Page 54 - 理化检验-物理分册2023年第四期
P. 54

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202304010

                       高载荷下的航空发动机滚动轴承损伤原因




                                     向 苹   1 , 2 , 胡 宸 1 , 2 , 郑金华 1 , 2 , 盛 涛 1 , 2 , 王 剑 3





                  ( 1. 上海复合材料科技有限公司, 上海 201112 ; 2. 上海航天树脂基复合材料工程技术研究中心, 上海 201112 ;

                                          3. 中国航发北京航空材料研究院, 北京 100095 )
                    摘 要: 针对某航空发动机滚动轴承在高载荷作用下发生损伤的问题, 采用宏观观察、 扫描电镜
                 和能谱分析、 金相检验、 硬度测试等方法分析其损伤原因。结果表明: 载荷试验后, 滚动轴承的外圈
                 和滚动体表面出现严重剥落现象, 轴承损伤模式主要为接触疲劳剥落和磨粒磨损, 轴承发生接触疲
                 劳损伤的原因为高载荷作用下塑性应变的累积和白色高硬度“ 蝶形” 组织的产生。
                    关键词: 航空发动机; 滚动轴承; 接触疲劳; 磨粒磨损; 塑性应变





                    中图分类号: TB31 ; TG115.2 ; V232.2   文献标志码: B   文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 04-0038-05

                        Causesofaero-en g inerollin g bearin g dama g eunderhi g hload

                                                                             1 , 2
                                                                 1 , 2
                                                  1 , 2
                               XIANGPin g 1 , 2 , HUChen , ZHENGJinhua , SHENGTao , WANGJian 3

                             ( 1.Shan g haiCom p ositeMaterialsTechnolo gyCo. , Ltd. , Shan g hai201112 , China ;

                    2.Shan g haiEn g ineerin gResearchCenterofAeros p aceResinBasedCom p osites , Shan g hai201112 , China ;

                               3.AECCBei j in g InstituteofAeronauticalMaterials , Bei j in g 100095 , China )


                     Abstract : Aimin gatthedama g ep roblemofanaero-en g inerollin gbearin gunderhi g hload , thedama g e

                causeswereanal y zedb y meansofmacrosco p icobservation , scannin gelectron microsco pyandener gys p ectrum

                anal y sis , metallo g ra p hicexaminationandhardnesstest.Theresultsshowthataftertheloadtest , theouterrin g and

                rollin gbod y surfaceoftherollin gbearin ga pp earedseriouss p allin gp henomenon.Themaindama g emodesofthe

                bearin gwerecontactfati g ues p allin g andabrasivewear.Thecontactfati g uedama g eofthebearin gwascausedb y the

                accumulationof p lasticstrainunderhi g hloadandthe g enerationofwhitehi g hhardness ‘ butterfl y ’ structure.


                     Ke y words : aero-en g ine ; rollin gbearin g ; contactfati g ue ; abrasivewear ; p lasticstrain
              滚动轴承是航空发动机的精密部件之一, 其性                            段, 在轴承出现失效后停止施加载荷, 整个过程中,
            能和寿命对航空发动机的稳定运行起着关键性作                              外圈静止不动, 内圈随轴转动。
            用  [ 1-5 ] 。随着航空领域高端技术的发展, 航空发动机                       笔者采用宏观观察、 扫描电镜( SEM ) 和能谱分
            滚动轴承要在持续过载、 振动载荷、 冷热交替等复杂                          析、 金相检验、 硬度测试等方法分析了滚动轴承的损
            环境下工作      [ 6-9 ] , 其中载荷是滚动轴承早期失效和制               伤原因, 研究了载荷对轴承材料组织与性能的影响
            约其使用寿命的关键影响因素。 2009~2014年, 因                       规律, 以防止该类问题再次发生。
            载荷引起的航空轴承失效比例达到40% 。                              1 理化检验
                 某型号航空球轴承由内外套圈、 滚动体和保持
            架组成, 其外圈无挡边, 内圈由双半内圈组成, 无挡                        1.1 宏观观察
            边, 内含16粒滚珠。轴承内圈、 外圈、 滚动体材料均                            滚动轴承各组件宏观形貌如图 1 所示, 由图 1

            为8Cr4Mo4V 钢, 保持架材料为 40CrNiMoA 钢。                   可知: 外圈和滚动体损伤最为严重, 外圈表面存在1
            在轴承上施加超载的径向载荷, 每 30min 为一阶                         处长条形不规则的剥落区域, 尺寸( 长度×宽度, 下



                                                               同) 为 100 mm×20 mm , 剥 落 凹 坑 最 大 尺 寸 为

                收稿日期: 2022-06-19                              2.7mm×1.6 mm , 滚动体剥落区域的尺寸约为

                作者简介: 向 苹( 1994- ), 女, 硕士, 工程师, 主要从事智能化无

                                                               9mm×3mm , 其余组件存在凹坑、 麻点等轻微损伤,
            损检测及材料失效分析工作, 892906066@ qq .com
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