某型发动机在定期检查过程中发现轴承间隙超标问题,设计部门联合相关业务部门对发动机进行拆解分析排查后发现,中介轴承外钢套和滚珠有磨损痕迹,而且外钢套能吸附滚珠。经测量外钢套最大剩磁为20.4 Gs(2.04 mT),内钢套最大剩磁为1.5 Gs（0.15 mT）。标准规定剩磁最大不超过3 Gs（0.3 mT）,故该外钢套剩磁超过标准要求^[1]。

经理化检验和金相分析,得到该轴承磨损部位的组织变化情况和元素分布特点,结合轴承的受力分析结果,发现其间隙超标原因为：外钢套剩磁超标吸附滚珠,使滚珠运动形式由滚动变为滑动,摩擦力增大导致磨损,增大了中介轴承间隙。

因中介轴承间隙检查为定期检查项目,如果间隙超标原因不清楚,该批中介轴承就无法装机,进而影响到飞机的飞行任务^[2]。因此,必须找出中介轴承超标的原因,并采取有效措施以避免此类情况发生^[3]。

1.   故障部位结构

中介轴承结构如图1所示,其组成部分由外向内依次为外钢套、滚珠、支撑架和内钢套,其中只有内外钢套需要进行磁粉检测。

图  1  中介轴承结构示意

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故障件外钢套整圈剩磁大小及其分布情况如图2所示。其磁场大小由剩磁计测得,测量时外钢套从故障件上拆下后未经任何处理。图中红色条柱表示外钢套剩磁数据大小,数据单位为高斯。

图  2  故障件外钢套整圈剩磁大小及其分布情况

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2.   试验分析

清查中介轴承磁粉检测后到装配之间所有能产生强磁场的环节,发现产生强磁性的环节有两个：① 磁粉检测后未进行“退磁”,使得中介轴承带有强磁场；② 磁粉检测后到装配前,中介轴承需要经过现场检验和提交,在周转过程中,接触了其他强磁工具而受到磁污染。因此,针对这两种情况开展以下试验对造成剩磁超标的环节进行定位。

2.1   磁粉检测后遗漏“退磁”试验

为验证剩磁超标的原因是否是磁粉检测过程中遗漏了“退磁”试验,按照中介轴承外钢套正常磁粉检测步骤制定试验方案,并使用报废的中介轴承进行试验。中介轴承试验件磁外钢套磁化参数、磁化方法和检测步骤按照工厂正常工艺要求进行,磁化完成后在不进行退磁的情况下测量轴承外钢套的剩磁分布,其结果如图3所示,图中数据单位为高斯。

图  3  磁化后试验件外钢套 (左)及故障件（右）的剩磁分布情况

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从图3中可以看出,试验件磁外钢套磁粉检测后的剩磁大小和分布与故障件的区别明显。故障件为局部点位剩磁超标,试验件大部分位置剩磁超标。

中介轴承外钢套磁化完成后对其进行正常退磁操作,退磁后测得最大剩磁为0.25 mT。因此,磁粉检测后漏磁并非是中介轴承产生剩磁的原因。

2.2   装配周转过程中的磁污染试验

对中介轴承装配和周转过程中各个环节的强磁环境进行排查,发现装配车间的磁力表架和方形手电筒存在强磁场,因此制定以下两种试验方案。

2.2.1   磁力表架对中介轴承磁场的影响

磁力表架常用于现场加工和装配时的打跳动工作,其磁性较强,在打开状态时底端磁场强度超过0.14 T,侧端最大磁场强度为24 mT。

选用报废的中介轴承进行试验,首先开启磁力表架,侧面放在距离中介轴承外钢套15 mm处2～5 s后,移走磁力表架,分解中介轴承内、外钢套,并用磁强计测量内外钢套磁力状况。经测量,未发现磁性,证明其未被磁力表架磁化。

然后开启磁力表架,侧面直接吸触中介轴承外钢套2～5 s后,移走磁力表架。分解中介轴承内、外钢套,并用磁强计测量内外钢套磁力状况。经测量,内钢套无剩磁,而外钢套有明显剩磁,此时试验件及故障件的剩磁分布情况如图4所示。

图  4  开启磁力表架情况下试验件外钢套 (左)及故障件（右）的剩磁分布情况

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从图4（左）可以看出,试验件外钢套最大剩磁分布于磁力表架吸触区域,且剩磁分布与故障件外钢套剩磁分布[见图4(右)]基本接近。此时测得内钢套最大剩磁为0.2 mT,与故障件中介轴承内钢套磁力分布基本接近。

2.2.2   方形手电筒对中介轴承磁场的影响

方形手电筒用于装配现场的发动机内腔检查,其背部具有20 mm×10 mm（长×宽）的磁铁区域,且不带开关,磁性一直存在,最大磁场强度为28 mT。选用报废的中介轴承进行试验,将方形手电筒背部磁铁区域直接接触轴承外钢套2～5 s后,移走手电筒,分解中介轴承内、外钢套,并用磁强计测量内外钢套磁力。经测量,内钢套未被磁化,外钢套有明显剩磁,其剩磁分布情况如图5所示。

图  5  开启方形手电筒情况下试验件外钢套 (左)及故障件（右）的剩磁分布情况

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从图5（左）可以看出,试验件外钢套最大剩磁分布于方形手电筒吸触区域,且剩磁分布与故障件外钢套剩磁分布[见图5(右)]相似。此时测得试验件内钢套最大剩磁为0.2 mT,与故障件轴承内钢套磁力分布基本接近。

2.3   试验结果分析

通过以上试验可知,具有强磁性的磁力表架和方形手电筒与轴承接触式吸触2～5 s后,轴承外钢套充磁,较大磁性集中在外钢套的某一点位,但内钢套磁性基本不受影响,与故障件的一致。磁粉检测后漏退磁的试验件剩磁大小和分布与故障件的不一致,故障件为局部点位剩磁超标,试验件大部分剩磁超标。因此,中介轴承接触磁力表和方形手电筒均可能造成其剩磁超标。

3.   磁力表架和方形手电筒现场使用清查

根据2.2节试验分析可知,磁力表架和方形手电筒能磁化中介轴承并导致其出现与故障件相似的剩磁分布,因此,只需要清查磁力表架和方形手电筒的现场使用情况。

3.1   磁力表架现场使用清查

磁力表架用于加工过程中的跳动测量,而中介轴承装配过程中使用百分表和测具测量外钢套端面跳动和跑道径向跳动。因此,中介轴装配过程中不使用磁力表架。同时,磁力表架具有磁力开关,在磁力表座固定时打开磁力,此时表座具有磁性,拆下时关闭磁力,此时表座不带磁性。故,排除磁力表架磁化导致中介轴承外钢套磁污染的可能。

3.2   方形手电筒现场使用清查

方形手电筒在磁粉检测完成后和装配前检验提交时（检验员或顾客在光线不好且需进一步确认中介轴承外观状态的情况下）偶尔会使用。轴承为精密零件,相关人员对轴承均有较强的防护意识,正常情况下不会将方形手电筒等外来物品放置在轴承钢套上,但也不能完全排除轴承外钢套被方形手电筒意外接触导致磁污染的可能。

4.   结语

通过验证试验和现场清查,发现中介轴承存在被方形手电筒磁污染的可能（偶发事件）。基于文章分析,提出中介轴承剩磁的控制措施,具体有以下两点：① 装试现场的未装配产品在装配前进行剩磁检查,确保装机件剩磁符合要求；② 磁粉检测完成后记录零件的剩磁大小。