
導致航空軸承失效是非常嚴重的問題,軸承的失效會造成直接結果有溫度升高、振動加大或振動狀態發生變化、軸系功率消耗加大、軸心軌跡形狀發生變化。而常見的航空軸承失效模式有15種類型,本公司給大家進行分享介紹。
1、劃傷、擦傷
由于潤滑油過濾不凈存在有被磨損下來的金屬顆粒或者在安裝過程中一些雜質的混入且這些金屬顆粒的尺寸可能會大于最小油膜厚度又由于接觸面間存在滑動現象此時存在于兩接觸表面間的硬質微小穎粒將會劃傷工作表面。此外在安裝過程中,由于軸承零件與其他帶尖角部位的硬性物接觸而將軸承零件的工作區刻劃出一定深度、寬度、長度不同的溝櫓稱為劃傷或刮傷如果在滾動數觸表面間落入外來小顆粒雜質或潤滑油局部破壞時加之兩表面間存在滑動現象從而使零件工作表面出現一組細小的劃傷,稱為擦傷。
防止措施:(1)嚴格過濾潤滑油。(2)在安裝過程中嚴防污染物進人。(3)在清洗和安裝過程中嚴禁用硬性物刻劃軸承工怍表面。
2、磨損
處于臨界潤滑狀態下。兩個相互接觸的物體存在相對運動時將會產生表面損傷如果這種損傷繼續不斷地進行下去就會引起剝蝕即為磨損。磨損將造成零件尺寸精度的喪失磨損表面呈現斑蝕特征。如圖1-1所示。由于摩擦會產生大量的熱將出現兩接觸面間的金屬遷移現象使磨損面呈現出磷狀剝落特征如圖1-2所示。
在較高應力作用下或在缺油狀態下兩摩擦物體間將產生大量的摩擦熱這種熱有時是以使接觸區的局部達到熔化狀態從而出現瞬時的焊合隨之又會被撕裂其后果是引起接觸面的金屬間遷移這種磨損稱為粘附磨損如圖1-2所示。
有時由于一些外來雜質混入接觸面間,也會造成嚴重的磨損并將引起表面的嚴重劃傷這種磨損稱為磨粒磨損。
要安全避免磨損的產生幾乎是不可能的只有采取一切有效措施以減少磨損的產生,措施如下:
(1)改進結構及零件的精加工工藝選用合適的潤滑條件。
(2)嚴格潤滑油的過濾措施,保證工作環境的清潔以減少或避免磨粒磨損。
3、輕載打滑
它實際上也屬于一種較為嚴重的磨損,滾動體與滾道接觸在極輕的接觸載荷時(或在過量的潤滑條件下)由于慣性力的影響,從而造成兩接觸件各自接觸點的線速度存在差異此時將在兩接觸體間出現滑動現象稱之為輕載打滑。滾子軸承中出現輕載打滑將造成滾道的摩擦磨損、表面疲勞、滾道表面損傷等后果其前期的損傷特征是出現表面蹭傷和全層的遷移現象。
克服超高速滾子軸承輕載打滑的措施:
(1)在保證滾子具有足夠高的疲勞壽命
(2)采用高強度的輕質材料制造保持架以減輕其重量。
(3)改進滾子軸承的結構以改善潤滑油在軸承內的流暢性。
(4)采用外圈橢圓滾道以增加受載滾子的數量。
(5)采用預載荷的空心滾子以造成軸承內全部滾子均勻受載而無需橢圓滾道。
(6)適當減小游隙,以增加承載的滾子數增加拖動力。
4、銹蝕
金屬和周圍環境介質發生化學作用或電化學作用而引起的損壞稱為銹蝕或腐蝕。銹蝕發生時在表面形成帶黑色或褐色的銹斑或銹坑有腐蝕產物出現破壞了金屬的光澤。
在軸承中還會出現一種摩擦腐蝕現象,它的形貌特征是:在接觸表面上出現一些斑蝕坑。其形成機理是:在滾動體與套圈的接觸中在正向壓力作用下套圈將產生微量的塑性變形從而在兩接觸面間出現微小的相對運動。摩擦而形成的新的金屬面在受到化學的、機械的及熱的綜合作用時,將被氧化所形成的氧化物將不斷堆集并被壓人表面層。又由于摩擦熱形成的高溫潤滑劑會形成醛、酮和碳酸這些產物也將與材料發生化學反應。因此摩擦腐蝕不僅造成零件的表面損壞而且還將使零件的接觸疲勞強度降低。
預防銹蝕產生的措施:
(1)注意軸承的保管盡量避免有腐蝕性的介質與其接觸。
(2)安裝軸承時仔細清洗并戴手套以免汗漬留在軸承工作面上。
5、偏磨、載荷軌跡下移(爬坡)
偏磨即軸承在工作中出現的偏向一方的磨損現象這點在滾子軸承的內圈上表現的較為明顯。爬坡即在承受軸向載荷的球軸承中外圈滾道上受載軌跡過多地偏向溝道中心的另一側。
克服辦法:
(1)軸承安裝必須到位使軸承處于良好的受載狀態。
(2)調整球軸承游隙防止其值過大。
6、壓坑、撞傷
由于靜載荷或沖擊載荷的作用使軸承零件工作表面留下一定深度的永久性變形,稱為壓坑或撞傷。防止措施如下:
(1)嚴防零件掉落地上嚴禁用硬性物打擊將會引起工作表面損傷的部位。
(2)安裝軸承時保持被加力的套圈與滾動體組件處于一個正確的位置。
7、疲勞剝落
在交變接觸應力的作用下疲勞剝落現象不僅發生在表面下,而且也發生于表面上。
產生于表面下的疲勞剝落在交變應力的作用下最大切應力發生在大約離表面深度0.2 mm處。首先從材料的最薄弱點形成第一條微小裂紋又在交變應力的反復作用下裂紋不斷擴大并增值.最后導致金屬的剝落。
起源于表面上的疲勞剝落產生原因有如下兩種情況:
(1)由于原材料在冶煉和軸承零件的鍛造、沖壓、熱處理、冷加工等過程中殘留在表面的非金屬夾雜物粗大顆粒碳化物微孔,皺紋壓坑和表面變質層等因素在軸承運轉過程中由于受接觸應力的作用引起它們脫,離母體或用于塑性變形而引起微孔的聚集擴大后形成剝落。
(2)在相互接觸的兩個滾動面上由于存在凹凸不平的現象如果軸承工作時又處于邊界潤滑狀態此時兩表面輪廓峰相互作用,使那些微小的凹凸不平的部分產生塑性變形和疲勞。這種現象繼續下去就會形成大量的微小裂紋隨后裂紋又擴張并連結起來形成了微小剝落。從而造成表面損傷。這種損傷進一步擴展就會使微小裂痕增值而覆蓋在滾道面上形成所謂的麻點這些麻點再進一步擴大并連接就出現表面的疲勞剝落。實踐證明對于高速船發動機主軸軸承疲勞剝落多為出現于表面上的剝落。
克服或減少疲勞剝落的過早發生可采取如下措施:
(1)改善潤滑條件減少磨粒磨損對工作表面的損傷。避免金屬間的直接接觸。
(2)采用新材料或用高純凈度的真空冶煉鋼同時優化熱處理工藝提高零件的接觸疲勞強度。
(3)改善表面質量增強其抗磨及耐腐蝕能力。
(4)從制造入手增大鍛造比改善纖維流線方向改善精加工工藝。
8、電流侵蝕
局部金屬表面的加熱和熔化其損傷區經放大可見金屬在熔化后又冷凝的球狀小顆粒這種損傷稱為電蝕。其形成機理是:兩接觸表面用于某種原因產生了靜電此時又在兩面間形成了一層油膜厚度該油膜起了絕緣作用。當兩接觸體表面間形成的靜電電位差高到足以擊穿其絕緣層時就會產生火花放電從而形成電流侵蝕現象。
克服辦法:使零件保持良好的接地狀態,避免工作中出現由于電荷的聚集形成高電位產生火花放電。
9、保持架變形
在外力作用下保持架的形狀與原形狀相比存在較大的差異稱之為保持架變形。其形成原因:保持架的材料通常采用強度較低的輕質材料加之隔離滾動體的過梁尺寸一般較小.所以在外力作用下容易使保持架產生塑性變形。
防止措施如下:
(1)選用高強度的輕質材料。
(2)避免用硬質工具或重力打擊保持架。
10、裂紋
當軸承零件所受應力超過材料的強度極限時其內部或表面便產生斷裂或局部斷裂現象,其宏觀缺陷便稱為裂紋。其特點是有尖銳的根部或邊緣。裂紋產生的原因較為復雜,影響因素很多。所以應從各個方面著手對癥下藥以便杜絕裂紋的產生。
11、保持架鍍層脫落或凸起起泡
由于保持架在鍍銀工序前的處理不當或者鍍銀工藝存在某些問題影響到鍍層與母體材料的結合強度降低造成工作時鍍層脫落等缺陷。
防止措施:改進鍍銀工藝增強鍍層與母體金屬的結合強度。
12、兩極磨損(貓眼圈)
其形貌特征為:在鋼球的兩個極形成有一定面積范圍的同心圓擦傷痕跡。
產生兩極磨損的原因:在高速運轉并承受一定軸向載荷的三點接觸球軸承中鋼球將產生很大的慣性動載荷一離心力及陀螺力矩離心力作用于鋼球上總是使鋼球壓向外圈導致外圈接觸角變小,而內圈接觸角增大隨著速度的增大其中一個半內圈將由部分卸載到完全卸載此時軸承應由三點接觸變為兩點接觸,如果軸承此時仍未脫離三點接觸,由于陀螺力矩的作用鋼球將在未受載內半圈的溝道上產生嚴重的滑動造成軸承零件的擦傷或磨損。
其典型的表現形式就是在鋼球上出現占有一定面積的許多同心圓(“貓眼”)劃傷(圖4)。
克服辦法如下:
(1)加大游隙并嚴格控制鋼球直徑差以便保證軸承運轉后能脫離第三點接觸。
(2)在設計時選撣適宜的兩半內圈設計墊片角。
13、受熱變色
軸承工作一段時間后,在軸承表面出現一種淺褐色沉積物或灰黑色(或紫色)表面,而失去了原有的金屬光澤。
造成變色的原因如下:
(1)由于軸承表面暴露在熱空氣環境中由于溫升使附著在軸承表面的油膜產生油的氧化現象形成淺褐色的氧化物膜沉積附著在軸承的表面上。
(2)如果軸承處于一種不正常的工作狀態造成工作環境溫度的急驟上升此時的溫度已大大超過了軸承零件的回火溫度從而出現嚴重的燒傷現象軸承表面變成了灰黑色。
防止措施:保證油路暢通及時供給軸承所需的油量。
14、尺寸脹大或縮小
軸承運轉一定時間以后出現游隙減小現象(反映在內外圈或滾動體直徑方向尺寸的增大或減小)如果尺寸改變幅度較大則很可能出現軸承的抱軸現象。
形成尺寸脹大或縮小原因軸承零件在熱處理過程中保留了一定數量的殘余奧氏體隨著時間及溫度的變化它將逐漸變成一種較穩定的馬氏體在這一轉變過程中將出現體積脹大現象此時軸承零件的尺寸則會脹大。此外軸承工作溫度如果高于軸承的回火溫度將會出現馬氏體的分解過程出現尺寸的收縮現象。有時軸承零件中的應力松馳現象也是引起尺寸改變的原因之一。
防止措施:在淬火后采用冷處理的方法以減少殘余奧氏體的數量;采用高于使用溫度的回火溫度并采用多次附加回火的方式去消除殘余奧氏體。
15、振紋
振紋的出現可以分為兩種情況:
(1)發動機在工作時產生的振紋
在內或外圈的滾道面的局部區域,出現一些沿滾動方向緊密排列的軸向平行條紋,稱振紋。
形成機理:在高速向心圓柱滾子軸承中,由于內、外圈滾道的不圓度或滾子直徑相互差較大,造成軸承旋轉精度降低是形成振紋的主要原因。
防止措施:減少內、外圈的變形及降低滾動體直徑相互差提高軸承旋轉精度。
(2)發動機靜止時的振動
發動機在靜止情況下由于發生連續非旋轉性的振動,在靜載荷的作用下導致在圓柱滾子軸承內滾道上按滾子節距形成的微動磨損痕跡此種類型的振紋不影響軸承的性能所以又稱為假表面變形因此允許存在。
軸承在非轉動狀態下由于承受重大的振動載荷或超載使球或滾子在滾道上產生永久性的淺而光滑的壓坑此類變形-般不允許存在。
防止措施:預防運輸中出現的振動加強防振措施。
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