某型火箭弹射座椅弹射手柄不能正常锁住故障分析

李涛

1 故障描述

某部在进行某型火箭弹射座椅定检时，发现火箭弹射座椅6号保险出现钢球不能正常弹起、弹射手柄不能正常锁住的故障。

2 保险结构及原理分析

2.1 6号保险结构

6号保险由壳体1、弹簧2、钢球3、定位销4、按钮5组成，详见下图1所示：

2.2 6号保险工作原理

6号保险安装在弹射手柄的手柄端头上，该装置上有钢球凸起，钢球凸起部分与弹射手柄端头上相应凹槽配合，使得该装置插入弹射手柄后手柄无法移动，从而起到保险的作用。

3 故障检查及对比验证

3.1 故障件功能复查

钢球凸出量（钢球凸出量=壳体与钢球厚度-壳体厚度）检查与对照：

故障壳体+合格按钮（1#）对应钢球凸出量18.58-18.06=0.52 mm，将其安装于座椅上进行拉拔后，弹射手柄被拉出，其凸出量为：18.5-18.06=0.44 mm，试验表明，保险失效。

合格壳体（2#）+合格按钮（2#）对应凸出量19.28-18.08=1.2mm，安装于座椅进行拉拔后，弹射手柄未被拉出，按钮上有轻微压痕，钢球凸出量为19.18-18.08=1.1mm，试验表明，保险有效。

合格壳体（3#）+故障按钮对应钢球凸出量19.02-18.1=0.98 mm，安装于座椅上双手进行拉拔后，弹射手柄被拉出，钢球凸出量为18.5-18.1=0.4 mm，试验表明，保险失效。

3.2 合格件功能复查

6号保险拉拔试验，试验目的：对插入保险后在一定范围内的拉力进行摸索，检测保险的有效性。

试验分为3组共进行5次，每次拉力均采用模拟真实钩挂进行，拉拔尽量迅速，用测力计记录最大拉力，试验过程及数据如表1所示。

试验过程：

第一组试验对在钩挂或人员误操作时保险的有效性验证，进行了一次拉拔，实测拉力为872N，手柄未被拉出，保险有效。

第二组试验进行了两次拉拔，对在进行连续拉拔时保险的有效性验证。进行第一次拉拔时，实测拉力为783N，手柄未被拉出，保险有效，进行第二次拉拔时，实测拉力为1023N，手柄仍未被拉出，保险有效。

第三组试验进行了两次拉拔，第二次拉拔未破坏试验。进行第一次拉拔时，实测拉力为978N，手柄未被拉出，保险有效，进行第二次拉拔时（破坏试验），拉力超出测力计量程，此时保险失效。

4 故障定位

从零件结构、保险方式、工作原理、使用时机以及故障件的检查和对比验证试验可以初步认为插上6号保险（故障件）的弹射手柄锁不住的主要原因是：保险故障件的钢球不能与弹射手柄端头上凹槽有效配合，导致其保险功能丧失。

5 故障排查及分析

5.1 故障树

5.2 故障排查及原因分析

5.2.1 弹射手柄破坏的故障排查

故障检查及对比验证后，对弹射手柄端头检查，弹射手柄端头完好，没有被破坏的现象；外场也未有弹射手柄损坏的反映，可以排除弹射手柄被破坏导致手柄锁不住的原因。

5.2.2 设计不满足锁闭要求的故障排查

1）设计图纸复查

通过设计部门对现行图纸进行核查，设计图中零组件状态符合要求。

2）钢球凸出量理论计算

通过配合关系（见图3）分析和理论计算，可以得出弹射手柄保险装置钢球凸出量的设计值，根据GB/T 308中公差等级为G40钢球的球直径变动量VDwx=0.001 mm。

壳体孔深L为35.5mm，对应标准中角度值最大偏差范围为±30′即0.5°，可知在深度为20mm时，角度偏差对应的偏移尺寸为：20tan0.5°=0.175mm。

可得钢球凸出量最大值：

7-0.08+5.001+5.001-（12-0.1+7/2）+0.175=1.697 mm

钢球凸出量最小值：

7-0.17+4.999+4.999-（12+0.1+7.09/2）-0.175=1.008 mm

即钢球凸出量设计值范围为：1.008 mm～1.697 mm，在此区间内的凸凸出量均属正常，考虑到装配等原因，在对内外场钢球凸出量的监控范围可稍做调整。

3）最大配合间隙理论计算

壳体的尺寸为2.5-0.14-0.24 mm，手柄端头凹槽尺寸为2.5+0.10mm，可得：

最小配合间隙为：2.5-（2.5-0.14）=0.14 mm

最大配合间隙为：2.5+0.1-（2.5-0.24）=0.34 mm

从钢球凸出量理论计算知，取钢球凸出量正常值来计算钢球保险与弹射手柄的最小搭接尺寸为：L=1.008-0.34=0.668 mm，从设计角度来讲是完全可以保证弹射手柄能够完全被保证的，因此设计不满足锁闭要求的故障可以排除。

5.2.3 按钮尺寸超差的故障排查

按钮材料技术状态为热轧钢棒45A-？准12 GJB1951-94，表面处理为镀镉8 um～12um，均无热处理要求。实测外圆直径为？准6.83 mm，设计图纸尺寸为？准 ■mm，故障件尺寸虽处于临界状态但仍属合格件，按钮尺寸超差的故障可以排除。

5.2.4 壳体尺寸超差的故障排查

故障件壳体材料技术状态为ZG35CrMnSi HB 5001-92，热处理为бb=1080±100Mpa，表面镀镉8um～12um，化学磷酸盐氧化；实测故障件状态：钢球凸出量为0.4mm，按钮肩面距壳体端面为10mm。故障主要表现为按钮插入壳体的一端被钢球挤压产生凹坑，以致保险失效。

壳体尺寸超差（见图4所示，右侧为设计尺寸，左侧为测量尺寸），孔中部尺寸超差较严重，理论上超差尺寸对钢球凸出量影响较大。

因此，壳体超差是导致保险失效的原因之一。

5.2.5 钢球尺寸超差的故障排查

故障组件中钢球为标准件直径为？准4.97 mm，根据GB/T 308中公差等级为G40钢球的球直径变动量VDwx=0.001 mm，钢球尺寸超差。因此，钢球尺寸超差是产生保险失效的原因之一。

5.2.6 弹簧失效的故障排查

由弹簧处于壳体与按钮之间，如果弹簧疲劳或者破坏等原因引起了弹簧力不足或者失效，在失去弹簧力的作用后，钢球可能落入按钮中部的凹槽而使得钢球不能凸出壳体，导致保险失效弹射手柄锁不住。

经对故障件的分解检测，弹簧力及长度处于合格，因此弹簧失效不是引起保险失效的原因。

5.2.7 按钮变形的故障排查

对故障按钮的复查可以看出按钮端头有明显压痕，见下图5：

在使用过程中不排除在意外力的作用下，钢球挤压按钮，导致按钮与钢球的配合处变形，从而使钢球的凸出量减小，按钮变形导致钢球的凸出量减小也是导致保险失效的原因之一。

5.3 小结

通过对故障件的设计、尺寸及功能复查，可以认为壳体尺寸超差、钢球尺寸超差及按钮受意外力的作用变形三者综合因素导致钢球凸出量不够，从而引起6号保险的钢球不能与弹射手柄端头上凹槽有效配合，最终导致保险失效，弹射手柄无法锁住。

6 解决措施

6.1 对6号保险进行改进设计

为防止同类问题的再次发生，对6号保险进行了改进设计，具体如下：

对按钮的形式进行了改进，保证钢球与按钮接触部位为实体结构，按钮顶端对弹簧进行卡位部分的深度5 mm改为1.5 mm，并将弹簧HB3-51-0.5×5×24-Ⅱ改为HB3-51-0.5×5×18-Ⅱ。

改进后的弹簧HB3-51-0.5×5×18-Ⅱ预压量为4.5mm，此时弹簧压缩力为4.7N，可以保证6号保险装配后按钮处于受力状态，按压后能够正常弹起，同时弹簧在按钮行程范围内有效。

在对6号保险改进设计后，进行了拉力及破坏试验，具体如下：

第一次拉力试验：初始钢球凸出量为1.22 mm，将拉力设置为1500N并维持3秒钟，结构等未见破坏；继续将拉力调整至2000N维持3秒钟，取下察看，按钮与钢球接触处有轻微压点，结构等未见破坏，初始钢球凸出量为1.20 mm，保险有效。

第二次拉力试验：初始钢球凸出量为1.24 mm，将拉力设置为1500N并维持3秒钟，结构未见破坏；将拉力调整至2000N维持3秒钟，结构仍未见破坏；将拉力渐渐加大至3450N时，保险结构未见破坏但保险脱出，测得此时钢球凸出量为0.96 mm，经查，弹射手柄端头已被钢球划出凹槽，钢球顺着凹槽滑出导致保险脱出。

由以上拉力试验可以看出，在外力作用下，弹射手柄被破坏时保险仍起到应有的作用，更改措施合理有效。

6.2 对出厂及库存产品处理

a.对出厂保险进行检查，若发现有超出制定的钢球凸出量范围的保险，及时更换；

b.对库存零件重新检验，若存在超差，视情对其进行返修或报废处理；

c.对在制品，按照改进后技术状态控制，以彻底消除隐患。

[责任编辑：杨玉洁]