一起电动机石墨轴承断裂故障分析

谢建峰 黄超/国营芜湖机械厂

1 故障情况

一架某型飞机进行燃油系统输油顺序检查试验时，按压座舱内“油泵检查”按钮，“油泵检查”信号灯未燃亮。连接燃油泵地面检查仪进一步检查发现，位于2 号油箱用于散热系统的电动泵未工作。电动泵对从供油泵传输过来的燃油增压，并输送至散热器总管，为空调系统的空气、发动机散热的滑油和液压系统的液压油进行散热。拆下电动泵，检查叶轮旋转正常，无卡滞现象；测量电动机线路通断，线路存在断路。分解电动机进行检查，C 相电路中温度保险丝熔断，石墨轴承断裂损坏，断裂位置位于石墨轴承旁铝环处，断裂后的石墨轴承呈环状，除周向断口外，还有两处径向断口，如 图1 所示）。

2 故障分析

2.1 电动机结构

电动机型号为FDY-403，结构如图2 所示，断裂的石墨轴承为图中的3 号 件。

从结构上看，石墨轴承2 除承担与石墨轴承3、4 相同的转动摩擦作用外，同时还承受转子组件1 的轴向载荷。电动机在垂直状态（机上状态）下，转子组件1 与石墨轴承面接触。机上工作时，转子组件在带动叶轮转动的同时引导燃油通过石墨轴承2 内部导油槽进入电动机内部。燃油穿过转子组件和石墨轴承2、3、4 之间的间隙，从电动机尾部通道排出，完成液流循环。该循环为电动机内部转动摩擦部位提供润滑和冷却。

2.2 石墨轴承断裂外观检查

电动机内部转子组件钢制端面处有明显的沿周向的磨损痕迹，选取另一完好转子组件进行对比，可见其钢制端面无明显周向磨损痕迹，如图3 所示。

检查电动机内部定子，发现定子一周的铜丝均存在明显烧伤熔化特征。

图1 电动机及内部轴承断口外观

图2 电动机结构图

图3 电动机转子外观

图4 石墨轴承碎块周向断口微观形貌

图5 石墨轴承碎块径向断口微观形貌

2.3 石墨轴承断裂断口分析

对石墨轴承碎块断口进行扫描电镜观察，如图4 所示。观察周向断口形貌，可见低倍下断口较平整，高倍下呈片状脆性断裂特征，未见明显缺陷与内部夹杂。

继续对石墨轴承碎块径向断口进行扫描电镜观察。低倍下可见两侧与中间部位断裂特征存在差异，高倍下可见中间部位断裂为片状脆性断裂，两侧位置断裂处可见明显孔洞特征，如图5 所示。该形貌可能是石墨中环氧树脂胶黏剂经高温分解碳化所致。

2.4 组织检查

切取电动机转子组件的钢制端面横截面区域，经镶嵌、磨制、抛光后制成金相试样，使用4%硝酸酒精对试样进行腐蚀，再经金相显微镜观察。由图6可见，近端面组织与心部组织存在明显差异，近端面为淬火马氏体组织，心部为回火索氏体+析出碳化物。

切取电动机石墨轴承旁铝环横截面区域，经镶嵌、磨制、抛光后制成金相试样，使用0.5%氢氟酸水溶液进行腐蚀，再经金相显微镜观察。如图7 可见，近端面组织与心部组织无明显差异，但近端面明显存在烧蚀熔化产生的孔洞。

2.5 结论

结合微观观察到石墨轴承碎块断口内部树脂碳化形成的孔洞以及相接触的钢制与铝环的端面烧伤特征，可以判断该石墨轴承是由于转子转动过程中其上端面与石墨轴承端面接触、磨损，产生热损伤，造成过载断裂。

2.6 故障原因

电动机在进行性能试验时，已明确规定在通电前应从电动机两端注入燃油，以保证润滑和冷却，防止干摩擦。在飞机装配和调试阶段，仅规定在飞机加满燃油后才能进行散热泵工作性能的检查。但因散热泵检查按钮位于座舱内部，且无防护盖板，座舱内装配、调试人员交叉较多，存在按钮被误按压的可能，导致电动机在无油状态下工作，造成干摩擦。

图6 转子组件的钢制端部截面金相组织

图7 石墨轴承旁铝环端面金相组织

3 改进措施

为避免再次出现因电动机无油状态下干摩擦造成的石墨轴承断裂故障，明确规定飞机通电调试时，除专项检查外，应断开与电动泵接通相关的连接器，防止座舱人员误启动，造成电动机干摩擦。