂軸承型號(hào)變更以及國產(chǎn)化情況

由于使用中尾槳轂軸承出現(xiàn)的保持架磨損斷裂故障率較高，因此俄羅斯修理廠對(duì)該軸承進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。

1973年由3056204低精度軸承變更為高精度6-3056204軸承，提高了軸承的旋轉(zhuǎn)靈活性能；1985年由6-3056204變更為6-3056204У，通過改變軸承滾道曲率等軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)來降低故障率。

因從俄羅斯采購6-3056204У軸承的周期太長(zhǎng)，中國直升機(jī)設(shè)計(jì)所于2006年5月研制完成了該軸承國產(chǎn)化E3056204軸承的替代論證工作。

2 對(duì)軸承的檢測(cè)分析

2.1 保持架材質(zhì)及兜孔磨痕

對(duì)故障軸承保持架材質(zhì)進(jìn)行理化分析，符合俄羅斯08КП牌號(hào)，與國內(nèi)08F相似。在20倍放大顯微鏡下觀察保持架兜孔，兜孔底部磨損較嚴(yán)重，磨損紋路與保持架的軸向一致（見圖4）。

2.2 硬度檢測(cè)

實(shí)測(cè)硬度：外圈HRC63.0；內(nèi)圈HRC62.5；鋼球HRC62.8。標(biāo)準(zhǔn)硬度應(yīng)為：外圈和內(nèi)圈HRC61～65；鋼球HRC62～66。

2.3 游隙檢測(cè)

對(duì)其中一套保持架未斷裂的軸承進(jìn)行游隙檢測(cè)：徑向游隙0.009mm，軸向游隙0.020mm。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)徑向游隙的檢查不作要求；軸向游隙0.015～0.030mm，允許在壽命期內(nèi)軸向間隙增大至0.060mm。

2.4 故障件外觀情況

分解一套保持架斷裂的軸承，對(duì)其外貌特征進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)：外圈溝道壓力區(qū)表面有間歇滑動(dòng)痕跡；內(nèi)圈溝道壓力區(qū)接近擋邊直徑邊緣，靠缺口邊的溝道上有一處劃傷，內(nèi)圈中部非工作區(qū)有多處劃傷；鋼球普遍呈暗灰色，顏色深淺不一，其中11粒鋼球表面有不同程度的劃傷；保持架兜孔內(nèi)有擠壓痕跡，上下兜孔兩邊擠壓較嚴(yán)重且程度不同，兜底無明顯接觸痕跡；保持架內(nèi)徑、外徑磨損嚴(yán)重。

3 故障分析

工廠修理裝用的俄制軸承6-3056204У和國產(chǎn)軸承E3056204以及俄羅斯工廠修理裝用的俄制軸承6-3056204У的規(guī)定使用壽命均為1000小時(shí)，但該軸承普遍使用到500小時(shí)左右保持架均出現(xiàn)了不同程度的磨損以及斷裂。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)修理和裝配工藝進(jìn)行檢查，裝配工藝無問題，工人嚴(yán)格按工藝裝配和注油。潤(rùn)滑情況檢查表明，每次分解下的軸承潤(rùn)滑充分良好，潤(rùn)滑油路暢通。

故障檢查發(fā)現(xiàn)，軸承裝鋼球的工藝缺口在向外裝配時(shí)，保持架磨損嚴(yán)重的是軸承的另一面；軸承裝鋼球的工藝缺口向內(nèi)裝配時(shí)，保持架磨損嚴(yán)重的是軸承有工藝缺口的一面。這說明軸承保持架磨損最嚴(yán)重的面應(yīng)是在裝配時(shí)朝向滾針軸承的那一面（即內(nèi)面），且在軸承使用時(shí)間相近的情況下，軸承裝鋼球工藝缺口向內(nèi)裝時(shí)磨損更為嚴(yán)重。

從對(duì)50臺(tái)尾槳轂的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，裝用的6-3056204У（E3056204）軸承保持架均有不同程度的磨損，說明該軸承保持架磨損屬于普遍現(xiàn)象。軸承型號(hào)的兩次改變說明該軸承在該系列直升機(jī)尾槳轂短軸上的使用過程中出現(xiàn)的問題較多，引起了俄羅斯設(shè)計(jì)單位的重視，6-3056204У軸承保持架不同程度的磨損與主機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的軸承選型有關(guān)。由于選型是經(jīng)過一系列試驗(yàn)才確定的，因而軸承結(jié)構(gòu)形式要進(jìn)行大的更改必須經(jīng)過設(shè)計(jì)單位的同意，所以后續(xù)只能在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行局部的更改，即上文提到的軸承型號(hào)的變更。

軸承內(nèi)圈溝道壓力區(qū)趨近擋邊直徑，表明軸承所受軸向力較大，同時(shí)增大了鋼球自旋滑動(dòng)，導(dǎo)致兜孔產(chǎn)生了異常磨損，并限制了鋼球在軸承中的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，造成鋼球擠壓兜孔，使保持架偏離旋轉(zhuǎn)中心。軸承的使用位置在直升機(jī)的尾部，此位置振動(dòng)較大，軸承在使用過程中鋼球與保持架頻繁發(fā)生撞擊和磨損，導(dǎo)致保持架與鋼球間隙逐漸進(jìn)一步大，保持架在內(nèi)外環(huán)之間的竄動(dòng)量也逐漸增大；軸承隨尾槳轂做1120r/min的旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的離心力，因而保持架與內(nèi)外環(huán)擋邊頻繁發(fā)生撞擊，內(nèi)外環(huán)硬度較大（HRC61～HRC65），而保持架是軟狀態(tài)，撞擊時(shí)內(nèi)外環(huán)擋邊對(duì)保持架產(chǎn)生切割作用使保持架磨損。有工藝缺口面的缺口處有棱角，棱角對(duì)保持架產(chǎn)生的切割作用更強(qiáng)，導(dǎo)致該面保持架磨損更加嚴(yán)重。

保持架已斷裂的軸承未發(fā)生軸承卡死的原因：因承做最大轉(zhuǎn)角30°的往復(fù)擺動(dòng)，若斷裂的保持架掉在滾道上，保持架對(duì)鋼球的轉(zhuǎn)動(dòng)有一定的阻礙作用，但鋼球有自轉(zhuǎn)和滑動(dòng)的可能，因此未對(duì)軸承造成卡死現(xiàn)象。該軸承是雙列角接觸球軸承，內(nèi)環(huán)2個(gè)滾道之間有10mm的槽，內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間形成了能容納保持架斷塊的較大空間，保持架斷塊在振動(dòng)力和離心力的作用下會(huì)離開滾道自然向中間的空間移動(dòng)，因此也未對(duì)軸承造成卡死現(xiàn)象。

4 結(jié)論

綜上分析，6-3056204У（E3056204）軸承保持架磨損的原因是軸承結(jié)構(gòu)有設(shè)計(jì)缺陷。

建議采取以下措施：

1）在軸承裝球缺口兩側(cè)與內(nèi)外徑交角處加工30°斜角，以減輕交角對(duì)保持架的啃傷。

2）將軸承改為無保持架兩面帶裝球缺口的滿球結(jié)構(gòu)，避免保持架磨損。

3）將軸承改為無裝球缺口雙半內(nèi)環(huán)無保持架滿球結(jié)構(gòu)形式，可以提高使用的可靠性。

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