航空发动机主轴保持架断裂故障分析

主轴承是航空发动机的关键部件，其性能质量是影响发动机寿命和可靠性的重要因素，若飞行过程中主轴承出现失效故障，后果不堪设想。轴承故障种类繁多，其中保持架开裂、断裂较为常见，且危害性巨大。轴承失效的影响因素复杂，由于工作条件和失效因素的差异，产生的失效形式和形貌各不相同，因此，对发动机主轴承的失效分析具有非常重要的意义。

某航空发动机工厂试车过程中振动超上限，停车后高压转子抱转。经检查发现，金属屑末信号器滤网和润滑油滤网附着有少量金属屑。进一步分析金属屑末成分，确认为轴承保持架材料。发动机分解检查后，发现主轴承保持架断裂，总工作时间不足2h。

故障轴承为外圈无挡边的圆柱滚子轴承，套圈和辊子材料为Cr4Mo4V，保持架材料为硅青铜，表面采用变极脉冲镀银，采用环下供油润滑方式。复查试验机试验和历次装机记录，未出现保持架断裂记录。

故障分析：从相应检查可知，轴承保持架断口和裂纹微观可见疲劳条带形貌，其断裂性质为疲劳断裂；荧光检查发现，几乎所有的转角都存在大小不一的裂纹。由此可知，保持架在运转过程中存在异常振动的现象。由于保持架的异常振动，滚子对圆周方向两侧的横梁均存在较大的撞击力，这点由横梁表面较重的接触痕迹可以证实。保持架发生异常振动通常与以下几方面因素有关：

1）轴承设计不合理，使得工作过程中振动较大，甚至发生共振，使保持架发生疲劳失效。

2）轴承其他部件失效，如套圈滚道剥落、滚子剥落或磨损等，造成轴承运转失稳，使得振动增大，从而导致保持架疲劳断裂。

3）轴承尺寸精度及游隙超差。

4）保持架受激振动。保持架异常振动可能与系统存在较大振动有关。

综上所述，保持架的断裂性质为疲劳断裂，兜孔转角处的裂纹性质为疲劳裂纹；保持架发生疲劳断裂主要与异常振动有关，兜孔转角R尺寸偏小也有一定影响；保持架受到异常振动与试车时不正常操作有关。

预防措施：引起轴承零件断裂和开裂的原因是零件的实际载荷（或至少在局部区域）超过其强度极限，但也可能与其他因素（如过热、磨损和片状剥落）有关。因此，必须加强保持架外观检查，必要时对兜孔转角R尺寸做进一步检测；对试车工人的操作进行规范管理并制定应急预案，发现问题及时采取措 施。