淺論國內(nèi)航空軸承的失效問題

劉德林，姜 濤，何玉懷，劉春江，陶春虎

(1.北京航空材料研究院，北京 100095;2.航空材料檢測與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095;3.中航工業(yè)失效分析中心，北京 100095)

0 引言

軸承作為支撐轉(zhuǎn)動(dòng)部件的關(guān)鍵零件，是傳動(dòng)系統(tǒng)所不能缺少的。軸承服役工況復(fù)雜，對(duì)制造質(zhì)量、加工裝配精度、潤滑質(zhì)量等要求極高，特別是航空軸承作為重要的承力轉(zhuǎn)動(dòng)部件，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，潤滑條件復(fù)雜，又要經(jīng)受摩擦熱以及振動(dòng)等嚴(yán)酷的使用環(huán)境，失效概率相對(duì)更大，失效現(xiàn)象和行為也更為復(fù)雜。軸承一旦失效往往帶來發(fā)動(dòng)機(jī)停車、電機(jī)停止供電、液壓系統(tǒng)故障等嚴(yán)重后果，是很多飛行事故和征候發(fā)生的重要源。在某些情況下，航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的軸承失效甚至?xí)?dǎo)致機(jī)毀人亡的后果。我國某型發(fā)動(dòng)機(jī)在研制試驗(yàn)過程中出現(xiàn)過十幾起軸承故障，其中2 起導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)毀壞。近些年新型飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的大量出現(xiàn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)乃至附件的功能提出了更高的要求，軸承故障數(shù)量大幅度增加。圖1 所示為中航工業(yè)失效分析中心統(tǒng)計(jì)的2009～2014年國內(nèi)航空軸承失效案例數(shù)量的變化趨勢，近幾年基本呈上升趨勢。由此說明航空軸承的失效問題日益突出，面臨形勢極其嚴(yán)峻。

與國外軸承相比，國內(nèi)航空軸承主要存在2 個(gè)大問題:1)壽命低。如阿勒-31F 發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸承，國內(nèi)生產(chǎn)的軸承給定壽命為500 h，即到發(fā)動(dòng)機(jī)首翻期就需更換軸承，而國外軸承與發(fā)動(dòng)機(jī)同壽;又如某新型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的三支點(diǎn)主軸承，國內(nèi)給定壽命為300～500 h，而國外軸承也與發(fā)動(dòng)機(jī)同壽。2)可靠性差。國內(nèi)軸承可靠性差導(dǎo)致軸承在首翻期內(nèi)經(jīng)常提前失效。如2011年三支點(diǎn)主軸承連續(xù)發(fā)生多起故障，其中最嚴(yán)重的一起造成發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)而緊急迫降。通過對(duì)失效案例統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)航空軸承壽命低、可靠性差的根源在于軸承設(shè)計(jì)、制造(包括原材料質(zhì)量)、裝配、潤滑、使用維護(hù)等方面均存在一些問題，其中以設(shè)計(jì)、制造方面尤為突出。

圖1 近6年國內(nèi)航空軸承失效案例數(shù)量變化趨勢Fig.1 Failure number of domestic aero-bearings in the last 6 years

本研究介紹滾動(dòng)軸承失效的基本模式和原因，通過失效案例分析國內(nèi)航空軸承存在的問題，對(duì)比國內(nèi)外航空軸承的現(xiàn)狀，旨在為航空軸承的設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)等方面提供參考和借鑒。

1 滾動(dòng)軸承失效的基本模式和原因

滾動(dòng)軸承的失效模式嚴(yán)格按照其最初失效的原因進(jìn)行分類，GB/T 24611—2009/ISO 15243:2004《滾動(dòng)軸承損傷和失效術(shù)語、特征及原因》將滾動(dòng)軸承的失效模式分為6 個(gè)大類，即滾動(dòng)接觸疲勞、斷裂和開裂、磨損、腐蝕、塑性變形、電蝕。

1.1 滾動(dòng)接觸疲勞

滾動(dòng)接觸疲勞所引起的失效，是指軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)期間由于交變應(yīng)力導(dǎo)致在接觸面上或接觸面的亞表面處形成疲勞裂紋而造成的失效。接觸疲勞是滾動(dòng)軸承最常見的失效模式，圖2 為中航工業(yè)失效分析中心近幾年來分析的航空軸承失效模式統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中接觸疲勞剝落最多，超過1/3。按疲勞裂紋的起始位置，滾動(dòng)接觸疲勞分為2 種:亞表面起源型和表面起源型。根據(jù)赫茲理論，在滾動(dòng)接觸載荷作用下，距表面0.78b(b 為接觸區(qū)寬度)處為剪切應(yīng)力最大的位置，因此疲勞裂紋通常從該位置(亞表面)萌生。接觸疲勞裂紋的萌生常常是由軸承鋼中的夾雜物、顯微孔洞、微裂紋等缺陷引起。在軸承工作載荷較大的情況下，缺陷(裂紋源)兩側(cè)有時(shí)能觀察到“蝶形”馬氏體的現(xiàn)象，如某型發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸軸承在試驗(yàn)、試車過程中發(fā)生多起接觸疲勞剝落失效，裂紋起源于滾道亞表面的鍛造微裂紋缺陷，微裂紋兩側(cè)的白色侵蝕區(qū)為高硬度的馬氏體，呈“蝶形”(圖3)。這種組織為軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的變異組織，并非原始組織缺陷。該組織邊緣通常會(huì)產(chǎn)生裂紋，并向滾動(dòng)接觸表面擴(kuò)展，進(jìn)而形成剝落。

圖2 航空軸承按失效模式統(tǒng)計(jì)分布圖Fig.2 Statistics of aero-bearings by failure modes

圖3 白色“蝶形”馬氏體Fig.3 White martensite in butterfly shape

表面起源的疲勞是由表面損傷造成的一種失效模式。表面損傷是在潤滑狀況劣化時(shí)出現(xiàn)一定程度的滑動(dòng)，對(duì)滾動(dòng)接觸金屬表面微凸體的損傷。下列因素易于導(dǎo)致疲勞裂紋起源于表面［1］:1)腐蝕斑點(diǎn)、操作刮痕、表面夾雜和表面壓痕等形成應(yīng)力集中;2)潤滑不良通常引起較小的表面不連續(xù)性缺陷，例如剝落;3)油膜達(dá)不到臨界厚度形成軸承表面大面積的損傷。

1.2 斷裂和開裂

這里的斷裂和開裂是指軸承接觸區(qū)以外的主要構(gòu)件斷裂引起的失效破壞。軸承外圈上易于產(chǎn)生的周向裂紋一般產(chǎn)生于軸承座支撐不夠均勻時(shí)，如軸承座圓度不夠。這種斷裂常發(fā)生于遠(yuǎn)離滾道中部的區(qū)域，通常斷裂成幾塊。

內(nèi)圈開裂一般發(fā)生在軸向，這可能與往軸上套裝時(shí)阻力過大而產(chǎn)生較大的環(huán)狀應(yīng)力有關(guān)。另外，松動(dòng)的配合可能導(dǎo)致內(nèi)圈和軸間相對(duì)移動(dòng)，造成內(nèi)圈端面與周邊部件刮擦，從而導(dǎo)致端面徑向開裂。

滾珠和滾棒有時(shí)發(fā)生斷裂和開裂。滾珠一般是被破裂成尺寸近似相等的幾塊而失效，一般首先萌生于外表面的優(yōu)先剝落區(qū)域。

保持架在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生的斷裂通常為疲勞斷裂。保持架疲勞斷裂的確切原因有時(shí)難以判斷。一方面，保持架的疲勞斷裂可能是由于系統(tǒng)其它部位存在較大振動(dòng)或其他部件發(fā)生偏載，甚至失去平衡后導(dǎo)致保持架發(fā)生振動(dòng)所致，另一方面則可能是由于保持架存在裝配損傷(變形、微裂紋等)或本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理)導(dǎo)致的。因此，查找保持架的失效原因需結(jié)合軸承及系統(tǒng)其它部件的損傷情況、系統(tǒng)的振動(dòng)情況、軸承設(shè)計(jì)及裝配過程等方面進(jìn)行分析。

1.3 磨損

盡管滾動(dòng)軸承是基于滾動(dòng)接觸原理而設(shè)計(jì)的，摩擦影響很小，然而磨損引起的軸承失效卻不容忽視。由于滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了它對(duì)污物或外來硬顆粒雜質(zhì)是極其敏感的。這些外來物總是或多或少起到磨料的作用，從而產(chǎn)生磨粒磨損。潤滑不足通常會(huì)引起粘著磨損，即材料從一表面轉(zhuǎn)移到另一表面，并伴隨有摩擦發(fā)熱，有時(shí)還伴隨有表面的回火和重新淬火。

滾動(dòng)軸承磨損的原因一般有以下幾方面:1)潤滑劑承載能力低;2)潤滑劑污染(細(xì)小硬質(zhì)顆粒或水進(jìn)入);3)軸承裝配后游隙不合理，如圓錐滾子軸承調(diào)整不當(dāng)而導(dǎo)致不均勻磨損。

1.4 塑性變形

軸承由于過載包括局部過載而使接觸面發(fā)生塑性屈服，稱為塑性變形失效。若軸承處于靜止?fàn)顟B(tài)，則軸承的塑性變形使接觸面可能受到壓痕損傷，若處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，接觸面可能發(fā)生畸變。靜止軸承承受過大的沖擊或振動(dòng)載荷，在滾道表面產(chǎn)生的等間距壓痕稱為假性布氏壓痕，如圖4 所示。這種壓痕分布與滾動(dòng)體的分布有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系(間距一致)，且一般位于一側(cè)(靜止放置的下側(cè))的滾道正中間，與污物或鐵屑等顆粒所造成的刻痕能區(qū)分開來，后者的分布通常是無規(guī)律的。不適當(dāng)?shù)难b配方法，如安裝緊配合部位用力過猛或外套圈斜翹著裝入軸承座內(nèi)，也能引起過載壓痕。

軟化則是滾動(dòng)軸承另一種塑性變形現(xiàn)象。如果軸承在超過所用材料的回火溫度發(fā)生過熱，則所有構(gòu)件迅速軟化并隨之發(fā)生塑性變形。

圖4 軸承內(nèi)圈滾道表面的假性布氏壓痕Fig.4 Pseudo bush indentation on bearing inner ring raceway surface

1.5 腐蝕

當(dāng)潤滑劑中的水分、變質(zhì)潤滑劑或外界潮濕大氣與軸承發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，軸承表面會(huì)形成腐蝕損傷。軸承表面常見的腐蝕形式是微小麻坑，這些麻坑會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而萌生裂紋。另一種常見的腐蝕是微動(dòng)腐蝕，常見于內(nèi)圈與軸、外圈與軸承座的配合表面，出現(xiàn)這種腐蝕一般是不合適的配合(如軸與內(nèi)圈的過盈量太小或表面太粗糙)或振動(dòng)造成。

1.6 電蝕

軸承電蝕是指電流通過滾動(dòng)體和套圈時(shí)擊穿油膜產(chǎn)生電火花，表面出現(xiàn)局部的熔融和凹凸現(xiàn)象。其根本原因是絕緣不適當(dāng)或絕緣不良。由于電蝕在航空軸承上較少見，故在此不贅述。

2 國內(nèi)航空軸承失效反映出的主要問題

通過對(duì)失效案例統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)航空軸承在設(shè)計(jì)、制造、裝配、潤滑、使用維護(hù)等方面均存在一定問題，其中以設(shè)計(jì)、制造尤為突出。

2.1 設(shè)計(jì)

國內(nèi)航空軸承由于設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的失效占有不小比例。國內(nèi)航空軸承基本以測仿為主，但與國外軸承相比往往存在一些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上的差異，帶來的后果是局部結(jié)構(gòu)不合理而導(dǎo)致早期失效。造成這種差異的原因，一方面是由于往往只通過軸承設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)反驗(yàn)算后確定，缺乏對(duì)軸承性能的系統(tǒng)分析，對(duì)細(xì)節(jié)部位的設(shè)計(jì)沒有吃透;另一方面是受加工能力的制約，如國內(nèi)軸承保持架的鉚釘發(fā)生多起斷裂失效，均斷裂于冷鐓一端。鉚釘斷裂與配合間隙、裝配同軸度等因素有關(guān)，但其中一個(gè)重要的因素是鉚接工藝，國外均采用雙面熱鉚，鉚釘使用壽命長，而國內(nèi)只能采用一頭熱鉚、另一頭冷鐓的工藝。冷墩頭端面難免會(huì)出現(xiàn)凹凸不平，使得釘頭端面與保持架端面配合不良，易于產(chǎn)生微動(dòng)磨損［2］。

軸承在設(shè)計(jì)過程中存在的另一問題是研制初期設(shè)計(jì)人員對(duì)軸承的工況了解不夠，經(jīng)常出現(xiàn)使用過程中軸承適應(yīng)不了工況造成失效的現(xiàn)象，其結(jié)果是不得不改進(jìn)設(shè)計(jì)。

如直升機(jī)主動(dòng)齒輪軸的軸頸與軸承發(fā)生嚴(yán)重磨損(圖5)，引起旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)自由渦輪軸線偏移增大，造成傳動(dòng)軸傳遞扭矩的同時(shí)疊加了較大彎曲載荷，從而導(dǎo)致傳動(dòng)軸發(fā)生疲勞斷裂，引起渦輪盤超轉(zhuǎn)并甩出導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失火，最終釀成重大事故。軸承與軸頸發(fā)生磨損的原因在于設(shè)計(jì)選材不合理，兩者在工作溫度下熱膨脹系數(shù)不匹配，出現(xiàn)了配合松動(dòng)的現(xiàn)象。

圖5 軸承配合面磨損形貌Fig.5 Wear morphology of the bearing mating surface

又如附件機(jī)匣裝用的軸承曾先后發(fā)生十幾起保持架疲勞斷裂失效。保持架材料為鋁青銅。從十幾起故障的失效特點(diǎn)來看，保持架的疲勞斷裂是在軸承滾珠、內(nèi)外套圈基本沒有損壞的條件下發(fā)生的;斷口上疲勞擴(kuò)展充分，條帶細(xì)密，典型失效件中還出現(xiàn)了保持架本體周向等分式的疲勞斷裂現(xiàn)象(圖6)，具有共振斷裂的特征。

圖6 保持架斷裂外觀Fig.6 Appearance of fractured cage

保持架固有頻率的計(jì)算結(jié)果和齒輪的激振頻率實(shí)測結(jié)果表明保持架存在一階和三階共振。通過采用調(diào)質(zhì)鋼40CrNiMoA 替代鋁青銅制作保持架，避免了共振現(xiàn)象。

2.2 制造

中航工業(yè)失效分析中心近幾年來分析的88起航空軸承失效案例統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，由于制造因素(包括原材料冶金缺陷、軸承表面質(zhì)量缺陷、加工精度不合格等)導(dǎo)致的軸承失效占有較大比例，達(dá)到25%左右。隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)步，軸承鋼原材料冶金缺陷越來越少，但近年也有所出現(xiàn)，如發(fā)動(dòng)機(jī)軸承滾珠和內(nèi)圈在使用過程中曾先后出現(xiàn)過短時(shí)間內(nèi)發(fā)生開裂失效的現(xiàn)象，均與鑄造孔洞缺陷有關(guān)。軸承的加工精度一般也能保證，近年來出現(xiàn)較多的制造問題主要集中在軸承表面缺陷上，如磨削燒傷、鍛造微裂紋、淬火裂紋等。

飛機(jī)附件機(jī)匣定檢過程中發(fā)現(xiàn)多起回油磁堵有金屬屑現(xiàn)象，成分為軸承材料W9Cr4V2Mo，判斷為軸承故障。分解檢查發(fā)現(xiàn)，軸承套圈滾道存在剝落現(xiàn)象(圖7)。分析結(jié)果表明，剝落區(qū)邊緣存在磨削燒傷(圖8)。磨削燒傷是導(dǎo)致軸承套圈滾道表面產(chǎn)生接觸疲勞剝落的根本原因。

近年出現(xiàn)的軸承失效也發(fā)現(xiàn)由于軸承材料中殘余奧氏體偏高的情況，在使用中出現(xiàn)殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變引起體積變化，導(dǎo)致游隙，變化而引起轉(zhuǎn)載打滑。

圖7 軸承套圈滾道的剝落損傷Fig.7 Spalling damage on the bearing ring raceway

2.3 裝配

裝配對(duì)滾動(dòng)軸承壽命的影響也是至關(guān)重要的。不正確的裝配可能會(huì)使軸承產(chǎn)生壓痕、凹坑、變形等損傷，還可能會(huì)造成偏載，均會(huì)大大降低軸承的使用壽命。

圖8 滾道表面的磨削燒傷Fig.8 Raceway surface burned during grinding

發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后軸承在使用約6 h 后換裝到另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上，又使用了約15.3 h，磁堵報(bào)警停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)保持架的一處兜孔側(cè)邊框斷裂，滾子脫出。宏觀觀察結(jié)果表明，保持架兜孔內(nèi)圓、內(nèi)圈端面倒角處均可見凹坑損傷(圖9a、圖9b);滾棒端面存在明顯壓痕(圖9c)。以上現(xiàn)象說明，內(nèi)圈端面與滾子端面發(fā)生了撞擊，可能會(huì)造成保持架兜孔轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生變形或微裂紋，從而導(dǎo)致在使用過程中發(fā)生疲勞斷裂。

2.4 潤滑

軸承的潤滑質(zhì)量是軸承使用壽命得以保證的最基本要求。在潤滑不良的情況下，軸承滾動(dòng)體與滾道、保持架之間以及保持架與內(nèi)外圈之間均會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦。隨著摩擦進(jìn)行，零件表面粗糙度會(huì)加大，磨損加劇，軸承溫度急劇升高，并出現(xiàn)粘著磨損，最終軸承可能會(huì)止轉(zhuǎn)失效。為了減少摩擦與磨損，滾動(dòng)軸承工作時(shí)各元件之間必須有良好的潤滑油膜，利用油膜來隔離各元件的接觸表面，防止產(chǎn)生金屬與金屬的直接接觸。潤滑還能起到冷卻作用，帶走運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的摩擦熱［3-5］。

國內(nèi)航空軸承因潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致其失效的案例較少，出現(xiàn)的問題主要集中在潤滑劑的清潔度、品質(zhì)、油路堵塞等方面。由于潤滑油不夠清潔、未使用規(guī)定的潤滑油、油路堵塞導(dǎo)致軸承失效的案例不在少數(shù)。

圖9 軸承的損傷外觀Fig.9 Damage appearance of bearing

某飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)的渦輪冷卻器在海拔較高的機(jī)場服役過程中多次發(fā)生葉輪卡死故障，拆卸檢查發(fā)現(xiàn)靠近葉輪的軸承失效。分析結(jié)果表明，軸承套圈滾道表面發(fā)黑，呈典型的磨損形貌(圖10);軸承磨損與潤滑不良有關(guān)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，技術(shù)文件要求每隔20 h 加注30 mL 特14 號(hào)油，而提供給使用方的技術(shù)文件中卻變?yōu)榱嗣扛?0 h 加注20 mL 特4 號(hào)油，加注量和油號(hào)均有誤。特4 號(hào)油的粘度僅為特14 號(hào)油的一半，兩者的潤滑性能存在差異。因此，未按規(guī)定使用潤滑油可能是造成軸承潤滑不良，最終導(dǎo)致磨損失效的主要原因。另外，潤滑油在高原環(huán)境下的揮發(fā)速率較快，在原本加注量偏少的情況下更容易造成潤滑不良。

圖10 內(nèi)圈滾道的磨損形貌Fig.10 Wear morphology on the inner ring raceway

2.5 使用與維護(hù)

航空軸承屬于精密部件，對(duì)清潔度要求高，不允許工作表面存在壓痕、劃傷、變形等損傷痕跡，因此需要謹(jǐn)慎使用和精心維護(hù)。不正確的裝卸造成軸承損傷、裝卸過程中外物進(jìn)入軸承內(nèi)部、未按規(guī)定使用潤滑劑(如更換周期過長、加入量不合適、油品低劣)、潤滑劑清潔度不高、軸承儲(chǔ)存不當(dāng)造成腐蝕等等，以上問題在航空軸承的使用中均出現(xiàn)過，應(yīng)引起足夠的重視。

拉力軸承外環(huán)安裝于螺旋槳槳?dú)ぽS上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行1 h 后發(fā)生斷裂，斷裂起源于外環(huán)表面，呈點(diǎn)源特征，源區(qū)呈沿晶斷裂形貌(圖11a)，其他區(qū)域?yàn)轫g窩特征;源區(qū)附近表面可見明顯的腐蝕坑和沿晶腐蝕形貌(圖11b)，而離斷口較遠(yuǎn)處未見腐蝕特征。由以上現(xiàn)象可知，軸承外環(huán)斷裂與局部腐蝕引起的表面損傷有關(guān)。軸承局部腐蝕由儲(chǔ)存不當(dāng)引起，屬于典型的使用維護(hù)問題。

3 航空軸承的國內(nèi)外比對(duì)分析

通過失效案例統(tǒng)計(jì)結(jié)果以及國內(nèi)外航空軸承對(duì)比發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)軸承壽命低、可靠性差，主要根源在于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足和制造技術(shù)(包括原材料質(zhì)量)落后這2 個(gè)方面。

3.1 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

國內(nèi)航空軸承長期以來依靠國外樣品的測仿和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)或改進(jìn)設(shè)計(jì)，在測仿過程中往往只通過軸承設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)反驗(yàn)算后確定，缺乏對(duì)軸承性能的系統(tǒng)分析，加之受加工能力的制約，往往造成對(duì)細(xì)節(jié)部位的設(shè)計(jì)存在不合理的現(xiàn)象，導(dǎo)致軸承適應(yīng)不了實(shí)際工況而早期失效。不僅軸承存在此類問題，其他航空零部件也存在類似問題，只不過由于軸承轉(zhuǎn)速高、工況復(fù)雜，更容易失效而表現(xiàn)得尤為突出。

圖11 外環(huán)損傷微觀形貌Fig.11 Micro-morphology of damaged outer ring

國外的軸承企業(yè)在設(shè)計(jì)上運(yùn)用先進(jìn)的仿真技術(shù)建立模型，并通過大量的壽命試驗(yàn)，積累大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來不斷修正模型，軸承的使用壽命與設(shè)計(jì)壽命偏差很小。國內(nèi)軸承無法做到真正模擬實(shí)際工況來進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際往往有很大偏差，因此無法為設(shè)計(jì)提供支持，造成設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的缺乏。

3.2 制造技術(shù)

國外航空軸承套圈和滾動(dòng)體采用的材料主要有高碳鉻軸承鋼和各種高溫鋼、高溫滲碳鋼、高溫不銹鋼、高溫滲碳不銹鋼等［6］。原材料均采用雙真空冶煉，材料純度高、含氧量低、材質(zhì)均勻、性能好，鋼材的成熟度較高(7 級(jí)以上)，制造的軸承壽命長。國內(nèi)航空軸承材料牌號(hào)與國外基本相同，且冶煉、熱處理手段也相似，但鋼材成熟度較低(4～5 級(jí))，夾雜物和碳化物尺寸及分布的均勻性、成分均勻性與國外相比還有很大的差距［7-9］。

由于軸承的磨損、疲勞剝落等失效常常起源于表面或者亞表面，因此，工作表面質(zhì)量的好壞直接影響軸承的使用壽命和可靠性。磨削加工是滾動(dòng)軸承零件加工的重要工序，甚至是最后工序，它對(duì)滾動(dòng)軸承工作表面的性能影響顯著，主要表現(xiàn)在滾道磨削后，易引起滾道表面層幾何形狀、金相組織、物理性能、力學(xué)性能和化學(xué)性能等方面的改變。因此，磨削表面質(zhì)量是影響軸承壽命的關(guān)鍵因素［10-12］。我國磨削技術(shù)落后、磨削控制能力低、磨削砂輪和磨料質(zhì)量差，這些因素嚴(yán)重制約了軸承的磨削質(zhì)量。如某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸承對(duì)加工精度要求極高，但由于其尺寸小，因而磨削加工難度大，國內(nèi)軸承的使用壽命僅1 000 h，而且可靠性差。而國外軸承能使用至2 000 h 以上。

國內(nèi)外航空軸承制造技術(shù)的差異也體現(xiàn)在保持架上，如前面提到的雙半保持架的鉚接工藝，國外采用雙面熱鉚，而國內(nèi)只能一頭熱鉚、一頭冷鐓，工藝不同決定了使用可靠性的差異。通過對(duì)比還發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外保持架在兜孔鎖點(diǎn)加工、兜孔轉(zhuǎn)角過渡等方面也存在差別。

4 結(jié)束語

對(duì)滾對(duì)軸承的6 種失效模式和原因進(jìn)行了簡單介紹，并對(duì)航空軸承失效案例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和歸納總結(jié)。結(jié)果表明:滾動(dòng)接觸疲勞為航空軸承最常見的失效模式;國內(nèi)航空軸承壽命低、可靠性差的根源在于軸承設(shè)計(jì)、制造(包括原材料質(zhì)量、鍛造、熱處理、車削、磨削等)、裝配、潤滑、使用維護(hù)等方面均存在一些問題，其中以設(shè)計(jì)、制造方面尤為突出。通過對(duì)比分析國內(nèi)外航空軸承的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)軸承在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、原材料純凈度、成分與組織均勻性以及表面質(zhì)量尤其是磨削表面質(zhì)量等方面與國外相比仍有較大差距。

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