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主軸軸承對于發(fā)動機(jī)來說是非常重要的零部件，如果主軸軸承損壞了，發(fā)動機(jī)也就不能正常使用了。而軸承損壞是使用過程中常見的一些問題，本公司根據(jù)對軸承知識的了解，下面來分享有關(guān)發(fā)動機(jī)主軸軸承常見的一些損傷形式以及相應(yīng)的原因，希望對大家有一定的幫助。
1、軸承剝落損傷
由于應(yīng)力場內(nèi)疲勞裂紋的擴(kuò)展導(dǎo)致的金屬微粒脫落，形成肉眼可見的弧坑被稱為剝落。圖1所示為一典型的軸承元件剝落形貌。剝落是發(fā)動機(jī)主軸軸承最常見的故障模式，按剝落的起因分為次表面疲勞剝落和表面損傷引起的剝落。
圖1 球軸承套圈上發(fā)生剝落損傷
在軸承滾道或滾動體應(yīng)力集中部位的次表面，由于材料微觀撕裂引起的疲勞剝落就是次表面疲勞剝落，這是由于滾動體在滾道上擠壓滾動時，在次表面上形成的與表面傾斜約45°的最大正交剪切拉應(yīng)力造成的，其影響因素主要是載荷大小、作用次數(shù)和次表面的殘余應(yīng)力狀態(tài)。隨著材料、工藝等方面的改善，正常工作條件下短期內(nèi)軸承很難發(fā)生次表面疲勞剝落。但在某些特殊工況下，如溫度場變化使軸承徑向產(chǎn)生較大負(fù)工作游隙或軸承內(nèi)外圈嚴(yán)重傾斜，最大赫茲應(yīng)力達(dá)到一定值時就會在短期內(nèi)發(fā)生次表面疲勞剝落。
表面損傷引起的剝落，多是由工作表面存在的壓延印痕、劃痕、打滑蹭傷、異物 損傷、腐蝕等導(dǎo)致的表面缺陷部位的微觀裂紋擴(kuò)展造成的以鱗剝形式開始的剝落。
該種剝落不需要很大的應(yīng)力水平和很多的作用次數(shù)。 軸承出現(xiàn)剝落后，引起發(fā)動機(jī)振動，加大噪聲，嚴(yán)重者導(dǎo)致軸承功能喪失，對發(fā)動機(jī)的使用安全構(gòu)成威脅。在選用合適軸承材料的前提下，將材料表面和次表面殘余拉應(yīng)力改變?yōu)閴簯?yīng)力以及預(yù)防表面損傷，是防止軸承剝落的最有效方法。
2、微粒引起的軸承損傷
一些金屬的、無機(jī)的或植物性的大小不等的微粒，粘連或嵌夾在軸承的一些部位上會留下印痕，如圖2所示。
圖2 軸承元件上由微粒留下的印痕
根據(jù)美國麻省理工學(xué)院和GE公司聯(lián)合對外場發(fā)動機(jī)拆下的200套軸承分析的結(jié)果，微粒引起的損傷是外場發(fā)動機(jī)主軸軸承最普遍的失效方式。
產(chǎn)生微粒損傷的主要原因是滑油污染，污染源主要來自密封跑道涂層上刮掉的碎屑、封嚴(yán)氣體帶入的沙塵等硬質(zhì)顆粒及軸承元件磨損或剝落后的產(chǎn)物。
微粒引起損傷的影響主要包括：
1）大幅增加的表面粗糙度使軸承工作面產(chǎn)生微觀裂紋，并使油膜遭受嚴(yán)重破壞，從而大幅降低軸承壽命；
2）降低了工作面精度，影響載荷分布的均勻性和滾動體的運(yùn)動姿態(tài)，從而引起軸承非正常損壞；
3）增加了保持架負(fù)荷，甚至引發(fā)保持架振動，造成保持架損壞。
3、壓延印痕
壓延印痕是發(fā)生在軸承元件表面的塑性變形印痕，有直線狀的或圓形的，方向隨機(jī)。這是軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時微粒在軸承元件間通過而造成的。 印痕的底部一般與軸承元件的表面相同。圖3所示為一典型的軸承元件壓延印痕形貌。
圖3 發(fā)動機(jī)滾子軸承滾動體上的壓延印痕
如果滑油中含有硬質(zhì)顆粒，不僅可以造成磨粒損傷，還可能會造成滾動體和滾道表面的壓痕。此外，裝配與拆卸軸承、整機(jī)及其部件工作或運(yùn)輸中的過度沖擊都有可能造成滾道或滾動體表面的壓痕。出現(xiàn)壓延印痕，會增大軸承的噪聲，并且在印痕邊緣產(chǎn)生超應(yīng)力（即邊緣效 應(yīng)），從而成為疲勞剝落的起始點(diǎn)，還可能使軸承游隙消失，旋轉(zhuǎn)時卡死。
4、工作表面或次表面的夾雜物引起的軸承損傷
圖4所示為軸承套圈上的碳化物形貌。由于碳化物、氧化物等夾雜物的韌性差，并且與周圍基體材料之間形成分明的界面，當(dāng)其尺寸較大且存在于軸承工作表面與次表面之間時，受到擠壓后容易碎裂，其周圍邊緣若干凹溝處受到兩邊凸出材料的頻繁擠壓與松弛很容易產(chǎn)生疲勞裂紋，從而成為剝落起始點(diǎn)。
圖4 軸承套圈上的碳化物形貌
控制碳化物、氧化物等夾雜物，需通過選用優(yōu)質(zhì)的軸承材料，優(yōu)化材料的冶煉工藝和鍛造工藝來實(shí)現(xiàn)。
5、軸承打滑蹭傷
打滑蹭傷是細(xì)微磨損的一種特殊形式，由于軸承轉(zhuǎn)速高、載荷輕，滾動件/滾道接觸面在旋轉(zhuǎn)時的強(qiáng)烈滑動而引起的。打滑蹭傷表現(xiàn)特征為印痕端部呈火花狀。圖5 是一典型的軸承套圈打滑蹭傷痕跡。
圖5 發(fā)動機(jī)軸承套圈打滑蹭傷痕跡
打滑蹭傷是航空發(fā)動機(jī)主軸滾子軸承常見的故障，在球軸承上也時有發(fā)生。滾子軸承打滑蹭傷的主要原因是轉(zhuǎn)子重量較輕，對軸承沒有形成足夠的徑向載荷；球軸承打滑蹭傷的主要原因是所受軸向載荷變向。此外，滾動體和保持架所受的運(yùn)動阻力過大時也會發(fā)生打滑蹭傷故障。
軸承的打滑蹭傷導(dǎo)致軸承元件幾何尺寸改變，進(jìn)而引起振動和噪聲；軸承內(nèi)部游隙增大，降低軸承壽命；保持架發(fā)脆甚至斷裂。
可以通過減少滾動體數(shù)量和尺寸、減輕保持架的重量、采用非圓套圈、減小徑向游隙及增加預(yù)負(fù)荷等方法避免軸承出現(xiàn)打滑蹭傷。
6、引導(dǎo)面和非工作面磨損
處在臨界潤滑狀態(tài)下，兩個相互接觸的物體相對運(yùn)動時將產(chǎn)生表面損傷，如果這個過程持續(xù)不斷地進(jìn)行下去，損傷的擴(kuò)大將引起表面剝蝕，從而造成工作表面材料的逐漸損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。圖6是發(fā)動機(jī)軸承保持架引導(dǎo)面的磨損形貌。
圖6 發(fā)動機(jī)軸承保持架引導(dǎo)面磨損形貌
軸承在裝配不當(dāng)、保持架共振、轉(zhuǎn) 速過高等特殊工況條件下很可能發(fā)生零件磨損。配合過松且壓緊螺帽未壓緊時，套圈配合面會產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，從而造成配合面磨損；保持架與引導(dǎo)套圈產(chǎn)生共振時，會造成保持架引導(dǎo)面和套圈引導(dǎo)面的嚴(yán)重磨損；轉(zhuǎn)速過高或內(nèi)外圈反轉(zhuǎn)的滾子軸承很容易造成滾子端面磨損。
這些磨損輕則破壞軸承精度，重則在短期內(nèi)造成軸承失效，應(yīng)在設(shè)計中防止此類故障的發(fā)生。
7、接觸腐蝕
接觸腐蝕是發(fā)生在配合界面上的材料表面磨損，即發(fā)生在軸承的內(nèi)孔、外徑和端面上。微粒脫落并使接觸表面氧化而形成黑紅色附著層，覆蓋了部分或全部配合界面。圖7所示是接觸腐蝕的典型形貌。
圖7 軸承套圈上的接觸腐蝕
在使用過程中，軸承配合面、工作 面經(jīng)常發(fā)生接觸腐蝕，主要是由于工作狀態(tài)配合面松動以及配合面滯留了鹽分（Cl-等）和水分（可分解出O2-）造成的，鹽分主要來源于操作人員的徒手觸摸。另外，異常振動和超負(fù)荷也可能造成接觸腐蝕。
接觸腐蝕對軸承工作產(chǎn)生的影響主要包括配合界面磨損，進(jìn)而造成緊度消失；散播腐蝕性微粒，污染潤滑系統(tǒng)；出現(xiàn)顯微裂紋，導(dǎo)致疲勞裂紋擴(kuò)展，嚴(yán)重者導(dǎo)致套圈斷裂。
通過提高軸承配合界面緊度、避免外來污染和降低軸承負(fù)荷，可以有效防止接觸腐蝕的出現(xiàn)。
8、軸承斷裂
斷裂是在某個元件上由于裂紋向應(yīng)力區(qū)域外擴(kuò)展而導(dǎo)致的材料分離現(xiàn)象。圖8所示為滾子軸承外套圈斷裂形貌。
圖8 渦輪軸發(fā)動機(jī)的滾子軸承外套圈斷裂
正常工況下，保持架所受的載荷很小，有幾十倍載荷的強(qiáng)度儲備。但當(dāng)出現(xiàn)滾動體損壞、軸承斷油、保持架異常振動、內(nèi)外圈嚴(yán)重傾斜、雙半套圈不對正等異常狀況時，保持架所受的載荷迅速加大，強(qiáng)度儲備可能全部消失，進(jìn)而造成保持架斷裂。
套圈斷裂主要是在高DN值旋轉(zhuǎn)時，由于高碳高強(qiáng)度軸承鋼的斷裂韌性差造成的，其中結(jié)構(gòu)上存在的應(yīng)力集中因素和材料的缺陷部位多成為斷裂的起始點(diǎn)，內(nèi)圈采用過大的過盈配合也可能引起斷裂。
軸承出現(xiàn)斷裂損傷會導(dǎo)致大量材料分離，軸承元件損壞，功能喪失。
通過選用高韌性材料、減少撞擊、采用適宜的配合緊度，可以避免軸承元件出現(xiàn)斷裂。
9、軸承元件尺寸不穩(wěn)定
軸承元件在熱處理過程中，保留了一定數(shù)量的殘余奧氏體，它屬于一種不穩(wěn)定的相，隨著溫度變化和時間的推移，將逐漸轉(zhuǎn)變成一種較穩(wěn)定的相-馬氏體，這一轉(zhuǎn)變過程中還伴隨著體積的改變，從而改變了軸承元件的尺寸；另外，磨削加工過程造成的零件表面殘余應(yīng)力的逐漸釋放也會改變零件的尺寸。
零件尺寸的變化造成軸承的制造精度、滾動體尺寸組差以及軸承游隙的改變，從而影響軸承的可靠性。
軸承零件在熱處理過程中，應(yīng)盡量使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，將殘余奧氏體的含量控制在一個較低的水平，軸承零件在精加工前應(yīng)進(jìn)行充分的時效處理，從而有效減小軸承元件尺寸的不穩(wěn)定性。
10、軸承變色
變色即軸承原始顏色的全部或局部發(fā)生變化。軸承工作一段時間后，軸承的表面會出現(xiàn)淺褐色沉積物或成為灰黑色表面，失去了原有的金屬光澤。如果工作溫度超過回火溫度，還會出現(xiàn)零件材料金相組織的轉(zhuǎn)變。圖9為發(fā)動機(jī)球軸承的變色形貌。
圖9 發(fā)動機(jī)球軸承變色
軸承變色的原因主要包括，工作環(huán)境溫度偏高，附著在軸承表面的油膜產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，形成一種淺褐色的氧化膜產(chǎn)物，沉積附著在軸承的表面上；潤滑劑不合適；軸承與某些化學(xué)產(chǎn)品接觸而引起局部反應(yīng)。
變色可能導(dǎo)致軸承的力學(xué)性能改變，甚至報廢。避免軸承與某些化學(xué)產(chǎn)品接觸、降低軸承的工作溫度可以有效防止軸承變色。
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