6-3056204У轴承保持架断裂故障分析

陈群 刘长成

摘要：6-3056204У（E3056204）轴承使用中出现保持架严重磨损断裂故障，本文针对该故障进行分析，认为是因轴承结构设计缺陷所致，进而提出改进措施。

关键词：轴承；磨损；断裂

Keywords：bearing；wear；breaking

1 基本情况

1.1 轴承情况

6-3056204У（国产件牌号E3056204）轴承由俄罗斯萨马拉轴承厂制造，结构为双列角接触球轴承，内径20mm、外径47mm、宽20.6mm，有两列共24颗钢球，两个S型低碳钢冲压保持架，一端面内外环挡边有装钢球的工藝缺口，内环的2个滚道之间有10mm宽的槽，如图1所示。该轴承在使用过程中出现保持架磨损断裂故障（见图2）。

1.2 轴承工况

某型直升机尾桨毂短轴装用3套俄制6-3056204У轴承，寿命为1000小时，轴承内环相对于外环做最大转角30°的不定期往复摆动，轴承整体随尾桨毂做1120r/min旋转。安装位置如图3所示。

1.3 尾桨毂轴承型号变更以及国产化情况

由于使用中尾桨毂轴承出现的保持架磨损断裂故障率较高，因此俄罗斯修理厂对该轴承进行了不断的改进。

1973年由3056204低精度轴承变更为高精度6-3056204轴承，提高了轴承的旋转灵活性能；1985年由6-3056204变更为6-3056204У，通过改变轴承滚道曲率等轴承内部结构参数来降低故障率。

因从俄罗斯采购6-3056204У轴承的周期太长，中国直升机设计所于2006年5月研制完成了该轴承国产化E3056204轴承的替代论证工作。

2 对轴承的检测分析

2.1 保持架材质及兜孔磨痕

对故障轴承保持架材质进行理化分析，符合俄罗斯08КП牌号，与国内08F相似。在20倍放大显微镜下观察保持架兜孔，兜孔底部磨损较严重，磨损纹路与保持架的轴向一致（见图4）。

2.2 硬度检测

实测硬度：外圈HRC63.0；内圈HRC62.5；钢球HRC62.8。标准硬度应为：外圈和内圈HRC61～65；钢球HRC62～66。

2.3 游隙检测

对其中一套保持架未断裂的轴承进行游隙检测：径向游隙0.009mm，轴向游隙0.020mm。技术标准对径向游隙的检查不作要求；轴向游隙0.015～0.030mm，允许在寿命期内轴向间隙增大至0.060mm。

2.4 故障件外观情况

分解一套保持架断裂的轴承，对其外貌特征进行观察，发现：外圈沟道压力区表面有间歇滑动痕迹；内圈沟道压力区接近挡边直径边缘，靠缺口边的沟道上有一处划伤，内圈中部非工作区有多处划伤；钢球普遍呈暗灰色，颜色深浅不一，其中11粒钢球表面有不同程度的划伤；保持架兜孔内有挤压痕迹，上下兜孔两边挤压较严重且程度不同，兜底无明显接触痕迹；保持架内径、外径磨损严重。

3 故障分析

工厂修理装用的俄制轴承6-3056204У和国产轴承E3056204以及俄罗斯工厂修理装用的俄制轴承6-3056204У的规定使用寿命均为1000小时，但该轴承普遍使用到500小时左右保持架均出现了不同程度的磨损以及断裂。

对现场修理和装配工艺进行检查，装配工艺无问题，工人严格按工艺装配和注油。润滑情况检查表明，每次分解下的轴承润滑充分良好，润滑油路畅通。

故障检查发现，轴承装钢球的工艺缺口在向外装配时，保持架磨损严重的是轴承的另一面；轴承装钢球的工艺缺口向内装配时，保持架磨损严重的是轴承有工艺缺口的一面。这说明轴承保持架磨损最严重的面应是在装配时朝向滚针轴承的那一面（即内面），且在轴承使用时间相近的情况下，轴承装钢球工艺缺口向内装时磨损更为严重。

从对50台尾桨毂的统计结果来看，装用的6-3056204У（E3056204）轴承保持架均有不同程度的磨损，说明该轴承保持架磨损属于普遍现象。轴承型号的两次改变说明该轴承在该系列直升机尾桨毂短轴上的使用过程中出现的问题较多，引起了俄罗斯设计单位的重视，6-3056204У轴承保持架不同程度的磨损与主机设计时的轴承选型有关。由于选型是经过一系列试验才确定的，因而轴承结构形式要进行大的更改必须经过设计单位的同意，所以后续只能在原设计基础上进行局部的更改，即上文提到的轴承型号的变更。

轴承内圈沟道压力区趋近挡边直径，表明轴承所受轴向力较大，同时增大了钢球自旋滑动，导致兜孔产生了异常磨损，并限制了钢球在轴承中的自由转动，造成钢球挤压兜孔，使保持架偏离旋转中心。轴承的使用位置在直升机的尾部，此位置振动较大，轴承在使用过程中钢球与保持架频繁发生撞击和磨损，导致保持架与钢球间隙逐渐进一步大，保持架在内外环之间的窜动量也逐渐增大；轴承随尾桨毂做1120r/min的旋转，产生较大的离心力，因而保持架与内外环挡边频繁发生撞击，内外环硬度较大（HRC61～HRC65），而保持架是软状态，撞击时内外环挡边对保持架产生切割作用使保持架磨损。有工艺缺口面的缺口处有棱角，棱角对保持架产生的切割作用更强，导致该面保持架磨损更加严重。

保持架已断裂的轴承未发生轴承卡死的原因：因承做最大转角30°的往复摆动，若断裂的保持架掉在滚道上，保持架对钢球的转动有一定的阻碍作用，但钢球有自转和滑动的可能，因此未对轴承造成卡死现象。该轴承是双列角接触球轴承，内环2个滚道之间有10mm的槽，内环与外环之间形成了能容纳保持架断块的较大空间，保持架断块在振动力和离心力的作用下会离开滚道自然向中间的空间移动，因此也未对轴承造成卡死现象。

4 结论

综上分析，6-3056204У（E3056204）轴承保持架磨损的原因是轴承结构有设计缺陷。

建议采取以下措施：

1）在轴承装球缺口两侧与内外径交角处加工30°斜角，以减轻交角对保持架的啃伤。

2）将轴承改为无保持架两面带装球缺口的满球结构，避免保持架磨损。

3）将轴承改为无装球缺口双半内环无保持架满球结构形式，可以提高使用的可靠性。

参考文献

[1] ГСОТ520-89 滚动轴承通用技术条件[Z].

[2] GJB 269A-2000 航空滚动轴承通用规范[S].2000.

[3]哈尔滨轴承集团公司.Q/H21-105-9 军用滚动轴承[Z].