航空发动机止推轴承故障分析与处理

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1某型号航空发动机止推轴承的故障现象

在对某型航空发动机做日常外场滑油光谱检查时，发现滑油中的Fe、Cr元素的含量远超过了规定标准，但是在磁性金属检测环节并未发现大量的金属屑，且并未发现明显的异常现象，通过对发动机油滤装置进行深度检查，发现油滤中含有较多的金属屑，从而影响了航空发动机的正常运行。通过对航空发动机进行拆解，发现航空发动机低压转子轴承辅助列轴承保持架出现严重的问题（磨损、断裂），轴承滚珠磨损严重并伴随着一部分滚珠的掉落，轴承周边有大量金属碎末，轴承其他部分并未发现明显异常。而后对航空发动机的维修记录进行检查，以往记录中并未对航空发动机轴承故障有所记录，定期对航空发动机进行检查中也并未发现明显异常。

2某型航空发动机轴承故障分析

2.1某航空发动机止推轴承结构。某型航空发动机低压转子所使用的轴承采用的是止推滚珠轴承，轴承内滚珠由主列和辅列两部分所组成，轴承主列和辅列分布在同一轴承内圈上，该止推轴承内圈与中介轴相连，轴承的压紧和固定采用的是花键螺母1和杯型垫圈，轴承的外圈靠压在高压转子后轴的内圆柱面上，将轴承的主列靠压在内圆柱面上，在轴承的调整固定上采用的是花键螺母2与预紧弹簧相结合的方式来为轴承的辅助列提供合适的轴向力，施加在轴承辅助列上的轴向预紧力相后再次传递到轴承的主列中，从而使得轴承主列能够以合适的运行状态运转，避免因受力不当而发生打滑问题，提高轴承内外圈、保持列和滚珠的使用寿命。某型航空发动机止推轴承结构如下图1所示。2.2某型航空发动机止推轴承受力分析。航空发动机运转时转速极高，轴承转动过程中将受到轴向和径向两方面的作用力，其中轴向作用力对于轴承的影响破坏较大。该型航空发动机运转过程中如其高压转速在最高转速的83%以内时，航空发动机轴承将会承受来自于主列外侧的前向力，轴承保持架将长期承受一个后向的作用力，在调节预紧弹簧时需要将预紧轴向力调节到稍大于轴承所承受的前向轴向力，保证航空发动机止推轴承承受一个后向的作用力，将压缩弹簧压缩至最大的压缩状态。而当航空发动机的高压转速超过最高转速的83%时，其将承受一个后向的作用力，为确保航空发动机止推轴承滚珠主列能够获得一个良好的运行状态，需要将压缩弹簧的预紧压力调至最小压缩状态，实现航空发动机止推轴承保持架的受力平衡。2.3航空发动机止推轴承的故障现象。在对航空发动机止推轴承进行外观检测时，发现止推轴承内圈颜色较深呈乌青色，止推轴承主列外圈与滚珠颜色明亮，并无明显异常。止推轴承主列保持架内侧呈现出明显额挤压摩擦痕迹，从而意味着止推轴承长期承受着后向的轴向力。而后，再对止推轴承辅助列进行外观检测，辅助列外圈有明显的磨损痕迹，内圈滚道有金属剥落、爬坡现象，滚道侧边有明显的挤压卷边现象，同时在止推轴承内圈滚道上有明显的挤压和划痕。辅助列的滚珠磨损严重，严重的甚至有一些滚珠已无法保持圆形。航空发动机的花键螺母和杯型垫圈也有着明显的磨损痕迹，调整垫圈压紧侧有着明显的周向摩擦痕迹，结合摩擦痕迹分析出该痕迹为垫圈与压紧侧摩擦挤压所致。预紧弹簧也承受着来自于轴向和圆周侧的挤压和磨损，这意味着轴承整体受到了额外的轴向作用力。2.4航空发动机止推轴承的理化检查。对拆卸下的航空发动机止推轴承进行了金相和硬度检测和显微检测。其中，航空发动机止推轴承主列内圈硬度为61.4HRC、外圈硬度为60.9HRC，辅助列内圈硬度为61.3HRC、外圈硬度为61HRC、钢珠的硬度为61.1HRC，航空发动机止推轴承的内外圈硬度和钢珠硬度都满足国家军标标准。为更细致的分析航空发动机止推轴承的故障原因，对故障航空发动机止推轴承进行了金相检测，在对轴承沿轴向提取金相样本后，对样本进行金相检测。轴承辅助列滚珠表面有白层，结合金相分析确定为滚珠与滚道挤压摩擦后所致，轴承辅助列内外圈表面并未见明显的烧伤痕迹，但是有明显的局部挤压痕迹。结合轴承辅助列外圈滚道的显微图可以观测到辅助列滚道呈现出挤压后的鳞片状摩擦挤压痕迹，并伴随有明显的金属掉落和点蚀现象。航空发动机止推轴承内外圈显微图如下图2所示。在对轴承保持架进行检测后发现，保持架两侧呈现出明显的挤压卷边现象，并伴随有毛边和划痕，保持架断口。

3航空发动机止推轴承故障原因分析

结合对某型航空发动机止推轴承故障现象进行检测，轴承辅助列滚珠受轴向力导致磨损加剧，进而影响到保持架的受力平衡，保持架在滚珠挤压的用下被挤压成毛边，辅助列保持架在频繁的外作用力作用下发生疲劳断裂。轴承故障原因可以从以下几个方面入手：（1）润滑冷却缺陷。通过对润滑系统的流量进行检测，并未发现润滑系统存在问题。（2）轴承自身质量缺陷。对所拆卸的轴承进行质量检测，通过对轴承硬度、显微组织进行检测，发现轴承自身质量并未存在问题。（3）轴承承受异常轴向载荷。故障轴承其承受到来自于预紧轴向力的作用，其中轴向力的大小对于轴承的工作状态有着极为重要的影响，通过金相和显微分析确定轴承所承受的轴向预紧力要低于标准。（4）轴承装配问题。

4故障预防

通过对轴承进行详细检查后可以确定轴承故障是由于花键螺母装配力矩不足所造成的，为避免此类问题的再次发生，需要对花键螺母的装配力矩进行调整，并加强检测程序，保障安全。

5结束语

本文结合某航空发动机止推轴承故障现象的基础上对造成航空发动机止推轴承故障的原因进行了分析，并就如何做好此类故障的预防进行了分析介绍。保障航空发动机的安全运行。

参考文献：

[1]周清理，孙敏，陈虹，等.航空发动机高压止推轴承腔密封分析及保证[J].航空制造技术，2014（21）：113-115.

[2]谢伟松，林鑫，王伟韬，等.航空发动机弹性箔片气体动压轴承技术研究及性能评价综述[J].润滑与密封，2018（7）：136-147.

[3]黄宇生，黄玉凌，王欣欣，等.某航空发动机止推轴承故障分析[J].西安航空学院学报，2018（3）：25-30.

作者:陈朝刚 单位:沈阳黎明航空发动机有限责任公司