秦明
（海（hǎi）軍（jun1）駐閻良地區航空軍事（shì）代表室）

　　摘　要：某型飛機（jī）關節軸承GE35S在使用（yòng）過程中發生多起關節軸承內圈碎裂故障，工程中通過采取微觀斷口失效分析、使用載荷複查、製造（zào）工藝複查等進行了原因分析。結果表明軸承存在裝球（qiú）缺口、材質（zhì）抗疲勞性能（néng）差、部分尖角部位引起（qǐ）應力集中（zhōng）等，是（shì）造成軸承內圈碎裂的重要影（yǐng）響因素。
　　關鍵詞：關節軸承；內圈碎裂；應力集中；因素 
　　1　概述
　　某型飛機（jī）采用的GE35S關節軸（zhóu）承，在使用（yòng）中多次出現軸承內（nèi）圈裂紋或碎（suì）裂故障。統計所有發生軸承裂紋飛機的飛行起落數從121個起落至1000個起落不（bú）等。經分解飛機相關部件和故障軸承檢查，該軸承所處結構部件正常，軸承外圈結構完好，排除大（dà）的異常載（zǎi）荷引起軸承碎裂的可能性。為發現問題查明原因，將取得的六個故障件分別送專業機構進行（háng）了材料分析和斷口失效分析（xī），此（cǐ）外還（hái）對軸承使用載荷、製造工（gōng）藝和裝配工藝等都進行了複查（chá）。
　　2　軸承失（shī）效分（fèn）析
　　2.1 外觀檢查（chá）與斷口特征
　　六件問題關節軸承內圈（見圖1）表麵（miàn）均存在不同程度開裂，有的碎裂成多個碎塊，有的僅形成多條裂紋但未斷開，部分內徑表麵存在周向轉（zhuǎn）動接觸痕（hén）跡。

　　各關節軸承內圈故障件開裂形（xíng）貌不一，目視多數裂紋沿（yán）內（nèi）徑或球麵呈分叉分布，放大鏡下觀察裂紋斷口，斷口表麵呈（chéng）灰色，裂紋源均分布（bù）在套圈內徑油溝處，有3件裂（liè）紋起始於內徑油溝內的油孔邊緣，掃描電鏡觀察，斷口上未發（fā）現冶金和加工缺陷，沒有疲勞擴展特征（zhēng），為脆性斷裂。
　　2.2 材質及成分分析
　　對六件故障件GE35S關節軸承進行光（guāng）譜檢查（chá），按GJB269-87《航空滾動軸承技術（shù）條件》中確定（dìng）六件軸承內圈的材質符合ZGCr15鋼。在失效的軸承內圈上打硬度，硬度值在61.5～63HRC，在產品圖樣規定（dìng）硬度（HRC）58.0～64.0的中上限。對失效軸承磨斷區高倍檢（jiǎn）查（chá）顯（xiǎn）微組織，裂紋源處和心部淬回火組織無差異，均符合標準要求。
　　2.3 失效分（fèn）析結論
　　（1）裂紋源主要位於套圈內徑油溝內和油溝內的油（yóu）孔兩側，該位（wèi）置恰是內（nèi）圈結構上易（yì）形成應力集中的部位，裂紋源處未見原始冶金缺陷和加工缺陷，材質和組（zǔ）織硬度均符合（hé）標（biāo）準要求，因此，內圈開裂可能與軸承承受到過大衝擊載荷及（jí）軸承自身結構形成的應力（lì）集中有關。
　　（2）由於該型軸（zhóu）承是通（tōng）用件，未考（kǎo）慮過大的衝擊載荷條（tiáo）件（jiàn），所以該軸承內圈硬度偏高，耐（nài）衝擊性能減弱，當軸（zhóu）承受到較大衝擊載荷時，容易在結構Z薄弱（ruò）的（de）內徑油溝或油孔處出現裂紋，裂紋不（bú）能（néng）及時（shí）發現情況下（xià）在衝擊載荷作用下Z終導致內圈碎裂。
　　3　設計和製造工藝複查
　　3.1 設計載荷複查
　　該型飛機GE35S關節軸承安（ān）裝處在真實使用狀態下，Z大的拉載荷達（dá）158kN，該衝擊載荷（hé）對軸（zhóu）承安裝的調節接頭和關（guān）節軸承的疲勞載荷（hé）影響Z大。在158kN拉載荷作用下，接頭根部耳片過（guò）渡部位應力Z高。此時軸承上下麵受壓載作用，由於內圈不易變形基本上保持圓形，軸承外圈和接頭耳片受（shòu）拉後變成橢圓（yuán），造成軸承內外圈之間的遊隙減小或消失（shī），同時對內圈施加壓（yā）縮載荷。
　　進一步理論分析表明，一方麵由於受載過程中本身就（jiù）會存在偏心，軸承內（nèi）圈總是單側應力偏高，而且在內（nèi）圈削弱部位會產生應力集中。外場軸（zhóu）承破損件也體現了這一特征（內圈破裂（liè）總是傾向（xiàng）於一側，並且基本上都和內圈削弱部位相關，見圖1）。另一方麵軸承（chéng）工作時需要轉動127°，由（yóu）於軸承內圈有削弱部位，在（zài）127°這（zhè）個工作範圍內，內圈（quān）削弱（ruò）部位和油槽（cáo）孔部位（wèi）都會出現應力集中，因此（cǐ）產生裂紋的部位也就是（shì）和（hé）這兩個高應力部位相關，對這兩個應力集中區采取改進（jìn）措（cuò）施也有利（lì）於提高軸承承載能力（lì）。
　　3.2 製造工（gōng）藝（yì）複查
　　多年來GE35S關節軸承質量不穩定（dìng），存在個體差異，以往（wǎng）有的軸承在120飛（fēi）行小時就出（chū）現多處穿透性裂紋，而大多（duō）數軸承在800飛行小時（shí）檢查時依然完好無損（sǔn），部分關節軸承隨飛機一直在使用當中又從未出現任何問題。通過對數件軸（zhóu）承的測量（liàng），發現內圈潤（rùn）滑用油孔與（yǔ）削弱部位的間距未按Z大（dà）值來加工，有的油（yóu）孔與削弱部位很近，容易（yì）引起應力集（jí）中。內圈球麵上的油槽與削弱部位（wèi）在加工時與球未做到同心，會導致兩（liǎng）側厚薄不（bú）均，也容易在薄的一側產生裂紋。製造裝配工藝檢查還發（fā）現存在不同批次軸（zhóu）承的內圈硬（yìng）度值偏差大，遊隙大小不同的（de）情況。這種不足可以通過對該關節軸承的生產細節進行改進，包（bāo）括降低硬（yìng）度（dù）、提高表麵加工質量、減小遊隙等措施落實來提高產品質量。
　　4　結束語
　　通過軸承故障機理分析，可知原選用的關（guān）節軸（zhóu）承內圈裂紋故障（zhàng）的原因為（wéi）：軸承受力情（qíng）況複（fù）雜，載荷偏大；軸承轉（zhuǎn）動角度偏大；結構（gòu）形式固有缺陷。而軸承硬度（dù）高、脆（cuì）性大，抗衝擊性能差，軸承的這些結構特點（diǎn）在（zài）載（zǎi）荷偏（piān）大以及可能會（huì）有衝擊載荷的情況下更容易出現裂紋並進一步導致軸承內圈碎裂。
　　綜上所述，工程實際選用時像GE35S關節軸承這種帶安裝缺口的關節軸承不宜應用於擺動角度過大且載荷偏大並伴有衝擊載荷的工（gōng）作環境。擺動角度大，應（yīng）盡量（liàng）選（xuǎn）擇無裝球缺口的軸承，可（kě）能有衝擊載荷的（de）工作環境，則應不宜選擇硬度（dù）太（tài）高的材料。

來源：《科技創新與應用（yòng）》2016年12期