我學(xué)院的B8913號TB20飛機(jī)在執(zhí)行本場起落訓(xùn)練過程中，飛行教員發(fā)現(xiàn)飛機(jī)著陸滑跑，起飛滑跑及起飛以后，飛機(jī)發(fā)生劇烈的抖動(dòng)甚至于越來越劇烈，造成飛機(jī)滑跑困難。幾個(gè)起落以后，飛行教員果斷采取措施，退出飛行訓(xùn)練。經(jīng)機(jī)務(wù)人員檢查發(fā)現(xiàn)：前機(jī)輪軸承由于高溫而熔化咬死，帶動(dòng)輪軸旋轉(zhuǎn)，輪軸與輪叉發(fā)生滑動(dòng)干摩擦，產(chǎn)生的熱量將輪軸和輪叉部分熔化，產(chǎn)生巨大的變形，機(jī)輪組件幾乎從輪叉上脫落。由于飛行教員果斷的抉擇，才避免了一場安全事故的發(fā)生。由此可見，機(jī)輪軸承不僅用來支承機(jī)輪，引導(dǎo)機(jī)輪的旋轉(zhuǎn)方向，減小轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的摩擦，并承受機(jī)輪和輪軸之間的各種載荷。而且，軸承對飛機(jī)的工作性能、壽命、各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及可靠性都有很大影響，甚至在某些情況下也會(huì)造成飛行安全事故。 一、軸承的基本結(jié)構(gòu)及受力分析 TB飛機(jī)機(jī)輪軸承為鐵姆肯（Timken）公司生產(chǎn)的圓錐形軸承，它由四部分組成：內(nèi)滾道、外滾道、圓錐滾棒和保持架。正常情況下，內(nèi)滾道、外滾道和滾棒承受載荷，而保持架使?jié)L棒相互均勻地隔開，以免互相碰撞和摩擦，并使每個(gè)滾棒均勻和輪流地承受相等的載荷。內(nèi)滾道、滾棒和保持架合稱為滾道組件。通常它和外滾道是可分的（外滾道固定在可分解的輪轂上的），使安裝軸承比較方便。 軸承采用低碳鋼，經(jīng)表面滲碳處理，它使軸承有適合的硬度，抗疲勞、忍性的綜合性能。正常使用情況下，軸承的Z大溫度范圍在120－150℃，短時(shí)溫度可達(dá)175℃，Z大周期接觸應(yīng)力在2100～3100MPa，而保持架通常用低碳鋼制成。 由于圓錐軸承的幾何特點(diǎn)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，它可以承受經(jīng)向和軸向的綜合載荷。外滾道與軸承中心線的夾角越大，能承受的軸向推力和經(jīng)向推力的比值越大，滾棒和滾道的接觸線越長，那么承受載荷的能力越強(qiáng)。飛機(jī)處于不同的工作狀態(tài)，軸承的受力情況不同： 1.飛機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，軸承主要承受靜止載荷。飛機(jī)的重力產(chǎn)生的停機(jī)載荷—P通過軸承的滾棒傳遞給外滾道，即輪轂。P可沿軸向分解為軸向力N和垂直于外滾道的力F。如圖所示，P所產(chǎn)生的對外滾道的壓力遠(yuǎn)大于P在這個(gè)輪子上的分力，對滾道施加很大的壓強(qiáng)。 2．飛機(jī)在地面滑行時(shí)，主要也承受垂直載荷。由于地面的不平整，飛機(jī)的上下震動(dòng)的幅度大于飛機(jī)的重力。 3．著陸時(shí)，機(jī)輪接地的瞬間首先主要是受到巨大的靜止垂直沖擊載荷，繼而機(jī)輪以很高的加速度加速達(dá)到與飛機(jī)同樣的速度在地面滑跑。如果飛機(jī)產(chǎn)生了重著陸，軸承在未運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下承受這種沖擊載荷的危害是很大的。如果飛機(jī)帶側(cè)滑接地，如側(cè)風(fēng)較大的時(shí)候，機(jī)輪還要受到較大的側(cè)向載荷，機(jī)輪受到側(cè)向摩擦力時(shí)，由于慣性作用，飛機(jī)有向一側(cè)傾斜的趨勢。因此作用在外側(cè)軸承上的垂直載荷和側(cè)向載荷要比內(nèi)側(cè)的大。 二、軸承常見的故障模式 l.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的疲勞裂紋而造成失效。裂紋開始形成時(shí)，其表面損傷甚微或者看不出來，直到過程的Z后階段，裂紋和剝落就表現(xiàn)得很明顯。 軸承在承受載荷時(shí)，滾動(dòng)體和滾道之間相互擠壓，在接觸部位臨近區(qū)域產(chǎn)生變形和應(yīng)力，由于接觸面很小，即使載荷不太大，接觸應(yīng)力也可能相當(dāng)大。通常，滾動(dòng)軸承內(nèi)的接觸應(yīng)力在2000—4000MPa之間。接觸應(yīng)力決定了軸承的靜承載能力，對軸承的靜承載能力主要有接觸面間的壓應(yīng)力分布，特別是剪切應(yīng)力分布的影響。若滾動(dòng)體在接觸表面滾過，表面下平行于滾動(dòng)方向的切應(yīng)力將按交變應(yīng)力變化。在某一深度其振幅達(dá)到Z大值，稱其為Z大動(dòng)態(tài)切應(yīng)力。Z大動(dòng)態(tài)切應(yīng)力對接觸疲勞裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展起主要作用，而Z大動(dòng)態(tài)切應(yīng)力對接觸表面下的塑性變形起主要作用。當(dāng)圓柱滾棒通過滾道表面時(shí)，對亞表面剪切應(yīng)力場的影響以圖解形式自右至左示于下圖。 當(dāng)滾棒從位置1滾到位置3的過程中，在位置2的應(yīng)力場自行反轉(zhuǎn)，這種反轉(zhuǎn)正是促成軸承破壞的主要因素。由于剪切應(yīng)力從＋τ2y變?yōu)椋?tau;2y，因而其Z大剪切應(yīng)力τmax的Z大值成為|2τ2y|，此值遠(yuǎn)校Z大剪切應(yīng)力τmax大。 將上述的切應(yīng)力理論應(yīng)用到滾動(dòng)軸承上，軸承裝在輪軸上，內(nèi)圈幾乎是不動(dòng)的，而外圈和輪轂一起以同樣高速的角速度旋轉(zhuǎn)。一般情況下，軸上的載荷方向是不變的，這樣內(nèi)圈上有一點(diǎn)的受力Z大，該點(diǎn)上產(chǎn)生的切應(yīng)力τ0，在每一循環(huán)中（滾棒滾過此點(diǎn)）都比其它的點(diǎn)大，所以這點(diǎn)Z早產(chǎn)生疲勞破壞。但對于轉(zhuǎn)動(dòng)的外圈來說，承受切應(yīng)力Z大值τ0的點(diǎn)是改變的，而且外圈的周長較大，因此它的接觸疲勞壽命要比內(nèi)圈長。相反，對于內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈固定的滾動(dòng)軸承，外圈比內(nèi)圈的壽命短。 通常，以下因素容易導(dǎo)致疲勞裂紋起源于“表面”： ①腐蝕斑點(diǎn)，操作刮痕，表面夾雜和表面壓痕能引起應(yīng)力集中并導(dǎo)致起源于表面的滾動(dòng)接觸疲勞，裂紋； 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。 從理論上講，滾棒軸承的載荷在滾道和滾棒上的分布是均勻的。但片狀剝落先起源于滾道，而不是起源于滾棒，這對于軸承的檢查是很重要的。 2.旋轉(zhuǎn)爬行 旋轉(zhuǎn)爬行指的是壓配合內(nèi)套圈及與其配合的軸之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，這種失效也時(shí)有發(fā)生。旋轉(zhuǎn)爬行多發(fā)生于軸承的內(nèi)套圈，它使整個(gè)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)類似于一個(gè)摩擦傳運(yùn)裝置，使軸承內(nèi)套圈的內(nèi)壁和軸的表面產(chǎn)生嚴(yán)重的以刻痕為特征的擦傷現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)短小的徑向擦傷。它的原因在于：一方面裝配使內(nèi)套圈上軸松動(dòng)，一方面使用中載荷不正?；驀?yán)重不平衡所造成的塑性變形的結(jié)果，還有可能是軸肩與軸的中心線不垂直。 3.金屬粘著 金屬粘著是指從兩個(gè)滑動(dòng)接觸體的任一表面剝落下的物質(zhì)沉積或粘合在另一表面上，它是由于軸承接觸面出現(xiàn)嚴(yán)重的相對滑動(dòng)而產(chǎn)生的。其特點(diǎn)為兩接觸面被焊合，這種失效局限于經(jīng)受劇烈滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的接觸面上，常常是不斷加劇的。若任其發(fā)展，相繼而來的是兩個(gè)粘污面強(qiáng)烈摩擦產(chǎn)生的喪失熱平衡能力的失效。金屬因局部高溫變色，金屬的堆積更加嚴(yán)重。 產(chǎn)生滑動(dòng)的原因：一是潤滑油脂變質(zhì)或被污物及外來物質(zhì)污染而硬化的結(jié)果，致使?jié)L捧在保持架內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)嚴(yán)重受阻。潤滑失效可能是保持架材料在滾道和滾動(dòng)體上發(fā)生粘著損傷的主要原因。二是軸承內(nèi)的磨損已發(fā)展到足以使?jié)L棒歪斜或裝配過松，以致其轉(zhuǎn)動(dòng)中心線不與軸中心平行時(shí)，滾棒的滑動(dòng)及隨之而來的粘污也就會(huì)產(chǎn)生。粘著是滾棒端面和保持架凸緣間滑動(dòng)接觸，以及它和滾道擋邊產(chǎn)生很大的端面沖擊載荷的結(jié)果。 4．軸承的磨損失效 盡管滾動(dòng)軸承是基于滾動(dòng)接觸原型而設(shè)計(jì)，摩擦影響很小，然而磨損引起的軸承失效卻不容忽視。它不僅導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲增大，而且使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)帶來其他問題，使軸承壽命縮短。 造成軸承發(fā)生磨損失效的原因是潤滑條件不適合，或者在接觸區(qū)有污物，尖硬顆?；蚋g性流體，或者在接觸面上存在高速度的滑動(dòng)接觸。雜質(zhì)充當(dāng)磨料的作用，在軸承表面磨下一些不用的鋼屑，因而更增加了研磨物質(zhì)。一些堅(jiān)硬粗糙的顆粒劑壓于滾棒與滾道間，工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)套圈在軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。水，酸及其他腐蝕液（包括潤滑劑變質(zhì)所形成的腐蝕劑）所產(chǎn)生的磨損失效，通常以紅褐色的覆蓋層及遍及滾道表面上的微小侵蝕坑為特點(diǎn)。機(jī)輪離地近，容易吸附各種雜質(zhì)，所以磨損失效是很多的。 5.變形失效 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；軸承的塑性變形對軸承工作狀況的主要影響實(shí)質(zhì)上是幾何變形。所以軸承尤其不能承受過載，沖擊載荷及振動(dòng)（特別當(dāng)軸承未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)）。如飛機(jī)在著陸過程中，過大的沖擊載荷所產(chǎn)生的一種永久變形，這類壓痕和凹陷在滾道上的分布必然與滾珠的分布有一定的對應(yīng)關(guān)系，在軸承的分解過程中是可以觀察到的現(xiàn)象。 軟化則是在滾動(dòng)軸承中另一種塑性變形現(xiàn)象。由于軸承內(nèi)部產(chǎn)生的熱量大于放出的熱量，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的熱平衡，工作溫度的升高，將會(huì)導(dǎo)致潤滑劑的變質(zhì)失效，軸承咬合以及鋼材的軟化，使疲勞壽命降低。構(gòu)件嚴(yán)重的熱軟損壞，有時(shí)可根據(jù)變色和顯著塑性變形的形貌加以辨認(rèn)。 三、加強(qiáng)對軸承的科學(xué)維護(hù) (a)貫徹預(yù)防為主的方針 對軸承的維護(hù)，關(guān)鍵是要采取預(yù)防為主的方針。假如軸承在使用壽命期內(nèi)發(fā)生失效，務(wù)必要找出失效的原因，并且提出消除與控制這種失效的措施，做好預(yù)防工作。其次，在軸承的失效過程中，往往是一個(gè)組件失效后，或者一種失效模式發(fā)生后，軸承還在繼續(xù)非正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)并引發(fā)其他失效模式，使大量機(jī)件同時(shí)遭到破壞，在比較復(fù)雜的情況下容易引發(fā)更大的事故。所以，對每一種失效模式都要重視。一旦發(fā)現(xiàn)軸承的一種失效，要及時(shí)進(jìn)行更換，以預(yù)防事故的發(fā)展。 (b)利用科學(xué)的管理手段，制定Z優(yōu)的維護(hù)方案 維修管理是一個(gè)系統(tǒng)的工程，在這個(gè)過程中我們要貫策預(yù)防為主的方針和以可靠性為中心的維修思想。維修管理是一動(dòng)態(tài)的過程，在這個(gè)過程中，要把我們的豐富的維修經(jīng)驗(yàn)與維修理論相結(jié)合，上升到一個(gè)更高的層次，制定出Z優(yōu)的維修方案。這樣才不僅使我們的每一架單機(jī)的維修質(zhì)量提高，而且有益于整個(gè)機(jī)群的維護(hù)質(zhì)量的提高。 例如8913飛機(jī)前輪軸承的問題。由于機(jī)輪尺寸小，機(jī)輪軸承離地很近，在地面滑跑的過程中很容易吸附水氣，雜質(zhì)等物，再由于我院飛行計(jì)劃的特點(diǎn)，如進(jìn)廠維修，寒暑假等，使得飛機(jī)停廠時(shí)間較長，潤滑脂更容易變硬，變質(zhì)。軸承在長期停止工作的過程中潤滑狀況較差，軸承的工作環(huán)境異常的惡劣。我院的飛機(jī)主要用于飛行教學(xué)訓(xùn)練，起落次數(shù)多，受沖擊載荷的頻率高，機(jī)場環(huán)境差。從對此飛機(jī)軸承的痕跡特征來分析，曾經(jīng)產(chǎn)生多種失效模式。每一種失效模式在其他軸承上都有過發(fā)生，只不過往往是以單一的形式發(fā)生，銹跡和紅褐色的物質(zhì)表明軸承過度磨損，產(chǎn)生Fe2O3微小顆粒，有疲勞剝落痕跡。由于磨損以后間隙較大，滾棒發(fā)生嚴(yán)重歪斜，產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，產(chǎn)生大量的熱，并發(fā)生金屬轉(zhuǎn)移和粘著，外滾道上有滾棒分布一致的傾斜壓痕表明，軸承在滾棒傾斜以后承受了較大的沖擊載荷，發(fā)生塑性變形。根據(jù)這一情況制定了合理的維修方案。 ①定時(shí)報(bào)廢潤滑脂，時(shí)間間隔為日歷時(shí)間半年 這種方法，Z低限度地保證了機(jī)群內(nèi)所有飛機(jī)輪軸的潤滑和清潔狀況良好，也同時(shí)對軸承的狀況進(jìn)行檢查。實(shí)踐證明，這是很有效，成本Z低的方法。 ②加強(qiáng)飛機(jī)停放期間的維護(hù)保養(yǎng)工作。把停放期間對軸承的保養(yǎng)作為運(yùn)轉(zhuǎn)飛機(jī)的一個(gè)重要項(xiàng)目。在運(yùn)轉(zhuǎn)飛機(jī)時(shí)，拖動(dòng)飛機(jī)，使軸承的潤滑狀況良好。 ③對軸承定期制定了更全面的檢查項(xiàng)目，統(tǒng)一檢查的標(biāo)準(zhǔn)，一旦發(fā)現(xiàn)軸承失效，及時(shí)更換。 重點(diǎn)對常見故障模式的檢查。飛機(jī)壽命已經(jīng)進(jìn)入老年階段，疲勞失效變的很明顯，很容易地發(fā)現(xiàn)外滾道上出現(xiàn)了疲勞剝落。由前面的分析我們可知，外滾道的疲勞壽命比內(nèi)滾道大，如果外滾道也出現(xiàn)疲勞剝落，說明已經(jīng)完全達(dá)到了軸承的疲勞壽命，要及時(shí)更換軸承及輪轂。還例如，加強(qiáng)對外圈座的檢查。雖然它不屬于軸承，但是它與輪轂一體是由鋁合金制造，受潤滑脂氧化的酸性物質(zhì)影響，腐蝕比其他地方嚴(yán)重得多。由于受著陸，突然加速等沖擊載荷的作用，容易破裂，使軸承外滾道松脫，造成中心線失調(diào)，對軸承工作的影響很大。再例如，由于飛行中起落頻率高，加強(qiáng)對變形失效的檢查也是一個(gè)重點(diǎn)，尤其飛機(jī)發(fā)生重著落以后。 (c)實(shí)踐工作中的注意事項(xiàng)。 實(shí)踐工作中除了要按維護(hù)工作單的內(nèi)容完成對軸承的檢查和維護(hù)以外，還有一些特別要注意的事項(xiàng)： ①對軸承在潤滑前要進(jìn)行徹底的清潔，不要留下殘留物。由于軸承離地很近，軸承很容易有外來的雜質(zhì)，還有磨損的產(chǎn)物及潤滑脂氧化的酸性物質(zhì)，以及水分都必須要清除干凈。由于軸承在易揮發(fā)的溶劑中清洗后，水分會(huì)很快地凝結(jié)在表面，抹上油脂后很難揮發(fā)掉，而且導(dǎo)致對鋼的腐蝕，所以在潤滑前要吹除水分。 ②防止污染物。軸承的檢查和維護(hù)要在潔凈的工作臺上進(jìn)行，不要在地面進(jìn)行，防止外界物質(zhì)進(jìn)入。同時(shí)還要防止軸承經(jīng)受摔打。 ③正確的潤滑。使用飛機(jī)廠家規(guī)定牌號和等級的潤滑脂，潤滑脂的量要占?xì)んw空間的1／3—1／2。 ④正確安裝軸承，不要強(qiáng)裝。安裝不要過緊，但也不要太松，以免軸向游隙過大。 ⑤作好飛機(jī)的減震系統(tǒng)的維護(hù)，保證飛機(jī)有良好的減震性能。飛機(jī)在著陸，滑跑過程中都會(huì)受到?jīng)_擊載荷和振動(dòng)。保證處于適合的減震工作條件是很重要的。 ⑤正確的使用飛機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識，避免飛機(jī)重著落。 總之，只要我們用認(rèn)真的態(tài)度，科學(xué)的方法，對軸承故障進(jìn)行分析，不斷提高維修技術(shù)和管理水平，能極大地保證我們飛行訓(xùn)練機(jī)群的質(zhì)量，確保飛行安全。