6-3056204У軸承保持架斷裂故障分析

陳群 劉長成

摘要：6-3056204У（E3056204）軸承使用中出現保持架嚴重磨損斷裂故障，本文針對該故障進行分析，認為是因軸承結構設計缺陷所致，進而提出改進措施。

關鍵詞：軸承；磨損；斷裂

Keywords：bearing；wear；breaking

1 基本情況

1.1 軸承情況

6-3056204У（國產件牌號E3056204）軸承由俄羅斯薩馬拉軸承廠制造，結構為雙列角接觸球軸承，內徑20mm、外徑47mm、寬20.6mm，有兩列共24顆鋼球，兩個S型低碳鋼沖壓保持架，一端面內外環擋邊有裝鋼球的工藝缺口，內環的2個滾道之間有10mm寬的槽，如圖1所示。該軸承在使用過程中出現保持架磨損斷裂故障（見圖2）。

1.2 軸承工況

某型直升機尾槳轂短軸裝用3套俄制6-3056204У軸承，壽命為1000小時，軸承內環相對于外環做最大轉角30°的不定期往復擺動，軸承整體隨尾槳轂做1120r/min旋轉。安裝位置如圖3所示。

1.3 尾槳轂軸承型號變更以及國產化情況

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

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部結構參數來降低故障率。

因從俄羅斯采購6-3056204У軸承的周期太長，中國直升機設計所于2006年5月研制完成了該軸承國產化E3056204軸承的替代論證工作。

2 對軸承的檢測分析

2.1 保持架材質及兜孔磨痕

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

2.2 硬度檢測

實測硬度：外圈HRC63.0；內圈HRC62.5；鋼球HRC62.8。標準硬度應為：外圈和內圈HRC61～65；鋼球HRC62～66。

2.3 游隙檢測

對其中一套保持架未斷裂的軸承進行游隙檢測：徑向游隙0.009mm，軸向游隙0.020mm。技術標準對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，對其外貌特征進行觀察，發現：外圈溝道壓力區表面有間歇滑動痕跡；內圈溝道壓力區接近擋邊直徑邊緣，靠缺口邊的溝道上有一處劃傷，內圈中部非工作區有多處劃傷；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；保持架兜孔內有擠壓痕跡，上下兜孔兩邊擠壓較嚴重且程度不同，兜底無明顯接觸痕跡；保持架內徑、外徑磨損嚴重。

3 故障分析

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

對現場修理和裝配工藝進行檢查，裝配工藝無問題，工人嚴格按工藝裝配和注油。潤滑情況檢查表明，每次分解下的軸承潤滑充分良好，潤滑油路暢通。

故障檢查發現，軸承裝鋼球的工藝缺口在向外裝配時，保持架磨損嚴重的是軸承的另一面；軸承裝鋼球的工藝缺口向內裝配時，保持架磨損嚴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重的面應是在裝配時朝向滾針軸承的那一面（即內面），且在軸承使用時間相近的情況下，軸承裝鋼球工藝缺口向內裝時磨損更為嚴重。

從對50臺尾槳轂的統計結果來看，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象。軸承型號的兩次改變說明該軸承在該系列直升機尾槳轂短軸上的使用過程中出現的問題較多，引起了俄羅斯設計單位的重視，6-3056204У軸承保持架不同程度的磨損與主機設計時的軸承選型有關。由于選型是經過一系列試驗才確定的，因而軸承結構形式要進行大的更改必須經過設計單位的同意，所以后續只能在原設計基礎上進行局部的更改，即上文提到的軸承型號的變更。

軸承內圈溝道壓力區趨近擋邊直徑，表明軸承所受軸向力較大，同時增大了鋼球自旋滑動，導致兜孔產生了異常磨損，并限制了鋼球在軸承中的自由轉動，造成鋼球擠壓兜孔，使保持架偏離旋轉中心。軸承的使用位置在直升機的尾部，此位置振動較大，軸承在使用過程中鋼球與保持架頻繁發生撞擊和磨損，導致保持架與鋼球間隙逐漸進一步大，保持架在內外環之間的竄動量也逐漸增大；軸承隨尾槳轂做1120r/min的旋轉，產生較大的離心力，因而保持架與內外環擋邊頻繁發生撞擊，內外環硬度較大（HRC61～HRC65），而保持架是軟狀態，撞擊時內外環擋邊對保持架產生切割作用使保持架磨損。有工藝缺口面的缺口處有棱角，棱角對保持架產生的切割作用更強，導致該面保持架磨損更加嚴重。

保持架已斷裂的軸承未發生軸承卡死的原因：因承做最大轉角30°的往復擺動，若斷裂的保持架掉在滾道上，保持架對鋼球的轉動有一定的阻礙作用，但鋼球有自轉和滑動的可能，因此未對軸承造成卡死現象。該軸承是雙列角接觸球軸承，內環2個滾道之間有10mm的槽，內環與外環之間形成了能容納保持架斷塊的較大空間，保持架斷塊在振動力和離心力的作用下會離開滾道自然向中間的空間移動，因此也未對軸承造成卡死現象。

4 結論

綜上分析，6-3056204У（E3056204）軸承保持架磨損的原因是軸承結構有設計缺陷。

建議采取以下措施：

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

2）將軸承改為無保持架兩面帶裝球缺口的滿球結構，避免保持架磨損。

3）將軸承改為無裝球缺口雙半內環無保持架滿球結構形式，可以提高使用的可靠性。

參考文獻

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