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自润滑轴承掉块原因及自润滑关节轴承磨损和断裂举例2022-11-20 10:49:22

  自润滑轴承具有承载能力、耐磨性好、使用寿命长等优点,广泛应用于飞机着陆系统,但在飞机维修中经常发现自润滑轴承内环块,或自润滑关节轴承磨损断裂,针对这些故障现象,中国轴承网(以下简称:中国轴承网)根据轴承知识,分享相关自润滑轴承故障实例。

  1、自润滑轴承块形状图及特点

  如图1所示,自润滑轴承外圈和自润滑层末端损坏,内圈上端表面脱落,断口呈新月形,断口无明显塑性变形和腐蚀。断口左侧有一断口扩展到基体的裂纹(A裂纹),其内侧已扩展到接近轴承上端面,外侧比内侧慢。此外,内圈与A裂纹呈圆心对称位置的裂纹(B裂纹),裂纹类似于直线,从轴承上端面向内延伸。

  

  

  

  图1 自润滑轴承宏观形貌

  结果见图2。整个断口的边缘扩展明显,裂纹扩展路径为:裂纹起源于轴承右上端,然后沿轴承内侧由内向外扩展。沿内侧扩展到左上端后,裂纹从内到外径向扩展,最终在轴承外形成瞬时断裂区。在整个断口的外侧,特别是在拐角处,有更多的黄棕色附着物,是轴承内外圈相对旋转过程中断口的自润滑材料。

  

  

  

  图2 断口体式形貌

  2、自润滑轴承块的原因

  通过宏观和微观检查,以及金相检测,轴承内圈块断口形状均匀,扩展边缘清晰,源区、扩展区和瞬时断裂区明显,无宏观塑性变形和腐蚀特性。根据上述特点,轴承块的性质是疲劳断裂。

  断裂裂纹起源于端面内侧,沿轴承内侧和径向扩展;轴承内侧的扩展速度大于径向扩展速度。A裂纹起源于断口源区附近,轴承内侧的扩展速度也快于外侧。上述现象表明,裂纹的形成源于轴对轴承的冲击。由于裂纹的存在,块断裂前的实际冲击力相对较小,因此瞬断区面积较小。虽然轴承的硬度符合技术要求,但组织中较大的残余奥氏体和网状碳化物显然会降低材料的冲击韧性和对冲击载荷的承载能力。

  由于飞机降落时起落架的下放角度相同,轴承受最大冲击载荷时的位置,即断口源区的位置也固定。这也是为什么B裂纹的位置类似于块断口的源区域。

  3、自润滑关节轴承磨损图及特点

  如图3、4所示,由此可见,自润滑关节轴承一端球面磨损严重,金属基体已暴露。轴承内外圈为芳纶聚四氟乙烯纤维织物垫,故障轴承内圈仍可在外圈内随意旋转。内圈磨损球面对应的外圈滑动表面衬垫已磨损,露出金属基体。磨损一端磨损,另一端球面和衬垫完好。从球面360°圆周观察发现球面340°磨损在范围内。

  

  

  

  图3自润滑关节轴承宏观图

  

  

  

  图4轴承内外环磨损宏观图

  4.自润滑关节轴承磨损原因分析

  轴承表面磨损失效主要是由于轴承受单力大,超过轴承正常使用条件,导致轴承摩擦副磨损加速,导致轴承磨损失效。

  从轴承磨损失效的角度来看,球面陶瓷涂层和衬垫磨损,露出金属基体。自润滑关节轴承磨损失效可从以下三个方面进行分析:

  (1)从衬垫磨损失效分析,从球磨损形状可以看出,轴承单侧应力严重,导致轴承一端磨损严重,应力集中,超过衬垫正常使用条件,导致轴承衬垫快速损失,衬垫磨损后,使内圈陶瓷涂层与外圈金属基底接触,磨损,损坏内圈陶瓷涂层,钢磨。

  (2)从陶瓷涂层的磨损失效分析可以看出,陶瓷涂层有两种脱落形式。一是陶瓷涂层在摩擦过程中逐渐减薄,最终暴露金属基体;二是陶瓷涂层组合差,整体剥落,主要集中在轴承端面附近。故障轴承严重磨损的区域位于内圈陶瓷涂层与金属基体的交界处,陶瓷涂层与金属基体粘结较弱,易剥落。在实际工况下,当内圈陶瓷涂层与金属基体交界处单向载荷较大时,陶瓷涂层脱落,导致内圈金属基体与衬垫对磨,加速衬垫磨损,最终发生钢-钢对磨。

  (3)在轴承使用过程中,外来异物可能会进入摩擦副,增加磨损因数,加速轴承的磨损。根据用户提供的试验载荷谱,故障轴承在试验过程中不受轴向力的影响。但从轴承磨损的角度来看,轴承也受到径向力的影响。

  5.自润滑关节轴承断裂图及特点

  如图5嗾使,轴承内圈断口宏观形貌图,由图5a、5b裂纹处无明显塑性变形,并沿轴承端向内扩展。沿扩展方向人工打开裂纹形成断口样品(图5)c),观察断面,发现断面平整细腻,具有疲劳特征,其中靠近内圈端面的断面为裂纹源,如图5所示c中黑色箭头所指区域。源区为点源,灰黑色;源区侧表面(轴承端面)磨损、滚动特征明显,磨损方向周向;整个断口可见明显的疲劳扩展条纹(图5)d)。

  

  

  

  图5轴承内圈断口宏观图

  6.分析自润滑关节轴承断裂的原因

  从宏观观察可以看出,裂纹无明显的塑性变形,断口平整细腻,扩展区可见明显的疲劳辉纹,具有疲劳特征。根据扫描电镜的观察,轴承端面具有明显的粘附磨损特性,磨损方向为周向。根据金相分析,断口附近有二次裂纹,向内扩展,裂纹尾部扭曲变形,金属流线清晰;主裂纹周围无异常,排除轴承制造过程中裂纹的可能性。轴承端表面有明显的塑性变形层,厚度不均匀,部分区域的塑性变形层脱落,形成凹坑,表明轴承端表面力不均匀,塑性变形层有微裂纹。

  杆端自润滑关节轴承在疲劳试验过程中受到拉载荷的影响。如果轴承端面与模具的平面度不匹配,则存在间隙。在试验过程中,轴承端面和模具平面会有挤压和相对位移,导致两个平面粘附磨损。轴承每次拉动都会产生金属微组织的滑动。组织滑动积累后,形成塑性流变层。塑性流变层越厚,磨损越严重。

  故障轴承端面有明显的磨损和滚动痕迹,典型的粘附磨损特征。轴承内圈端面裂纹的萌生主要是由于轴承端面与工装平面的粘着磨损,导致轴承端面的金属塑性流变,导致金属滑动和折叠。当轴承端面受到较大的切应力时,端面表面的金属会发生塑性变形和开裂。一些微裂纹向内扩展,一些微裂纹导致塑性变形层剥落,最终在轴承端面形成凹坑。 更多的轴承信息和轴承知识可以在中国轴承网简称(中国轴承网)上查询

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