蒙愛(ài)萍 MENG Ai-ping

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司發(fā)動(dòng)機(jī)大修廠，沈陽(yáng) 110043）

（Engine Overhaul Factory，AVIC Shenyang Liming Aero-Engine Group Corporation Ltd.，Shenyang 110043，China）

0 引言

主軸承是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，其可靠性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)至關(guān)重要，軸承的故檢與修理，對(duì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作具有非常重要的意義。本文主要對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)軸承常見(jiàn)的幾種故障進(jìn)行分析，并提出處理方案。

1 軸承概述

滾動(dòng)軸承由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組成。內(nèi)圈用來(lái)和軸頸裝配，外圈用來(lái)和軸承座裝配。滾動(dòng)體的作用是把內(nèi)外圈間滑動(dòng)借滾動(dòng)體而轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)。通過(guò)滾動(dòng)體把旋轉(zhuǎn)圈上的載荷傳遞到固定圈上，然后傳到軸承機(jī)匣上。保持架的作用是把滾動(dòng)體分開(kāi)，減少滾動(dòng)體的磨損。

2 軸承的主要失效形式

2.1 疲勞剝落

故障軸承：某發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承。

故障形貌：軸承滾棒、軸承環(huán)表面出現(xiàn)剝落初期麻點(diǎn)或金屬材料剝落。

原因分析：滾動(dòng)軸承在高的接觸壓力作用下，經(jīng)過(guò)多次應(yīng)力循環(huán)后，在工作表面產(chǎn)生小片或小塊金屬剝落，形成麻點(diǎn)或凹坑，從而引起軸承振動(dòng)或噪音增大、溫度升高、磨損加劇，導(dǎo)致軸承不能正常工作，稱為接觸疲勞失效。

在剝落初期，表面形成孔眼，剝落的孔眼可能是被弄污的污點(diǎn)和被錯(cuò)誤的當(dāng)作被腐蝕的東西，因此為了準(zhǔn)確判定產(chǎn)生孔眼的特征應(yīng)該用針去除污物，疲勞產(chǎn)生的孔眼具有金屬光澤并在其邊緣有細(xì)小裂紋。

某發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)疲勞剝落的軸承為三支點(diǎn)軸承和五支點(diǎn)軸承。三支點(diǎn)軸承外環(huán)裝于中央傳動(dòng)齒輪內(nèi)，內(nèi)環(huán)裝于低壓渦輪軸前端，該軸承內(nèi)外圈轉(zhuǎn)速不同，受力狀態(tài)復(fù)雜。軸承靠中央傳動(dòng)齒輪內(nèi)導(dǎo)流片油孔供油。五支點(diǎn)軸承靠環(huán)形滑油總管供油，且軸承位于低壓渦輪后支點(diǎn)，工作溫度較高。由于供油方式不合理，導(dǎo)致軸承冷卻及潤(rùn)滑效果不好，造成軸承提早失效。

2.2 磨損失效

故障軸承：發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承

故障形貌：①軸承滾道及滾動(dòng)體部分光潔度改變。②軸承工作表面壓傷、卡傷、劃傷。

原因分析：滾動(dòng)軸承是一種十分精密的器件，他對(duì)異物十分敏感。異物進(jìn)入軸承內(nèi)部是促使很多軸承過(guò)早的損壞的主要原因之一。

由于異物進(jìn)入軸承所引起的損壞視進(jìn)入物的性質(zhì)不同而不同。細(xì)小的物質(zhì)，特別是一些能被滾動(dòng)體滾壓作用所粉碎的軟性物質(zhì)，它的作用和細(xì)的研磨材料所起的研磨作用相似。內(nèi)外圈在滾道處磨損，滾動(dòng)體也同時(shí)被磨損，結(jié)果使軸承松動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生噪音。這種研磨作用隨著滾道或滾動(dòng)體鋼材的被磨而迅速增長(zhǎng)。

硬而粗的異物，在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝時(shí)一旦進(jìn)入軸承就能產(chǎn)生一些微小的凹陷，硬粒子擠進(jìn)滾動(dòng)體和滾道之中可能引起內(nèi)圈在軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，或者外圈在軸承室中轉(zhuǎn)動(dòng)。

排除措施：為避免異物進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部造成軸承磨損，某發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配過(guò)程中，零件裝配前需用干凈汽油進(jìn)行清洗，在裝配后有整機(jī)沖洗工序，通過(guò)沖洗帶走裝配過(guò)程中零件表面的灰塵和其它異物。

2.3 軸承銹蝕

故障軸承：發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承

故障形貌：軸承表面出現(xiàn)黃褐色銹斑或黑色銹孔。

原因分析：由于含鹽的潮氣或手汗沉積在軸承上而引起的銹蝕是經(jīng)常可以看到的。受潮部分常出現(xiàn)斑點(diǎn)狀暗色銹跡，發(fā)展為黑色銹孔，再發(fā)展成為棕黑色片狀銹蝕區(qū)，以致形成容易脫落的黃褐色大面積銹斑。主要產(chǎn)生原因之一為操作者粗心大意，檢查軸承時(shí)沒(méi)有按文件要求帶絹布手套。其次由于雨季原因，空氣濕度大于70%，軸承保管不當(dāng)造成銹蝕現(xiàn)象。

排除措施：某發(fā)動(dòng)機(jī)軸承采用701防銹油進(jìn)行油封，并用石蠟紙包裝后保存。雨季主要預(yù)防措施為將軸承油封期縮短。同時(shí)裝配、清洗后的軸承及時(shí)油封，避免在潮濕空氣中裸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

2.4 裝配不當(dāng)造成的損壞

故障軸承：某發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承

故障形貌：軸承滾棒工作表面沿倒角位置向工作面方向存在卡傷、軸承環(huán)邊緣存在卡傷。

原因分析：某發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承外環(huán)、滾棒及保持架裝于中央傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的主動(dòng)齒輪上，在裝配過(guò)程中，內(nèi)環(huán)裝于低壓渦輪軸前端。在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中，先裝配低壓渦輪軸，外環(huán)及滾棒隨中央傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用吊車吊起后下落，裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，在下落過(guò)程中由于位置不對(duì)中，軸承滾棒倒角邊緣與內(nèi)環(huán)邊緣卡傷，造成軸承故障。

2.5 偏載引起的損壞

故障軸承：某發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承。

故障形貌：全部滾棒磨損剝落、軸承內(nèi)環(huán)滾跡較寬，約1/3圓周嚴(yán)重剝落。

原因分析：偏載是引起某發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承故障的原因之一。偏載會(huì)引起軸承材料的過(guò)早疲勞，這種損壞可由滾道表面層材料的破碎剝離來(lái)說(shuō)明。這些損壞開(kāi)始時(shí)發(fā)生在某些小面積上，但擴(kuò)散很快。如果繼續(xù)使用軸承，這種破碎剝離現(xiàn)象擴(kuò)展到內(nèi)外兩個(gè)滾道和滾動(dòng)體的表面。

2.6 打滑蹭傷故障

故障軸承：中央傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸承

故障形貌：軸承滾棒工作表面出現(xiàn)蹭傷，呈灰白色霜霧狀特征。

原因分析：滾動(dòng)軸承的高速輕載打滑是指滾動(dòng)體與套圈滾道接觸時(shí)，在極輕的接觸載荷下，受慣性力的影響，會(huì)造成兩個(gè)運(yùn)動(dòng)著的接觸件各自接觸點(diǎn)的線速度存在差異，在這種情況下，兩接觸間出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象，從而造成接觸表面出現(xiàn)蹭傷。滾動(dòng)軸承的輕載打滑主要與牽引力有關(guān)，其形貌特征為滾道的摩擦磨損、表面疲勞及滾道的表面損傷。前期的特征是出現(xiàn)表面蹭傷。

滾子軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是依靠?jī)?nèi)圈（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)）與滾子之間的拖動(dòng)力，帶動(dòng)滾子和保持架組件運(yùn)行，若拖動(dòng)力小于作用在滾子和保持架組件各種阻力之和則套圈滾道和滾子間會(huì)產(chǎn)生公轉(zhuǎn)滑動(dòng)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承，載荷清，轉(zhuǎn)速高，滾子因離心力壓向外圈，內(nèi)圈承載更小。且向拖動(dòng)力減小，若油膜不能完全隔離接觸表面，則將發(fā)生打滑增傷故障。

某發(fā)動(dòng)機(jī)中央傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸承容易出現(xiàn)打滑蹭傷故障。軸承為無(wú)內(nèi)圈滾子軸承，外圈為間隙配合。該軸承主要承受徑向負(fù)荷，且承受徑向力較小，當(dāng)軸承與齒輪的裝配游隙偏大，軸承外圈與殼體的配合同時(shí)偏大時(shí)，故障發(fā)生率較高。

排除措施：通過(guò)選配軸承減小軸承與齒輪的裝配游隙及通過(guò)軸承外圈鍍鉻方法減少外圈與殼體之間的間隙。

2.7 AL2O3顆粒鑲嵌故障

故障軸承：新品軸承。

故障形貌：軸承工作表面存在黑點(diǎn)。

原因分析：軸承滾動(dòng)體及套圈在超精研加工過(guò)程中，砂輪研磨顆粒脫落鑲嵌在滾動(dòng)體表面或套圈滾道表面，由于加工過(guò)程中冷卻液及其它東西進(jìn)入，形成黑點(diǎn)故障。由于滾動(dòng)接觸在很小的體積承受很高的交變應(yīng)力，特別是軸承硬度較高，由于應(yīng)力集中而造成的切口效應(yīng)大，研磨顆粒從基體上脫落，使這種帶有黑點(diǎn)故障的軸承在試車后出現(xiàn)麻點(diǎn)故障。

排除措施：有效的措施只能通過(guò)新品入廠檢驗(yàn)，進(jìn)行外觀目視檢查，對(duì)懷疑的黑點(diǎn)用放大鏡檢查，必要時(shí)進(jìn)行分析確認(rèn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

軸承由于工作于高溫、高轉(zhuǎn)速等復(fù)雜條件下，其故障的形式也是多樣化的，通過(guò)幾種典型故障的分析，發(fā)現(xiàn)可能存在問(wèn)題的現(xiàn)象，追尋產(chǎn)生問(wèn)題的根源，提出解決問(wèn)題的建議，直至規(guī)避或解決相關(guān)問(wèn)題，進(jìn)一步完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，通過(guò)螺旋式的發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)、解決、完善的過(guò)程，不斷積累，逐步加深認(rèn)識(shí)，提升能力，豐富知識(shí)，指導(dǎo)實(shí)踐，在不斷發(fā)現(xiàn)、認(rèn)知的過(guò)程中提升能力，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性。

[1]發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)說(shuō)明書.

[2]滾動(dòng)軸承質(zhì)量控制.

[3]航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件失效分析.