发动机上的三点接触球轴承失效案例

轴承的好坏会直接影响到发动机的正常使用，发动机的高压转子前支点采用的是三点接触球轴承，下面中华轴承网（简称：华轴网）分享是有关三点接触球轴承的失效案例。

1、三点接触球轴承失效形貌

某发电机高压转子三点接触球轴承失效，保持架破裂，部分钢磨损，套圈沟道表面有挤压痕迹，如图1和2所示。

图1 轴承保持架破裂形貌

图2 钢球、套圈故障形貌

2、三点接触球轴承故障分析

一般情况下，轴承只要选型得当，维护和润滑良好，滚动轴承使用寿面一般均大于其计算寿命，但是由于使用过程中受到各种因素的影响，也会出现一些想不到的早期损坏。下面我们主要分析下，此发动机三点角接触球轴承损坏的原因，可以从以下几点进行分析。

2.1轴承结构及润滑分析

三点接触球轴承装配在某发动机高压压气机前支点上，内圈旋转。该轴承的润滑冷却采用端面喷射加环下润滑的负荷供油方式，前后共有3个喷嘴，前后2个断面的喷嘴将滑油喷入轴承内圈与保持架之间，轴承的前端有收油环，将前面端喷嘴喷入的滑油传递至轴承内圈进行环下润滑（图3）

图3 轴承润滑方式

2.2理化分析

对分解后的三点接触球轴承内圈、外圈、钢球及保持架（内、外圈和钢球材料为Cr4Mo4V；保持架表面镀银处理，材料为40CrNiMoA)，中央传动齿轮机匣等损伤件和发现的碎块、金属丝以及外场、厂内分解时收集到的金属碎屑、油液进行了理化检验和分析。

2.2.1 碎屑检验

对滑油滤、金属屑末报警器、磁塞上以及中介机匣中收集到的碎屑进行了能谱检查，其中主要的成分为Cr4Mo4V ， 1Cr13，40CrNiMoA 和Ag。

2.2.2油液检查

对外场收集的滑油进行理化性能检测分析，结果见表1。运动黏度和酸值两项指标均在标准要求范围内。

2.2.3 失效轴承检查

(1)失效轴承内、外圈沟道表面存在明显的凹坑，在扫描电镜下放大观察，应为滚动接触疲劳所产生的剥落，沟道剥落形貌，如图4所示。

图4 失效轴承套圈沟道剥落形貌

轴承内、外圈的基体硬度符合标准要求。外圈沟道面和引导面处发现明显的淬火层，外圈引导面的二次淬火层厚度约3~3.5 mm ，沟道面二次淬火层约1 ~1.5 mm。检查表明，外圈引导面和沟道均由于发生了严重的磨损而产生了高温。

(2)保持架兜孔工作面及外径引导面均有严重磨损，超过1/2厚度的保持架出现过热现象。保持架与钢球接触的工作面存在过热区，保持架的外引导面也存在过热区，图5中白色区域为保持架过热区。

图5 保持架外引导面和兜孔过热痕迹

2.3润滑条件复查

2.3.1喷嘴堵塞检查

喷嘴无堵塞情况。

2.3.2喷嘴流量及喷射方向复制

复查了工厂装配时的喷嘴流量试验记录，所有喷嘴流量和方向均合格。分解后又进行了滑油流量及喷射方向的复测试验，所有喷嘴的滑油流量均合格。由于前喷嘴3814和后喷嘴3817变形，试验时滑油喷射方向略有偏转，但基本仍向轴承供油。结合润滑油压力测试结果，表面失效轴承润滑冷却情况良好。

2.4 载荷分析

(1)外场载荷复查。载荷统计结果表明，所有机动载荷均在设计要求范围内。

(2)中央锥齿轮附加载荷复查。对中央齿箱齿轮印痕原始情况进行复查，符合要求。

(3)轴向载荷。经复查，故障发动机影响高压转子轴向力的相关封严件装配前尺寸均符合要求，不存在轴向力过大的情况。

本例轴承故障与以往故障不同的几个主要原因是，异物嵌入到保持架与套圈之间的间隙处或保持架兜孔与钢球之间(后者的可能性最大)，导致保持架偏摆，产生异常磨损，使温度急剧升高。保持架碎裂后，其碎块严重阻碍钢球的运转，导致钢球与保持架以及内、外圈之间产生滑动，套圈和钢球的温度急剧升高，热膨胀使部分钢球产生卡死现象，在内、外圈之间被拖蹭挤压，发生材料熔融和转移现象；在钢球和内、外圈的接触区域形成了过热区，导致内.外沟道表面出现挤压变形和高温粘结，钢球发生严重变形。轴承失效后轴向径向游隙增大造成转子偏转，导致密封件产生严重的碰磨损伤。

3、轴承失效预防措施

结合以上分析，为避免出现类似失效故障，提高三点接触球轴承的可靠性，建议采取如下预防措施：

(1)确保装配质量。严格执行装配工艺，保证装配质量符合要求，避免出现盖板、密封垫及螺钉等松动脱落等问题。

(2)针对三点接触球轴承存在外圈剥落、保持架碎裂等现象，需明确轴承成品的碳化物形态和尺寸控制要求；优化轴承零件表面精密磨削工艺；积极开展国产超纯材料的应用研究。