航空发动机主轴轴承失效分析与预防(周志澜等编著)思维导图
某型航空发动机的失效模式分析
某型航空发动机的失效模式分析近年来，航空事故频频发生，其中一部分是由于航空发动机的失效引起的。
航空发动机是飞机能否安全起飞和飞行的关键组件，其失效可能导致灾难性后果。
因此，对航空发动机的失效模式进行深入的分析和研究是非常必要的。
一、航空发动机的基本原理航空发动机是转化热能为机械动力的设备，其工作原理基于内燃机的原理。
它主要由压气机、燃烧室和涡轮机组成。
通过压气机将大气中的空气压缩并注入燃烧室，然后燃烧室将燃料喷入，并与压缩的空气混合燃烧，产生高温高压气体。
这些高温高压气体进一步驱动涡轮机，使其旋转并产生推力，从而推动飞机前进。
二、失效模式的分类航空发动机的失效模式可以分为两类：可预测失效和非可预测失效。
可预测失效是指通过定期维护和检查可以预测并避免的失效，如零部件的磨损、疲劳断裂等。
而非可预测失效则是指由于未知原因或外界因素导致的失效，如设计缺陷、外界物体的撞击等。
在可预测失效中，较为常见的失效模式包括疲劳断裂、腐蚀磨损、高温烧蚀等。
疲劳断裂是由于零件长时间的交变载荷导致的疲劳裂纹扩展，最终引起零件破裂。
腐蚀磨损是由于长期受到液体或气体的腐蚀、摩擦而导致零件表面的质量损失，影响零件的正常运行。
高温烧蚀则是由于长时间高温环境下零件表面的材料烧蚀，从而使零件表面出现磨损和失效。
非可预测失效中，设计缺陷和外界物体撞击是主要原因。
设计缺陷指的是零件设计上的问题，如过度磨损、材料选择不当等，导致零件失效。
外界物体撞击是指飞机飞行过程中，可能会遇到鸟类、冰雹等外界物体，这些物体可能导致飞机发动机叶片断裂、腐蚀等问题。
三、失效模式的分析与预防为了更好地防范航空发动机失效，我们可以采取以下措施：1.定期检查和维护：及时对发动机进行检查和维护，定期更换零件，及时修复或更换有问题的零件，以降低疲劳断裂和磨损等失效风险。
2.材料质量控制：确保使用高质量的材料来制造发动机零件，避免由于材料质量问题导致的失效。
3.加强设计审查：设计阶段要进行全面细致的审查，避免设计缺陷，确保发动机的可靠性和安全性。
《轴承振动特征分析》PPT课件
轴承故障原因及其解决
• 腐蚀 –其征兆是在滚道、滚子、保 持架或其他位置出现红棕色 区域 –原因是轴承接触腐蚀性流体 和气体 –严重情况下，腐蚀引起轴承 早期疲劳失效 –除掉腐蚀流体，尽可能使用 整体密封轴承
滚动轴承振动尖峰能量(gSE)报警值。
滚动轴承故障的振动特征
轴承零部件的自振频率
安装在机器上的滚动轴承自振频率范围约为500到2000Hz之 间。自振频率与转速无关，无论轴的转速高低它都处在一个相同 的频率位置。
轴承故障特征频率
滚动轴承故障特征频率就是轴承故障产生的振动频率。 BPFO – 外圈故障特征频率 BPFI – 内圈故障特征频率 BSF – 滚动体故障特征频率 FTF － 保持架故障特征频率
1. 可听到噪声 2. 温度略升高 3. 非常高的超声，声发射，振动尖峰能量，轴承外环有故障 4. 振动加速度总量和振动速度总量有大的增加 5. 在线性刻度的频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波和边带 6. 振动频谱噪声地平明显提高 7. 剩余寿命小于1％
IV．第四阶段
1. 噪声的强度改变 2. 温度明显升高 3. 超声，声发射，振动尖峰能量迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处在损坏之 前故障状态 4. 振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小 5. 较低的轴承故障频率占优势的振动尖峰，振动频谱中噪声地平非常高 6. 剩余寿命小于0.2％
保持架故障频率：
FTFe≌N(0.5-1.2/n)
估算公式
n=滚动体数目； N=轴的转速。
航空发动机涡扇轴承故障诊断与维护技术研究
航空发动机涡扇轴承故障诊断与维护技术研究航空发动机是飞机的心脏，承担着给飞机提供动力的重要任务。
然而，航空发动机在高速旋转的过程中，经常会出现各种故障，其中最常见的就是涡扇轴承故障。
涡扇轴承是航空发动机的关键部件之一，一旦故障会直接影响发动机的正常运转，甚至导致飞机事故。
因此，航空发动机涡扇轴承的故障诊断与维护技术研究至关重要。
一、涡扇轴承故障的表现涡扇轴承故障表现形式多样，但一般包括以下几种：1. 噪音：涡扇轴承故障往往会导致发动机工作时出现异常噪音，尤其是在高功率下的工作状态下，声音更为明显。
涡扇轴承故障噪音主要由轴承负荷、球体和保持架之间的隙间产生。
2. 振动：轴承故障会导致工作时的振动增大，尤其是在高功率工作情况下，振动更为明显。
3. 温度异常：涡扇轴承故障还会导致轴承温度升高，原因是当涡扇轴承内部出现加工误差或金属疲劳时，会使轴承局部过热。
4. 工作能力下降：涡扇轴承故障也会导致发动机的工作能力下降，表现为功率不足、燃油消耗增大、起飞速度变慢等现象。
二、涡扇轴承故障的原因涡扇轴承故障的原因很多，主要包括以下几个方面：1. 材料问题：轴承材料的质量、热处理和成型工艺等方面存在问题，造成轴承的强度、硬度等性能下降，进而导致涡扇轴承故障。
2. 设计问题：轴承的设计、尺寸、形状等存在问题，或者轴承内部运动参数设置不当，都会引发涡扇轴承故障。
3. 润滑问题：轴承过程中的润滑状况不良，例如油膜质量或润滑油质量等问题，都可以导致故障的发生。
4. 疲劳问题：轴承经过长期的运行，会出现金属疲劳，导致轴承受力发生变化。
三、涡扇轴承故障的诊断技术为了保证飞机的安全飞行，要及时对涡扇轴承故障进行诊断。
目前常用的涡扇轴承故障诊断技术主要包括以下几种：1. 声学诊断技术：利用OPUS5000音频分析仪等设备，对发动机的噪音进行分析，从而诊断出涡扇轴承故障。
2. 振动诊断技术：利用振动测量仪等装置，对发动机的振动进行测试，根据振动参数的变化来判断涡扇轴承的工作状态。
风力发电机主轴轴承失效分析
2019年4月下风力发电机主轴轴承失效分析何玉强（新d 绿色能源股份有限公司，河北 石家庄 050000）摘 要：文章结合风力发电场实际运行过程中的各种轴承磨损和故障现象，对双馈异步低温风力发电机组进行现场风机运行数据的统计分析，总结了影响轴承正常运行的因素，希望在技术和经验方面提供参考。
关键词：风力发电机；主轴轴承；失效中图分类号：TM315 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）08-0120-02——————————————作者简介： 何玉强（1984—），男，河北石家庄人，本科，工程师，研究方向：机械设计制造及其自动化。
我国风电行业比较严重和普遍存在的问题是大型双馈型风力发电机主轴轴承的磨损，已成为风力发电机组研发和重点排除的故障。
根据目前的情况，导致主轴轴承磨损的主要原因有以下几种：风机组装过程不规范，没有检查润滑油，轴承本身的质量。
文章在风电场实际工作的基础上，详细分析双馈风力发电机前后的轴承磨损情况[1]。
1 主轴轴承在正常情况下失效的主要原因1）兆瓦级风力发电机的主轴轴承用的是双列调心滚子轴承，它必须承受轴向和径向的载荷，所以出现故障次数也比较多。
这是因为具有较大的间隙的双列调心滚子轴承，上风向侧的轴承承受较小的载荷，而下风向轴承要承受很多径向载荷和轴向力，这导致滚子过度滑动，如果润滑不良会导致材料腐蚀并剥落，使座圈，滚子和保持架受力不均出现变形的情况，导致座圈和轴承座之间出现不协调，引起常见故障，如位移和卡住[2]。
2）在设计新的传动系统时，很少使用调心轴承作为主轴轴承。
一般建议使用圆锥滚子轴承，其有很强的径向和轴向承载力，通过预紧可以均匀地加载滚轮，滚轮不易滑动摩擦。
然而，在装置过程，由于安装精度和技术要求，轴承间隙如果调整不当会导致半干滚动摩擦，就会导致轴承失效[3]。
3）用热装法进行轴承装配。
由于加热装置的尺寸限制，只能进行局部加热，这样就会导致加热不均匀，使轴承变形。
轴与轴承ppt课件
轴承是用来支承轴及轴上回转零件的部件。根据工作时摩擦性质的不同，轴承分成滑动轴承和滚动轴承。 一、滑动轴承的分类、结构与特点 轴与滑动轴承之间形成滑动摩擦。 1.滑动轴承的分类 按受载方向分径向滑动轴承和轴向滑动轴承。 按轴系和拆装的需要分整体式和对开式滑动轴承。 2.滑动轴承的结构 （1）径向式滑动轴承 ①整体式滑动轴承
§8.2 滑动轴承
②对开式滑动轴承 对开式滑动轴承结构复杂，可以调整磨损造成的间隙，安装方便，适用于中高速、重载工作的机器。
§8.2 滑动轴承
对开式滑动轴承的拆卸
§8.2 滑动轴承
（2）推力式滑动轴承 推力式滑动轴承由轴承座和止推轴径组成。 常用的轴颈结构有空心式和环式。
模块八 轴与轴承
思 维 导 图
推力滑动轴承
轴向接触轴承
既承受弯矩又承受转矩：转轴
轴
主要承受弯矩：心轴
主要承受转矩：传动轴
轴的失效形式：疲劳破坏
轴与轴承
轴承
轴承的失效形式
滚动轴承：疲劳点蚀、塑性变形、磨粒磨损、黏着磨损等
滑动轴承：磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落、腐蚀等
滚动轴承
径向接触轴承
角接触向心轴承
§8.1 轴
三、轴的受力分析 轴上装有带轮、齿轮、链轮等传动零件，非常重要。 轴既受有径向力、圆周力，又有轴向力。 将圆周力和轴向力平移到轴线上，使轴受到力偶的作用。 轴的受力不在同一个平面，属于空间力系。 空间力系的平衡问题可转化为几个平面力系的平衡问题。
§8.3 滚动轴承
§8.3 滚动轴承
二、滚动轴承的分类 1.按滚动体形状——分球轴承和滚子轴承两类，滚子又可分成圆柱滚子和圆锥滚子、球面滚子和滚针。 2.按接触角α——分径向接触轴承（α=0°）、角接触向心轴承（0°<α <45°）、角接触推力轴承（45°≤α<90°）和轴向接触轴承（α=90°）。 3.按可否调心——分调心轴承和非调心轴承。 三、滚动轴承的代号 代号由前置代号、基本代号、后置代号组成。
航空发动机典型故障分析
航空发动机典型故障分析目录第1章绪论1.1 发动机概述 (2)1.2 可靠性与故障 (2)1.2.1 可靠性 (2)1.2.2 故障 (2)1.2.3 故障分析与排故方法 (3)第2 章压气机喘振故障分析2.1 概述 (5)2.2 喘振时的现象 (5)2.3 喘振的根本原因 (5)2.4 压气机的防喘措施 (6)第3 章压气机转子叶片故障分析3.1 概述 (9)3.2 压气机转子叶片受环境影响的损伤特征和有关安全准则与标准(9)3.3 压气机转子叶片故障模式及其分析 (10)3.3.1 WP7系列压气机转子叶片现行检查标准﹙含判废标准﹚ (10)3.4 WP7系列报废叶片主要失效模式统计分析 (12)第4 章发动机篦齿盘均压孔裂纹故障分析及预防4.1 概述 (14)4.2 篦齿盘结构与工作状态分析 (14)4.2.1 结构分析 (14)4.2.2 工作状态分析 (14)4.2.2.1 工作温度高 (14)4.2.2.2 工作转速高 (14)4.2.2.3 易产生振动 (14)4.3 裂纹特征与产生原因分析 (15)4.3.1 裂纹特征 (15)4.3.2 裂纹原因分析 (15)4.4 结论 (16)结束语 (17)致谢 (18)文献 (19)第 1 章绪论1.1发动机概述二十世纪以来，特别是第二次世界大战以后，航空和空间技术有了飞跃的发展。
现在，飞机已经成为一种重要的﹑不可缺少的作战武器和运输工具。
飞机的飞行速度﹑高度﹑航程﹑载重量和机动作战的能力，都已达到了相当高的水平。
这些成就的取得，在很大程度上取决于动力装置的发展。
然而，航空发动机属于高速旋转式机械，处于高转速﹑高负荷（高应力）和高温环境下工作的；发动机是飞机的心脏，是体现飞机性能的主要部件。
又由于发动机由许多零组件构成，即本身工作情况和外界环境都十分复杂，使发动机容易出现故障，因此航空发动机属于多发性故障的机械。
经过多年的努力，在航空领域工作的研究人员已经了解和解决了发动机许多故障，然而，一些故障还是无法完全解决的，只能尽量减少故障对飞机的危害。
轴承故障诊断 PPT
诊断特征
• 1、频谱和波形特征 • （1）径向振动在轴承故障特征频率（见下面说明部分）
及其低倍频处有峰。若有多个同类故障（内滚道、外滚道、 滚子……），则在故障特征频率的低倍频处有较大的峰。 • （2）内滚道故障特征频率处有边带，边带间隔为1×RPM。 • （3）滚动体故障特征频率处有边带，边带间隔为保持架 故障特征频率。 • （4）在加速度频谱的中高频区域若有峰群突然生出（下 图所示），表明有疲劳故障。 • （5）径向振动时域波形有重复冲击迹象（有轴向负载时， 轴向振动波形与径向相同），或者其波峰系数大于5，表 明故障产生了高频冲击现象。
• 由表7-9可知，3号机测点①处振动大，比1号机 和2号机相同部位大得多，初步估计测点①处轴 承有问题。
• 对测点①振动波形的包络信号作功率谱分析（图 7-25），分析频率500Hz，400谱线，功率谱。计 算该测点轴承特征频率（R=1480r/min， D=122.5mm，d=22mm，N=11，α=10°）为：
–（1）轴承外圈一阶径向固有振动，其频带在（1-8 ） kHz范围类。如离心泵、风机、轴承试验机这类简单机 械的滚动轴承故障诊断中，这是一种方便的诊断信息。
–（2）轴承其他元件的固有振动。其频带在（20-60） kHz范围内，能避开流体动力噪声，信噪比高。
–（3）加速度传感器的一节固有频率，合理利用加速度 传感器（安装）系统的一节谐振频率作为监测频带，常 在轴承故障信号提取中受到良好效果，其频率范围通常 选择在10kHz左右。
滚动轴承故障的主要形式
• 1.疲劳剥落 滚动轴承的内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动， 由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深度处（最大剪 应力处）形成裂纹，继而扩展到接触表面使表层发生剥落 坑，最后发展到大片剥落，这种现象就是疲劳剥落。疲劳 剥落会造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧。
航空发动机涡轮叶片失效分析与评估
航空发动机涡轮叶片失效分析与评估航空发动机的涡轮叶片是关键的组成部分，其质量和可靠性直接影响飞机的性能和安全。
因此，对涡轮叶片失效进行分析与评估至关重要。
本文将从失效原因、失效分析方法以及评估措施等方面进行探讨。
一、失效原因涡轮叶片失效可以由多种原因引起，下面列举了一些常见的失效原因：1. 疲劳断裂：由于长期受到循环载荷的作用，涡轮叶片会发生疲劳断裂，导致叶片失效。
2. 热腐蚀：高温环境下，涡轮叶片会受到氧化和腐蚀的影响，逐渐失去材料的强度和形状稳定性。
3. 过热变形：在高温运行条件下，涡轮叶片可能会由于过渡区域温度过高，导致叶片变形或扭曲失效。
4. 引气失效：由于引气部件的故障或设计不当，空气流动异常，造成叶片受到不正常的载荷，导致失效。
5. 疲劳腐蚀裂纹：在高温、高腐蚀环境下，涡轮叶片可能同时受到疲劳和腐蚀的作用，导致裂纹的生成和扩展。
二、失效分析方法为了准确分析涡轮叶片失效的原因，通常采用以下方法进行研究：1. 金相分析：通过金相分析，可以观察到叶片内部的组织结构、晶界和缺陷，判断是否存在材料缺陷或应力集中等问题。
2. 热分析：利用热分析技术，如差热分析（DSC）和热重分析（TGA），可以研究涡轮叶片在高温环境下的热稳定性和热腐蚀性能。
3. 腐蚀分析：通过化学腐蚀试验和电化学测试，可以评估涡轮叶片在腐蚀环境下的耐蚀性和腐蚀速率。
4. 超声波检测：利用超声波检测技术，可以对叶片内部存在的裂纹、夹杂物和松动部分进行无损检测，确定可能存在的缺陷。
5. 仿真模拟：采用有限元分析和流体动力学模拟等数值模拟方法，对涡轮叶片在实际工作条件下的应力、温度分布进行模拟分析，预测叶片的寿命和失效形式。
三、评估措施针对涡轮叶片失效的原因和分析结果，可以采取以下评估措施：1. 材料选择与优化：针对不同工作条件和失效类型，选择合适的高温合金材料，并通过优化材料结构和热处理工艺等方式，提高叶片的抗疲劳和抗腐蚀能力。
2. 检测与监测：建立完善的涡轮叶片检测和监测系统，及时发现叶片的缺陷和异常情况，进行预防性维修和更换。
航空维修管理(课件)
航空维修工程管理
航空市场与主要成员 基本概念
航空维修
总目标：安全性、可靠性、经济性 安全+效益+准时可靠+好的管理=增加公司的赢利
航空维修工程 航空维修工程管理
新兴的边缘学科 维修工作的源头 影响维修质量、成本、效益和飞行安全
目的： 从维修工程管理的主要方面介绍达到维修总目标 的各种规章、程序、方法和经验
MSG-3逻辑图兹实际应用于每个项目之前，必须确定飞机的重要维修 项目，即重要系统和部件。确定“重要维修项目”的过程是一个保守的过 程（应用工程判断发），要以预计的故障后果为考虑基础。 “重要维修项目”是由制造厂家确定的，其故障： A、会影响安全性（空中或地面），和/或 B、会具有隐蔽功能或在使用中几乎不能发现，和/或 C、会有重大的使用性影响，和/或 D、会有重大的经济性影响。 “重要维修项目”的初始清单由制造厂家准备，提交给“工业指导委员会” 并分发给各相应的工作组进行分析和讨论。 “自上而下法”（Top-Down Approach）或者叫“故障后果”分析法，使 MSG-3确定飞机上重要维修项目的一种方式，通常是按下述方法进行的。 A、根据ATA系统和分系统划分标准，把飞机案主要功能进行划分； B、划分过程直到能够确定飞机可在航线上更换的子部件为止； C、“重要维修项目”通常是一个系统或一个分系统，在多数情况下， “重要维修项目”的等级都高于上述B条所述的最低等级（在飞机上）， 这种登机被认为是可管理的最高等级。例如，一个项目的等级高道不需要 在进行分析；项目的等级低到经过适当的分析，就能保证其包括所有的功 能、故障及其原因。
MSG-3
MSG－3的目的 : MSG－3的目的是提供一种方法，以便制订管 理当局、使用单位及制造厂家均能接受的维 修大纲。 MSG－3的范围 : 使用MSG－3方法，是为了确定初始预定维修 要求；另外，也可用于制订航空器运行的维 修要求，确定所有预定维修工作和间隔；还 可用于这些要求的改进。
航空发动机损坏原因分析与预测研究
航空发动机损坏原因分析与预测研究航空发动机作为机体的重要组成部分，其损坏事故不仅会对飞机造成重大影响，还会带来生命财产损失。
因此，对于航空发动机的损坏原因分析与预测研究显得尤为重要。
一、航空发动机损坏的原因航空发动机损坏的原因非常多，其中主要包括以下几种：1.疲劳破坏航空发动机长期运行过程中，受到很大的力和冲击，容易产生疲劳裂纹，长时间累积下来就会出现疲劳破坏。
此外，表面腐蚀也会使得疲劳寿命缩短，影响整个发动机的使用寿命。
2.碰撞和过载当发动机在使用过程中，由于外部原因或机组操作失误等原因，发动机产生碰撞或过载，容易导致损坏。
碰撞和过载可使得各种零部件发生位移、拉伸变形或者破裂损坏等现象。
3.烧蚀和热损航空发动机在工作中需要承受高温、高压以及酸碱物质等多重环境因素的影响，容易出现烧蚀和热损损坏。
这种类型的损坏可能影响发动机的粘结性，增加热失效和失效引起的故障。
4.设计制造缺陷在航空发动机设计制造过程中，可能会出现不合理设计、错误的材料使用或者质量不合格等问题，导致零部件和总体故障，进而影响发动机的使用寿命和性能。
二、航空发动机损坏原因的预测研究随着科学技术的发展和机器学习、智能化算法等技术的逐渐应用，针对航空发动机的损坏原因预测研究也逐渐深入。
1.数据采集在对航空发动机损坏进行预测时，首先需要采集大量的数据，包括常规生产监控数据、传感器实时监测数据以及设计和生产记录等等。
这些数据可以准确地记录发动机的运行状态和性能变化，为后续分析建模提供准确的数据支撑。
2.模型建立在数据采集完成后，需要对数据进行分析处理，构建合适的预测模型。
常用的模型有传统的统计分析模型、神经网络模型、决策树模型、回归模型等，这些模型能够通过对数据的学习，分析损坏原因的规律和关联性，从而实现发动机损坏原因的预测。
3.机器学习技术随着机器学习技术的不断发展，预测模型的准确性和效率得到了很大提高。
机器学习技术在航空发动机损坏原因预测中应用广泛，可以通过监督学习、半监督学习和无监督学习等方式，对大量数据进行处理，并具有更好的分类和预测能力。