某飛機(jī)起落架主機(jī)輪安裝軸套損傷原因分析及解決措施

張航舟，孫繼勇，寧曉東，李志愿

起落架是飛機(jī)在地面停放、滑行、起降滑跑時(shí)用于支持飛機(jī)重量、吸收撞擊能量的重要部件[1]。起落架主要靠緩沖器和機(jī)輪輪胎吸收能量，兩者之間主要通過輪軸連為一體，為了避免輪軸磨損增加軸套來(lái)防護(hù)。某型飛機(jī)在低速滑跑階段輪軸軸套出現(xiàn)配合表面周向劃傷故障，為確定故障原因，本文對(duì)輪軸劃傷進(jìn)行針對(duì)性分析，并給出解決措施。

1 故障基本情況

某型飛機(jī)在低速滑行過程中主起落架機(jī)輪出現(xiàn)隔熱屏脫出現(xiàn)象，隨后為了檢查所有主機(jī)輪隔熱屏的受損情況，對(duì)所有主機(jī)輪進(jìn)行了拆卸，在拆卸主機(jī)輪過程時(shí)發(fā)現(xiàn)拆卸下的右主起落架兩個(gè)機(jī)輪外側(cè)安裝軸套與其機(jī)輪內(nèi)側(cè)軸承配合表面均出現(xiàn)不同程度的周向劃傷(手觸感覺劃手)；左主起落架兩個(gè)機(jī)輪（左外和左內(nèi)）外側(cè)安裝軸套與機(jī)輪間拆卸困難，這兩個(gè)軸套表面比右主起落架軸套的受損程度更為嚴(yán)重，并且在軸套與剎車殼體配合表面處有鑲嵌的銅粉、油封與軸承端面接觸處有不同程度的磨損痕跡，詳見圖1～圖2所示。

2 機(jī)輪安裝及相關(guān)結(jié)構(gòu)

如圖3所示，某型主機(jī)輪通過導(dǎo)向套和軸套安裝在輪軸上，主機(jī)輪通過內(nèi)、外兩個(gè)軸承安裝在軸套上，剎車裝置一端通過剎車殼體安裝在導(dǎo)向套上，一端通過剎車殼體安裝在軸套上，機(jī)輪通過端面螺母擰緊固定在輪軸上，機(jī)輪內(nèi)側(cè)軸承內(nèi)環(huán)止動(dòng)在軸套軸肩上。軸套與內(nèi)、外兩個(gè)軸承的配合為間隙配合。

軸套及導(dǎo)向套的材料為15-5PH不銹鋼，HRC36，σb=1 170±100 MPa；內(nèi)、外兩個(gè)軸承材質(zhì)為滲碳合金鋼20Cr2Ni4A，HRC62。

圖3 機(jī)輪安裝示意圖

3 故障原因分析

首先從軸套表面損傷的情況來(lái)看，軸套損傷的部位主要集中在兩處，一處損傷方向沿周向且集中出現(xiàn)在與軸承內(nèi)環(huán)所配合的部位；軸套另一處擠傷，集中出現(xiàn)在與剎車殼體配合表面局部，且周向斷續(xù)痕跡2道，與剎車殼體襯套的銅基配合表面對(duì)應(yīng)，且其上金黃色金屬應(yīng)為剎車裝置上安裝的襯套銅基支撐上咬掉的銅基材料。為進(jìn)一步確認(rèn)此軸套上鑲嵌的金黃色物質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行分光檢查，其中銅元素含量為6.9%，據(jù)查15-5PH材料入廠復(fù)驗(yàn)化學(xué)試驗(yàn)報(bào)告中銅元素含量為3.33%（AMS5659標(biāo)準(zhǔn)要求為2.50%～4.50%），因此可以斷定軸套上鑲嵌的金黃色物質(zhì)來(lái)自于剎車裝置上安裝的銅襯套。

從軸套上述損傷情況看，不銹鋼黏著磨損后產(chǎn)生的咬合損傷一般在相互運(yùn)動(dòng)的零件間發(fā)生，表明軸承內(nèi)環(huán)和軸套之間存在一定的轉(zhuǎn)動(dòng)。

從油封支架端面的磨損情況看，油封支架內(nèi)端面內(nèi)沿圓周有較深劃痕，且局部有金黃色金屬粘連物，外端面外沿沿圓周有劃痕，表明與其兩側(cè)接觸的剎車殼體安裝的銅基支撐襯套和內(nèi)側(cè)軸承內(nèi)環(huán)端面均有接觸并有轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。

再?gòu)妮嗇S與軸套配合表面的檢查情況來(lái)看，輪軸與軸套配合表面均無(wú)明顯磨損痕跡，表明軸套和輪軸之間沒有產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

由圖3所示機(jī)輪安裝及相關(guān)結(jié)構(gòu)可知，機(jī)輪安裝后，通過端面螺母擰緊固定在輪軸上，由于軸承外圈與軸承內(nèi)圈之間的運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)摩擦，而軸承內(nèi)圈和軸套之間存在擰緊力矩產(chǎn)生的軸向壓緊力和地面載荷傳遞的徑向載荷的共同作用，理論上不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，而飛機(jī)主機(jī)輪內(nèi)側(cè)軸承內(nèi)環(huán)和軸套之間卻出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。

分析引起該轉(zhuǎn)動(dòng)繼而引起損傷的原因主要有以下幾種可能情況：

（1）相關(guān)零件制造問題；

（2）安裝和拆卸；

（3）軸承卡死；

（4）其他外力。

據(jù)返廠零件復(fù)查結(jié)果可知，該飛機(jī)起落架上所裝的活塞桿、軸套、導(dǎo)向套、軸承等零件以及機(jī)輪的安裝調(diào)試均符合設(shè)計(jì)圖紙的要求，相關(guān)零件的材料入廠復(fù)驗(yàn)合格，熱表處理符合設(shè)計(jì)文件要求，產(chǎn)品尺寸檢測(cè)合格。因此排除由于生產(chǎn)制造所產(chǎn)生的軸套損傷。

對(duì)于安裝和拆卸，機(jī)輪安裝順序?yàn)椋合葘⑤S套、導(dǎo)向套安裝在輪軸上，之后將剎車裝置安裝在導(dǎo)向套上，再將包含了軸承、油封支架和旋轉(zhuǎn)密封的機(jī)輪安裝在一起后安裝在軸套和剎車裝置上，最后機(jī)輪通過端面螺母擰緊固定在輪軸上。安裝時(shí)需將軸套和軸承內(nèi)孔中心、機(jī)輪上的導(dǎo)軌與剎車裝置上的導(dǎo)槽對(duì)齊安裝，由于機(jī)輪較重，需不斷沿軸向晃動(dòng)機(jī)輪向內(nèi)安裝到位，在此過程中軸承內(nèi)環(huán)與軸套之間存在一定的轉(zhuǎn)動(dòng)。從而使軸套表面產(chǎn)生損傷，繼而產(chǎn)生咬傷，為了徹底排除此因素，廠內(nèi)利用研發(fā)試驗(yàn)件，反復(fù)拆裝機(jī)輪8次（模擬裝機(jī)件拆卸次數(shù)），拆卸后檢查軸套表面情況如圖4所示，可見安裝產(chǎn)生可見的輕微的環(huán)狀紋路，最深處用手可感覺到由磨損產(chǎn)生的表面輕微的不平整，這是由于軸套材料為15-5PH不銹鋼，表面硬度HRC36，與之相配的軸承材質(zhì)為滲碳合金鋼20Cr2Ni4A，表面硬度HRC62，兩者硬度相差較大，雖未產(chǎn)生001架機(jī)現(xiàn)場(chǎng)軸套表面嚴(yán)重的咬傷現(xiàn)象，但在機(jī)輪拆裝過程中軸套表面存在損傷的可能。

繼續(xù)對(duì)軸承情況進(jìn)行分析，經(jīng)咨詢軸承供應(yīng)商，如果軸承卡死，其內(nèi)部因卡死會(huì)產(chǎn)生高溫，由此會(huì)引起軸承零件表面和內(nèi)部潤(rùn)滑脂的變化，現(xiàn)軸承除磨損外其內(nèi)部完好，潤(rùn)滑脂無(wú)變化，由此可以斷定軸承未卡死。

圖4 反復(fù)拆裝機(jī)輪后軸套表面示意圖

而后對(duì)相關(guān)的機(jī)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了復(fù)查，發(fā)現(xiàn)剎車殼體支撐和軸承油封支架之間無(wú)間隙，雙方的機(jī)輪安裝接口尺寸為153±0.2 mm，而復(fù)查裝機(jī)件4件主機(jī)輪安裝接口尺寸均在153.05～153.09 mm之間，輪軸對(duì)應(yīng)的安裝接口尺寸在152.85～152.93 mm之間，機(jī)輪通過端面螺母擰緊固定在輪軸上時(shí)，機(jī)輪軸承內(nèi)環(huán)應(yīng)被壓在軸套軸肩止動(dòng)，而現(xiàn)在剎車殼體支撐和軸承油封支架之間無(wú)間隙，且裝機(jī)件4件主機(jī)輪安裝接口實(shí)際尺寸均大于輪軸對(duì)應(yīng)的安裝接口實(shí)際尺寸，由此機(jī)輪通過端面螺母擰緊固定在輪軸上時(shí)，機(jī)輪軸承內(nèi)環(huán)并沒有壓在軸套軸肩上，而是通過油封支架壓緊在剎車殼體上止動(dòng)。而剎車裝置在剎車時(shí)由于連接間隙和變形會(huì)繞輪軸微動(dòng)旋轉(zhuǎn)，微動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)壓緊的油封支架及軸承內(nèi)環(huán)產(chǎn)生微動(dòng)旋轉(zhuǎn)，飛機(jī)滑行時(shí)，在不斷的剎車-松剎過程下，這種微動(dòng)旋轉(zhuǎn)使機(jī)輪軸承內(nèi)環(huán)繞外軸套產(chǎn)生斷續(xù)的微動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在地面載荷的作用下軸套和軸承內(nèi)環(huán)的下半部接觸部分沿周向在高擠壓載荷作用下滑動(dòng)，從而導(dǎo)致較軟的軸套先是發(fā)生表面黏著磨損，而后累積產(chǎn)生不銹鋼咬合損傷。從油封端面的損傷情況也可以驗(yàn)證剎車殼體繞輪軸微動(dòng)旋轉(zhuǎn)使剎車殼體壓緊了油封端面并和其有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得剎車殼體支撐銅基材料遷移至油封端面。另外由于剎車殼體支撐在軸向力的作用下發(fā)生變形，使得剎車殼體支撐抱緊了軸套，剎車殼體在剎車過程中產(chǎn)生的微動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使得剎車殼體上的銅基材料擠壓粘連在軸套上。如果安裝和拆卸過程中軸套表面已產(chǎn)生磨痕等缺陷，也會(huì)進(jìn)一步加劇軸套表面的損壞。

綜上所述，此次主輪安裝軸套及相關(guān)零件損傷的原因?yàn)椋簷C(jī)輪剎車殼體支撐和軸承油封支架之間無(wú)間隙，剎車裝置在剎車時(shí)由于連接間隙和變形會(huì)繞輪軸微動(dòng)旋轉(zhuǎn)，微動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)壓緊的油封支架及軸承內(nèi)環(huán)產(chǎn)生微動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在地面載荷的作用下軸套和軸承內(nèi)環(huán)的下半部接觸部分沿周向在高擠壓載荷作用下滑動(dòng)，從而導(dǎo)致較軟的軸套先是發(fā)生表面黏著磨損，而后累積產(chǎn)生不銹鋼咬合損傷。軸承和軸套表面硬度相差較大，在裝拆過程中產(chǎn)生的磨痕等缺陷，進(jìn)一步加劇了軸套表面的損傷。

4 解決措施

針對(duì)上述的故障原因，提出以下解決措施：

（1）機(jī)輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在剎車殼體支撐和軸承油封之間保持一定的間隙；

（2）對(duì)軸套及相關(guān)零件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)與軸承和剎車殼體配合表面增加鍍鉻要求，增加軸套配合表面硬度和耐磨性；

（3）對(duì)機(jī)輪的安裝增加油封和軸套之間的間隙檢查要求，確保安裝后機(jī)輪止動(dòng)在軸套上。

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