运五（B）飞机主起落架密封螺套裂纹故障分析及预防与改进措施

左继宾

摘要：由于主起落架内筒密封螺套裂纹造成漏气一直是影响运五（B）飞机飞行安全的重要因素。本文通过对螺套产生裂纹的机理进行了分析，找出了产生裂纹的原因，并对提出了改进的方法和措施，为飞机修理安全提供了有力的支撑。

关键词：起落架;密封螺套;故障;预防与改进

起落架是飞机的重要组成部分，主要用于飞机着陆减震和支撑飞机，是飞机受力较大的部件之一。它的各部分工作性能的好坏，直接关系着机体结构的寿命和飞机起飞、着陆的安全。近十年来，我们在对进场大修的运五（B）型飞机起落架内筒密封螺套进行探伤时发现，有近30%发生裂纹现象。

一、裂纹故障情况

主起落架内筒密封螺套作为密封内筒工作室与非工作室的重要机件，在飞机大修工作中一直作为重点机件进行监控，从2010年至今我们共计探伤起落架内筒密封螺套345件，其中产生裂纹报废115件，占总数的30%左右。裂纹产生的地方均为外六方清角根部处和法兰盘边缘处。

该件原材料为30CrMnSiA合金结构钢，经车工车制，铣工铣削对边六角，热处理900℃油淬火、480℃油回火，表面镀锌、钝化、除氢加工而成。其化学成分与见表1，力学性能见表2。

二、故障分析

为了探寻该螺套产生裂纹的机理与影响因素，提出有效的改进措施，分别对产生裂纹报废的115件中，随机抽取6件作工艺尺寸测量、硬度测试、化学成分、能谱测试、金相组织拧紧力矩的综合分析。

1、工艺尺寸测量分析

依据图纸尺寸和技术要求，对各项尺寸进行实际测量，内外螺纹大径、中径、牙型角均符合2a级图纸要求，退刀槽符合229AT机械制造标准要求，各配合尺寸都在要求范围之内，各自由尺寸公差、表面光洁度均符合图纸要求。

2.硬度测试分析

对失效螺套的对边六角处，Φ30端面处分别进行两次的硬度测试，洛氏硬度值分别为38.6、38.9、38.6、38.7均符合工艺要求。

3.化学成分分析

使用直读光谱仪对断裂螺栓进行化学成分分析，结果见表3。

结果表明，螺套的化学成分含量在标准规定的范围内。

4.能谱测试分析

对失效螺套裂纹处进行能谱测试，测试结果见表4

由于P、S元素是有害元素，可导致产生偏析及夹杂等缺陷，所以对该螺套取样进行能谱分析。从产生裂纹螺套扫描电镜分析可知，电子探针试验处没有发现S等其他敏感元素夹杂物，螺套承受的载荷达到一定程度时，不会出现夹杂物与金属界面发生分离，所以螺套的裂纹产生不是由孔洞的变大而引起的。断口覆盖的腐蚀产物主要为Fe、Mn、Cr、Si，断口表面没有发现合金钢的腐蚀敏感元素P和S，说明螺套产生的裂纹与P、S没有直接的联系。综上述螺套产生的裂纹能谱分析未发现严重的偏析及夹杂等缺陷。

5.金相组织分析

在失效的件上取样经过精磨-细磨-机械抛光后，用4%硼酸酒精溶液腐蚀后，经金相显微镜500X观察其组织为回火索氏体，未见异常组织。表明该螺套整个截面均已流淬透，热处理工序符合工艺要求。

6.拧紧力矩分析

为保证螺栓安全的工作，要求螺栓内的最大切应力必须小于材料的扭转许用切应力 ，因此，螺栓发生扭转时的强度条件为;

式中的扭转许用切应力 是根据扭转实验，并考虑适当的安全系数确定它与许用拉应力 之间的近似关系：

对于塑性材料， =

对于脆性材料， =

由于螺栓材料为30CrMnSiA，强度极限

=1080MPa 屈服强度 =835MPa，故有

式中的 表示抗扭截面系数，单位为 或 ，对于空心圆截面，它的抗扭截面系数可表示为;

式中， ，所以，

计算得

=

所以，通过以上式子得：

故有螺栓的扭转力矩为

所以，由计算得螺栓的扭转力矩不能超过2203.533N.m。

在实际装配中，拧紧力矩远小于最大扭转力矩，所以可以断定裂纹非装配原因造成。

7、裂纹部位受力分析

螺套材料：30CrMnSiA  抗拉强 屈服强度为： ，假设螺套内部受到的压强为P，螺套的受力分析（见图1）。

（图1）

由 F=PA得

应力为：

式中 A1为图1螺套受力面积。

依据计算可知，在螺套的退刀槽与外六方清角叠加处存在着应力集中现象。

三、产生裂纹综合原因分析

综合上述7点的原因分析，该螺套在机械加工、原材料化学成分，热处理工艺等方面均未发现异常。在受力分析中，退刀槽部与外六方根部设计正好处于同一截面上，退刀槽处有应力，六方清角处也有应力，造成应力叠加，即應力集中，在飞机起飞和着落过程中，该螺套受到交变载荷的作用力，容易产生疲劳裂纹。

四、预防与改进措施

1）优化改良螺套的工艺尺寸，尽量降低应力集中程度。通过对裂纹的综合原因分析，我们认为在保证机械加工、原材料化学成分、热处理工艺等方面正常的情况下，还应对退刀槽与六方清角根部容易产生应力集中处进行优化改良。一是把外六方清角更改为R3圆弧，二是对螺套法兰盘进行加厚。更改图样。

更改后受力分析如下：

由直角改为圆角得壁厚增大有几何关系（见图2）

式中A2为螺套受力面积。

由计算得：

更改前应力为：

更改后应力为：

由于 故改进之后应力值减小，有效减小了出现裂纹的几率。

2）加强螺套材料的质量控制，严格原材料的质量检验，把好进货关口。

3）严格按照标准图样进行机械加工，重点监控30CrMnSiA钢的热处理工艺，并采用批次抽检验收的质量控制方法，使该螺套工艺尺寸与力学性能符合标准。

4）严格按照装配要求进行螺套的装配，重点把握拧紧力力矩，使力矩控制在规定范围内。