某發動機軸承故障分析

蒙愛萍 MENG Ai-ping

（中航工業沈陽黎明航空發動機集團有限責任公司發動機大修廠，沈陽 110043）

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

0 引言

主軸承是航空發動機的關鍵部件，其可靠性對發動機和飛機至關重要，軸承的故檢與修理，對保證發動機的正常工作具有非常重要的意義。本文主要對某發動機軸承常見的幾種故障進行分析，并提出處理方案。

1 軸承概述

滾動軸承由內圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。內圈用來和軸頸裝配，外圈用來和軸承座裝配。滾動體的作用是把內外圈間滑動借滾動體而轉變為滾動。通過滾動體把旋轉圈上的載荷傳遞到固定圈上，然后傳到軸承機匣上。保持架的作用是把滾動體分開，減少滾動體的磨損。

2 軸承的主要失效形式

2.1 疲勞剝落

故障軸承：某發動機主軸承。

故障形貌：軸承滾棒、軸承環表面出現剝落初期麻點或金屬材料剝落。

原因分析：滾動軸承在高的接觸壓力作用下，經過多次應力循環后，在工作表面產生小片或小塊金屬剝落，形成麻點或凹坑，從而引起軸承振動或噪音增大、溫度升高、磨損加劇，導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和被錯誤的當作被腐蝕的東西，因此為了準確判定產生孔眼的特征應該用針去除污物，疲勞產生的孔眼具有金屬光澤并在其邊緣有細小裂紋。

某發動機經常出現疲勞剝落的軸承為三支點軸承和五支點軸承。三支點軸承外環裝于中央傳動齒輪內，內環裝于低壓渦輪軸前端，該軸承內外圈轉速不同，受力狀態復雜。軸承靠中央傳動齒輪內導流片油孔供油。五支點軸承靠環形滑油總管供油，且軸承位于低壓渦輪后支點，工作溫度較高。由于供油方式不合理，導致軸承冷卻及潤滑效果不好，造成軸承提早失效。

2.2 磨損失效

故障軸承：發動機主軸承

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

原因分析：滾動軸承是一種十分精密的器件，他對異物十分敏感。異物進入軸承內部是促使很多軸承過早的損壞的主要原因之一。

由于異物進入軸承所引起的損壞視進入物的性質不同而不同。細小的物質，特別是一些能被滾動體滾壓作用所粉碎的軟性物質，它的作用和細的研磨材料所起的研磨作用相似。內外圈在滾道處磨損，滾動體也同時被磨損，結果使軸承松動，運轉時產生噪音。這種研磨作用隨著滾道或滾動體鋼材的被磨而迅速增長。

硬而粗的異物，在發動機安裝時一旦進入軸承就能產生一些微小的凹陷，硬粒子擠進滾動體和滾道之中可能引起內圈在軸上轉動，或者外圈在軸承室中轉動。

排除措施：為避免異物進入發動機內部造成軸承磨損，某發動機在裝配過程中，零件裝配前需用干凈汽油進行清洗，在裝配后有整機沖洗工序，通過沖洗帶走裝配過程中零件表面的灰塵和其它異物。

2.3 軸承銹蝕

故障軸承：發動機主軸承

故障形貌：軸承表面出現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常可以看到的。受潮部分常出現斑點狀暗色銹跡，發展為黑色銹孔，再發展成為棕黑色片狀銹蝕區，以致形成容易脫落的黃褐色大面積銹斑。主要產生原因之一為操作者粗心大意，檢查軸承時沒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%，軸承保管不當造成銹蝕現象。

排除措施：某發動機軸承采用701防銹油進行油封，并用石蠟紙包裝后保存。雨季主要預防措施為將軸承油封期縮短。同時裝配、清洗后的軸承及時油封，避免在潮濕空氣中裸露時間過長。

2.4 裝配不當造成的損壞

故障軸承：某發動機主軸承

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、軸承環邊緣存在卡傷。

原因分析：某發動機主軸承外環、滾棒及保持架裝于中央傳動機構內的主動齒輪上，在裝配過程中，內環裝于低壓渦輪軸前端。在發動機裝配過程中，先裝配低壓渦輪軸，外環及滾棒隨中央傳動機構用吊車吊起后下落，裝在發動機上，在下落過程中由于位置不對中，軸承滾棒倒角邊緣與內環邊緣卡傷，造成軸承故障。

2.5 偏載引起的損壞

故障軸承：某發動機主軸承。

故障形貌：全部滾棒磨損剝落、軸承內環滾跡較寬，約1/3圓周嚴重剝落。

原因分析：偏載是引起某發動機主軸承故障的原因之一。偏載會引起軸承材料的過早疲勞，這種損壞可由滾道表面層材料的破碎剝離來說明。這些損壞開始時發生在某些小面積上，但擴散很快。如果繼續使用軸承，這種破碎剝離現象擴展到內外兩個滾道和滾動體的表面。

2.6 打滑蹭傷故障

故障軸承：中央傳動機構軸承

故障形貌：軸承滾棒工作表面出現蹭傷，呈灰白色霜霧狀特征。

原因分析：滾動軸承的高速輕載打滑是指滾動體與套圈滾道接觸時，在極輕的接觸載荷下，受慣性力的影響，會造成兩個運動著的接觸件各自接觸點的線速度存在差異，在這種情況下，兩接觸間出現滑動現象，從而造成接觸表面出現蹭傷。滾動軸承的輕載打滑主要與牽引力有關，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。前期的特征是出現表面蹭傷。

滾子軸承的正常運轉是依靠內圈（內圈旋轉）與滾子之間的拖動力，帶動滾子和保持架組件運行，若拖動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產生公轉滑動。航空發動機軸承，載荷清，轉速高，滾子因離心力壓向外圈，內圈承載更小。且向拖動力減小，若油膜不能完全隔離接觸表面，則將發生打滑增傷故障。

某發動機中央傳動機構軸承容易出現打滑蹭傷故障。軸承為無內圈滾子軸承，外圈為間隙配合。該軸承主要承受徑向負荷，且承受徑向力較小，當軸承與齒輪的裝配游隙偏大，軸承外圈與殼體的配合同時偏大時，故障發生率較高。

排除措施：通過選配軸承減小軸承與齒輪的裝配游隙及通過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。

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

排除措施：有效的措施只能通過新品入廠檢驗，進行外觀目視檢查，對懷疑的黑點用放大鏡檢查，必要時進行分析確認。

3 結束語

軸承由于工作于高溫、高轉速等復雜條件下，其故障的形式也是多樣化的，通過幾種典型故障的分析，發現可能存在問題的現象，追尋產生問題的根源，提出解決問題的建議，直至規避或解決相關問題，進一步完善相關的標準、規范，通過螺旋式的發現、認識、解決、完善的過程，不斷積累，逐步加深認識，提升能力，豐富知識，指導實踐，在不斷發現、認知的過程中提升能力，從而提高發動機工作的可靠性。

[1]發動機技術說明書.

[2]滾動軸承質量控制.

[3]航空發動機零部件失效分析.