一起電動機石墨軸承斷裂故障分析

謝建峰 黃超/國營蕪湖機械廠

1 故障情況

一架某型飛機進行燃油系統輸油順序檢查試驗時，按壓座艙內“油泵檢查”按鈕，“油泵檢查”信號燈未燃亮。連接燃油泵地面檢查儀進一步檢查發現，位于2 號油箱用于散熱系統的電動泵未工作。電動泵對從供油泵傳輸過來的燃油增壓，并輸送至散熱器總管，為空調系統的空氣、發動機散熱的滑油和液壓系統的液壓油進行散熱。拆下電動泵，檢查葉輪旋轉正常，無卡滯現象；測量電動機線路通斷，線路存在斷路。分解電動機進行檢查，C 相電路中溫度保險絲熔斷，石墨軸承斷裂損壞，斷裂位置位于石墨軸承旁鋁環處，斷裂后的石墨軸承呈環狀，除周向斷口外，還有兩處徑向斷口，如 圖1 所示）。

2 故障分析

2.1 電動機結構

電動機型號為FDY-403，結構如圖2 所示，斷裂的石墨軸承為圖中的3 號 件。

從結構上看，石墨軸承2 除承擔與石墨軸承3、4 相同的轉動摩擦作用外，同時還承受轉子組件1 的軸向載荷。電動機在垂直狀態（機上狀態）下，轉子組件1 與石墨軸承面接觸。機上工作時，轉子組件在帶動葉輪轉動的同時引導燃油通過石墨軸承2 內部導油槽進入電動機內部。燃油穿過轉子組件和石墨軸承2、3、4 之間的間隙，從電動機尾部通道排出，完成液流循環。該循環為電動機內部轉動摩擦部位提供潤滑和冷卻。

2.2 石墨軸承斷裂外觀檢查

電動機內部轉子組件鋼制端面處有明顯的沿周向的磨損痕跡，選取另一完好轉子組件進行對比，可見其鋼制端面無明顯周向磨損痕跡，如圖3 所示。

檢查電動機內部定子，發現定子一周的銅絲均存在明顯燒傷熔化特征。

圖1 電動機及內部軸承斷口外觀

圖2 電動機結構圖

圖3 電動機轉子外觀

圖4 石墨軸承碎塊周向斷口微觀形貌

圖5 石墨軸承碎塊徑向斷口微觀形貌

2.3 石墨軸承斷裂斷口分析

對石墨軸承碎塊斷口進行掃描電鏡觀察，如圖4 所示。觀察周向斷口形貌，可見低倍下斷口較平整，高倍下呈片狀脆性斷裂特征，未見明顯缺陷與內部夾雜。

繼續對石墨軸承碎塊徑向斷口進行掃描電鏡觀察。低倍下可見兩側與中間部位斷裂特征存在差異，高倍下可見中間部位斷裂為片狀脆性斷裂，兩側位置斷裂處可見明顯孔洞特征，如圖5 所示。該形貌可能是石墨中環氧樹脂膠黏劑經高溫分解碳化所致。

2.4 組織檢查

切取電動機轉子組件的鋼制端面橫截面區域，經鑲嵌、磨制、拋光后制成金相試樣，使用4%硝酸酒精對試樣進行腐蝕，再經金相顯微鏡觀察。由圖6可見，近端面組織與心部組織存在明顯差異，近端面為淬火馬氏體組織，心部為回火索氏體+析出碳化物。

切取電動機石墨軸承旁鋁環橫截面區域，經鑲嵌、磨制、拋光后制成金相試樣，使用0.5%氫氟酸水溶液進行腐蝕，再經金相顯微鏡觀察。如圖7 可見，近端面組織與心部組織無明顯差異，但近端面明顯存在燒蝕熔化產生的孔洞。

2.5 結論

結合微觀觀察到石墨軸承碎塊斷口內部樹脂碳化形成的孔洞以及相接觸的鋼制與鋁環的端面燒傷特征，可以判斷該石墨軸承是由于轉子轉動過程中其上端面與石墨軸承端面接觸、磨損，產生熱損傷，造成過載斷裂。

2.6 故障原因

電動機在進行性能試驗時，已明確規定在通電前應從電動機兩端注入燃油，以保證潤滑和冷卻，防止干摩擦。在飛機裝配和調試階段，僅規定在飛機加滿燃油后才能進行散熱泵工作性能的檢查。但因散熱泵檢查按鈕位于座艙內部，且無防護蓋板，座艙內裝配、調試人員交叉較多，存在按鈕被誤按壓的可能，導致電動機在無油狀態下工作，造成干摩擦。

圖6 轉子組件的鋼制端部截面金相組織

圖7 石墨軸承旁鋁環端面金相組織

3 改進措施

為避免再次出現因電動機無油狀態下干摩擦造成的石墨軸承斷裂故障，明確規定飛機通電調試時，除專項檢查外，應斷開與電動泵接通相關的連接器，防止座艙人員誤啟動，造成電動機干摩擦。