航空滾動軸承失效原因及預防的研究

滾動軸承在航空工業中主要起著支撐傳輸部件的作用，處于高載荷、高轉速的工作環境中。通過對滾動軸承的使用進行研究，分析失效的原因，指出在使用過程中保證滾動軸承受載均勻，按工藝要求裝配軸承，采取可靠的潤滑密封手段，制定預防失效的措施，才能有效延長軸承使用壽命，為確保航空安全提供有力技術支撐。
航空滾動軸承精度要求高，使用環境復雜，運轉條件苛刻，主要使用在發動機、電機、泵體和操縱系統中，其質量狀況直接影響著飛機各系統的可靠性。軸承在使用過程中由于本身質量和外部條件等原因，喪失原設計功能，導致故障事故或者不能正常工作的現象稱為失效。在實際工作使用中，如安裝調整標準不高，有碰撞損傷、潤滑和維護不良，發生故障隱患排除不及時等現象，導致軸承的過早損傷、破壞，稱為早期失效。通過收集早期失效軸承的大量數據，進行探索研究，找出失效原因，提出預防措施，有效提高軸承的使用壽命和可靠性。SKFN211ECP
一、滾動軸承失效的形式
滾動軸承的失效狀態，可分為止轉失效和喪精失效兩種。止轉失效是指軸承有突發情況，因喪失工作能力而停止轉動，如裂紋、卡死等。喪精失效是指零件基本尺寸、表面精度在使用中發生變化，配合間隙超出原設計標準，雖然還能繼續轉動，但屬非正常運轉，如磨損、燒傷、腐蝕等。失效形式主要有以下八種。
1.磨損失效
滾動軸承滾動體和滾道有相對運動，就會產生磨損。當污物、砂塵或剝落的鐵屑進入潤滑劑，就會阻止滾道面的油膜形成，加劇磨損發生。持續的磨損導致軸承不能正常工作，稱為軸承的磨損失效。
2.疲勞點蝕失效
滾動軸承滾動體和內、外圈不停地轉動，接觸表面受脈動載荷的反復作用，在表面下一定深度處產生疲勞裂紋，形成疲勞點蝕，致使軸承不能夠正常轉動。
3.腐蝕失效
軸承各金屬零件表面同環境介質發生化學或電化學反應，造成的表面損傷、失效稱為腐蝕失效。表現形式是生銹或化學腐蝕。
4.塑性變形失效
當軸承轉速很低（n<10 r/min）或間歇擺動時，在較大的沖擊載荷或靜載荷作用下，會使軸承滾道、滾動體接觸點的局部應力超過材料的屈服極限，產生塑性變形。持續的轉動，導致軸承塑性變形失效。
5.剝落失效
承受較大載荷而又相對運動的滾動體、滾道接觸表面，由于反復承受載荷，使金屬表層成片狀剝落，導致剝落失效。SKF1-90962A
6.斷裂失效
軸承零件斷裂將會造成突發性失效事故。由于裝配、使用維護和保養不當，潤滑密封不良、進入雜物等原因，軸承組成零件發生斷裂、破碎，造成軸承斷裂失效。
7.電蝕失效
受修理手段所限，在航空器的設備上需要進行焊接作業時，由于焊接電流通過設備上所安裝的軸承，引起軸承表面擊傷，造成電蝕失效。
8. 燒傷失效
軸承內、外圈的滾道或滾動體表面和保持架在旋轉中，由于急劇發熱直至變色、軟化、熔敷和破損，稱為燒傷失效。在承受載荷時，如潤滑不良、潤滑油質量差、潤滑油混有異物、裝配不正確等因素造成溫度高于設計值，燒傷軸承，使軸承滾道、滾動體出現回火現象。
二、滾動軸承失效的原因
通過大數據統計有關資料表明，引起軸承早期失效的主要因素占比為：負荷過重占9%，潤滑不充分占32%，污染物占16%，安裝調試占13%，維護不當占22%，其他占8%。
1.潤滑和密封不當造成的失效分析
潤滑和密封對滾動軸承的使用壽命、運轉振動等有重要影響，正確使用潤滑劑、研究改進密封性能，對軸承的可靠性和使用壽命是至關重要的，若出現問題易造成表面膠合、磨損、腐蝕、氣蝕、燒傷等失效。
（1）產品超期。如使用過期而變質的、含有雜質的潤滑劑潤滑時，增加了軸承滾動體和內、外圈接觸表面之間的摩擦系數，至使軸承早期失效。
（2）型號不對。潤滑劑型號不正確或質量低劣，達不到潤滑的目的，加快軸承失效。
（3）注入量少。潤滑劑量注入量過少，潤滑的作用不充足，產生干摩擦，造成發熱，從而加快軸承疲勞點蝕和磨損，使軸承失效。
（4）流失變質。儀器、設備長時間封存、停放未用，造成潤滑劑流失或凝固變質，在重新啟用設備、儀器時沒有更新潤滑劑，加快軸承失效。
（5）密封錯誤。滾動軸承密封形式不合理、施工手段不正確：淤雜物、砂塵、水、化學劑等污染物侵入軸承內部，運轉時加劇磨損；于潤滑劑流失，失去潤滑作用。
2.安裝不當造成的失效分析
如安裝方法、手段不正確，就達不到安裝精度，軸承將會在不正常的狀態下運行，大大降低了軸承原有的精度、壽命和性能，造成早期失效。多數軸承失效形式都與安裝有直接關系。
（1）裝配不標準。軸承裝配時如不按工藝要求、技術標準進行操作，會使軸承零件損傷、產生變形、同軸度超差，運行時產生振動、磨損，降低使用性能、縮短使用壽命。
（2）裝配游隙大。軸承裝配時如游隙過大，滾動體產生較大振動，加劇滾動體和內、外圈滾道的沖擊，產生塑性變形、甚至永久變形，加快軸承早期失效。SKFPF90
（3）裝配游隙小。軸承裝配時如游隙過小，造成滾動體和內外圈滾道之間產生摩擦，致使磨損加劇、溫度升高，易出現燒傷、卡死現象。
（4）配合間隙大。裝配過程中，軸承內圈與傳動軸、外圈與軸承座孔配合間隙過大，使裝配精度下降，容易出現旋轉爬行現象，使配合表面磨損加劇，旋轉精度下降。
（5）配合間隙小。裝配過程中，軸承內圈與傳動軸、外圈與軸承座孔配合間隙過小，如果進行強力裝配，易造成內外圈變形，甚至裂紋、折斷，造成軸承失效。
3.維護不當造成的失效分析
堅持日常保養、定期維護是延長軸承使用壽命的重要手段，否則易造成軸承的磨粒磨損、腐蝕、塑性變形等失效形式，縮短軸承的使用壽命。
（1）潤滑脂使用。使用潤滑脂潤滑的方式，長時間不維護、不檢查，易使密封形式破壞，造成潤滑脂流失，如不能及時加入所需潤滑脂，形成干摩擦；其次是容易進入灰塵、雜物、化合物，使軸承加快磨損，造成早期失效。
（2）潤滑油使用。使用潤滑油潤滑的方式，長時間不維護、不檢查，密封容器有缺陷，潤滑油漏掉，刮油環、油泵等起不到給軸承供油的作用，形成干摩擦，造成軸承早期失效。
（3）外力載荷影響。軸承受載荷和外力的影響，運動過程中失去原裝備的標準，如不及時維護、糾正，長時間處于非正常狀態下運行，容易造成軸承早期失效。
三、滾動軸承失效的預防
航空領域中，滾動軸承按使用環境、標準和使用期限更換易損件。但通過大數據調查分析，很多軸承失效時沒有達到預期的使用壽命。因此，制定以下有效措施來延長軸承的使用壽命，預防早期失效。
1.嚴把滾動軸承的產品質量
質量關口要前移，加大軸承生產環節的跟蹤監督和質量檢測，確保成品各項指標達到設計要求，嚴格的跟蹤監督和質量檢測是預防軸承早期失效的重要手段。在裝配使用時按要求正確啟封軸承，把封存時的潤滑劑清洗干凈，重新添加新的潤滑劑；目視檢查滾動體有無麻點和變色，內、外圈有無磨損、腐蝕點，保持架是否扭曲、斷裂。堅決杜絕不合格產品裝機使用。
2.提高滾動軸承的安裝質量
軸承的壽命差異除了取決于材質、制造精度之外，還取決于裝配工藝。軸承裝配過程中，應依據軸承結構形式、特點、尺寸精度、配合精度而采用相應的裝配方法，受力點應直接加在過盈配合的套圈端面上，同時要保證合理的軸承間隙，如果裝配不當，則可能會使軸承各零件造成損傷，影響軸承的使用性能、壽命。
3.保持滾動軸承的良好潤滑
潤滑質量的好壞，直接關乎滾動軸承是否能夠正常運行，對軸承的密封、防腐、磨損、散熱、緩和沖擊等諸多因素起到決定性的影響和作用。滾動軸承如在工作環境差、條件惡劣的情況下使用，受交變載荷、沖擊載荷的影響，若選用質量不合格的潤滑油、不達標的潤滑脂均會對軸承運轉產生很大負面影響。因而，正確選擇潤滑劑的類型和牌號、采取科學的潤滑方法、嚴格執行潤滑操作規程，保持良好的潤滑效果、潤滑狀態是減小滾動軸承磨損、腐蝕、膠合等失效的有效措施。
4.做好滾動軸承的維護保養
采取合理的軸承密封形式，保持良好的密封狀態，防止潤滑劑在運轉時流失，防止砂塵、雜物、水、化學劑等污染物侵入，以免降低潤滑效果，加劇軸承的磨損。在日常維護中，做好清潔工作，盡可能不讓污染物進入軸承內部。如果發現軸承潤滑劑流失或被污染，要立即清洗干凈，重新加入干凈潤滑劑，并改善密封條件，確保密封可靠。
5. 監控滾動軸承的有效運行
對工作中的軸承進行預測和診斷，是提高軸承可靠性和使用壽命的重要手段。軸承預測和診斷技術是與高精密的測試系統和檢測手段聯系在一起的，振動儀、數字溫度儀、聽診器和其他簡易儀器可幫助維修人員檢出有故障的軸承，使用多種類型的故障監測儀進行多參數監測，對準確測出隱蔽的故障點非常有效。通過先進的儀器設備、方法手段盡早預測和診斷軸承的運行狀態，采取有效措施提高軸承的可靠性、使用壽命。
四、結語
在滾動軸承失效的分析過程中，通過收集失效大數據，反復探索、研究以獲得正確的數據和結果，找到真正的原因，采取有效措施提高使用性能、延長使用壽命，確保軸承運行的可靠性，為保證航空安全助力。