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润滑失效的典型案例

管与润滑相关的轴承、丝杠、齿轮等零部件在整个机械系统中所占的数量和花费很少,但由于这类零部件的润滑失效引起的机械系统故障、失效、瘫痪甚至毁损的案例屡见不鲜。根据生产实践统计,因润滑不良造成的机械故障约占全部机械故障的75%,是设备维修率增高的主要因素。特别是在航空航天及核工业等高技术领域,由于设备的特殊性(如极其昂贵、不可维修、无备份等),一个很小的润滑失效都有可能引起整个系统失效和功能丧失,造成严重的经济损失甚至灾难性的后果。

案例一:美国Galieo木星探测器高增益天线展开失效

1989年10月,美国发射了Galieo木星探测器。探测器上安装了一个高增益天线和两个低增益天线。高增益天线每秒可传输134kbit,而低增益天线每秒只能传输8~16bit。为了保护高增益天线在飞近太阳时不被高温损坏,天线安装在一个保护装置中。飞行了18个月后,在1991年4月,地面下达指令开始展开高增益天线。

然而,在展开过程中,马达熄火,18根肋条中只有15根完全展开,另外三个卡死无法展开,致使高增益天线无法展开而失效。超过100人进行了分析、测试、计算,最终得出的结论是:1986年“挑战者”航天飞机发生灾难后,Galieo探测器存放了4年半才发射。在存放和运输过程中,V形槽和销之间高的应力破坏了润滑膜,润滑失效,在高真空中产生严重黏着摩擦和冷焊效应,销和槽之间高的摩擦阻力超过马达功率,三根肋条在存放位置锁死,无法展开。

此后的5年内,地面人员利用冷热交变以及其他各种办法来尝试展开天线,但经过13000多次的努力,都没有成功,最终在1996年放弃。幸运的是,Galieo探测器上配备了两个低增益天线,利用先进的数据压缩技术和硬件技术,才将大量的数据通过低增益天线传回地面,勉强完成任务。

案例二:中国某气象卫星螺母-丝杠部分卡住

我国某气象卫星在太空运行3年后,出现了失步故障,传回的图像非常不清楚。经过大量分析,认为卫星第二扫描辐射计螺旋副发生了润滑失效所致。

第二扫描辐射计30Cr钢丝杠与CuSn合金螺母采用了KK-3润滑脂与114#硅油按1∶1比例混合而成的油膏润滑。初始运行阶段完全处于油润滑,不产生金属间的直接接触,因而不会产生磨损或磨损很少。随着摩擦的进行,润滑膏逐步被推到丝杠/螺母运动副的两端,使局部缺油,产生金属间的直接接触,并逐渐发生磨损产生磨屑。磨损后新鲜的金属表面具有很高的活性,易导致硅油润滑剂产生自由基。

金属间直接接触将在瞬间产生高温(温度可能高达1000℃),也会导致硅油降解产生自由基。自由基与自由基之间的结合导致产生大分子量的润滑剂。这些大分子量的润滑剂进一步产生新的自由基,新的自由基与自由基之间的结合导致产生更大分子量的润滑剂,最终导致润滑剂失去流动性而炭化。炭化变硬的润滑剂失去了润滑性能,润滑失效,导致螺母-丝杠部分卡住,运转的卫星尚未达到设计寿命却因为功能丧失而使整个系统失效。

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