藺國民 蔡紅專 羅帥
（西京學院 機電工程（chéng）係，西安 710123）
摘 要：分析了影（yǐng）響航空發（fā）動機軸承壽命的主要原因，並（bìng）將各原因進行數學描述。從設計、製造、安裝、材料和潤滑等方麵（miàn）入手，有針對性地（dì）提出一套行之有效的延長航空發動機軸承壽命的技術措施。
關鍵詞：航空（kōng）發（fā）動機；滾動軸承；壽命（mìng）；影（yǐng）響因素（sù）
航空發動機主軸軸承因其工作環（huán）境惡劣，旋轉速度高，工（gōng）作中承受（shòu）振動劇烈，摩擦產生熱量大等原因，軸承的工作壽命直接影響著發動機的壽命。隨著對發動機壽命延長（zhǎng）的要求，提高航（háng）空發動機軸承壽命的（de）問題顯（xiǎn）得越來越重要。本文（wén）通過對影響航空發動機軸（zhóu）承壽命的主要因素進行分（fèn）析，提出了提高軸承壽命的主要技術（shù）措施。
1 影響軸承壽命的主要因（yīn）素
1.1 dn值
dn值等於軸承內徑與轉速的乘積。高dn值下工作的滾動軸承存在下列問題：
（1）由於（yú）滾動體產生很大的離心力，導致軸承的（de）疲勞壽命大大下降（jiàng）。
（2）在球軸承中，內、外圈接觸角應盡（jìn）量相等。
但在高dn值下由於離心（xīn）力的作用，內圈接觸角增大，外圈接觸角減小，使鋼球的自旋速度加大（dà），鋼球和溝道之（zhī）間的滑動加劇、發熱量（liàng）增加，接觸區溫度升高，從而（ér）加速軸承損壞。
（3）高dn值（zhí）下由於慣（guàn）性大，滾子的回轉歪斜更嚴重（chóng），使滾子端部的磨損加劇。
1.2 溫度
溫度對（duì）軸承疲勞壽命的影響很大，隨工作溫（wēn）度（dù）升高，疲勞壽命急劇下降。軸承的工作溫度日益（yì）提高，目前已達到400℃ ，因此（cǐ），當務之急是解決（jué）高溫問題，除改進材料和潤滑劑外，必須對（duì）結構進行改進。例如，對奧林普斯593發動機而言，在（zài）結構上采取了如（rú）下措施：（1）將（jiāng）推力軸承安裝在溫度Z低但又不影（yǐng）響軸（zhóu）承工作效果的低壓壓氣機後，為（wéi）了提高剛度，將低壓轉軸加粗；（2）渦輪軸承采取三重密封隔（gé）熱措施，防止高溫燃氣侵入，保護軸（zhóu）承與潤滑油不（bú）與冷卻（què）渦（wō）輪（lún）的氣（qì）體接觸。
1.3 載荷
發動機滾子軸承通常徑（jìng）向載荷過小，且轉速（sù）較高，因此，在使用中經常出現打滑、蹭傷和偏扭（niǔ）故障。當滾子打滑時，在接觸表麵常常出現蹭傷現象，從而影響軸承壽命。在使（shǐ）用中，打滑和偏扭相比，偏扭是更主要的故障。打滑問題可以采用橢圓滾道軸承（或橢（tuǒ）圓軸）對軸（zhóu）承施加預載荷來解決。
1.4 同軸度的影響
軸（zhóu）承安裝（zhuāng）的同軸度是影響軸承（chéng）壽命的重要（yào）因素。當滾動軸承安裝偏斜（xié）時，軸承中鋼球的運動軌（guǐ）跡從溝底向溝道邊緣移動，使球和套圈產生額外變形，增加（jiā）溝道邊緣的接（jiē）觸應力，從而降低軸承壽命（mìng）；對於滾子軸承，當軸承（chéng）偏（piān）斜時，滾子與套圈的（de）線（xiàn）接觸被破（pò）壞（huài），滾子端麵（miàn）應力集中導（dǎo）致軸承壽命降低。因此，保證軸承安（ān）裝的同軸度可明顯提高軸承的壽（shòu）命。
2 主（zhǔ）要（yào）技術措施
在找（zhǎo）出影響航空發動機軸承壽命的主要因素（sù）的（de）基礎上，從設計、製造/安（ān）裝（zhuāng）、材料（liào）和使用幾（jǐ）方麵入手，有針對性地提出一套行之有效的技術措施（shī），直接提高航空發動機軸承（chéng）壽命，間接使航空發動（dòng）機的壽命得以延長。
2.1 設計改進
2.1.1 設計新的滾子素線形式（shì）
為了改（gǎi）善滾子表麵的接觸（chù）應力，提高滾子軸（zhóu）承的壽命，應對滾子素線進（jìn）行改（gǎi）進，由直線形改為全凸形、修正曲線形、對數曲線形[1]。如我國××，××發（fā）動機的主軸軸承由直線形改為弧凸形和全凸形，提高了軸承使用壽命。修正曲線（xiàn）能防止應力集中，壽命比全凸形長。對數曲線形滾子素線承載合理，可（kě）大大提高發動機（jī）主（zhǔ）軸軸承（chéng）的（de）可靠性和壽命。
2.1.2 對軸承施加預載荷
對（duì）滾子軸承施加預載（zǎi）荷能防止打滑和蹭傷[2]。采用橢圓軸承和（hé）彈簧可實現對軸承施加預載荷。當對軸承施加預載荷後（hòu），外圈滾道近似橢圓形（xíng）（圖1），在預載（zǎi）荷作用下，在滾道半徑附近的滾子因預載荷的作用而增加（jiā）了拖動力，從而減（jiǎn）小或避免打滑。
2.1.3 軸-內（nèi）圈（quān）一體化
旋轉部件的高速受主軸軸承dn值的限製。為使dn值不（bú）超過主軸允許值（zhí），可把軸承內圈與軸做成一體。由於沒有內圈，就可縮小徑向尺寸，相當於降低dn值和線速度，從而（ér）使滾（gǔn）動體的離（lí）心力減小。
2.1.4 軸承（chéng）成對選用（yòng）
對於發動機主軸中的球軸承，往往載（zǎi）荷大且轉速高，可選用成對軸承代替單個軸承，以提（tí）高壽命。如××係列發動機，為了平衡（héng）附加的軸向力，將壓氣機的推力軸承由單個軸承改為成對的兩個軸承後，延長了軸承壽命。
2.2 製造及安裝的改進
（1）提高軸（zhóu）承加工精度。從工藝上著手，提高軸承加（jiā）工精度，可成倍地提高軸承的壽命。
（2）表麵改性（xìng）技（jì）術。表麵改性（xìng）是提高（gāo）軸承壽命的有效措施（shī）之一。主要方法有激光處理、離子注（zhù）入、離子（zǐ）鍍、等離（lí）子噴塗（tú）以及鹽浴技術等。
（3）安裝（zhuāng）的改進。軸精度、內圈與軸之間的（de）配合度、外圈與配合孔之間的配合度（dù）都會影（yǐng）響主軸的工作性能和壽命，因此，正確（què）地（dì）選擇配（pèi）合是保證軸承正（zhèng）常運轉的重（chóng）要條件。振動對軸承的影響也不可輕視，除了轉子自身可能產生激振外，傳（chuán）遞轉子不（bú）平衡載荷的軸承將引起發動機機匣和支承（chéng）結構振動而（ér）產生振動應力。
2.3 材料的改進
軸承材料是確定軸承壽命的基本因素。目前，先（xiān）進發動（dòng）機（jī）的dn值已達到2.2X106mm.r/min，國外已開始研（yán）製dn值為3X106mm.r/min的主軸軸承。
對軸（zhóu）承材料（liào）的要求是：（1）尺寸穩定；（2）硬度高；（3）疲勞強度高；（4）非金（jīn）屬夾雜物少；（5）斷裂韌性好；（6）抗腐蝕性好。
航空（kōng）發（fā）動機軸承用典型的材料有：GCr15，Cr4mo4V（M50），W18Cr4V和陶瓷（主要用於滾動體）等，對於鋼材的冶煉（liàn）工藝要有特殊的技術要求。
2.4 潤滑的改（gǎi）進
（1）選擇合適的（de）潤滑劑。潤滑劑能夠提供油膜、減小摩擦，具有良好的熱交換性（xìng）能，具有抗變質能力，防止軸（zhóu）承表麵腐蝕。潤滑劑的選擇必（bì）須考慮使（shǐ）用溫度和黏度，使用溫度決定著潤滑劑性能的正常發揮（huī），而黏度直接影響著潤滑的效果。黏度過（guò）大會使軸承摩擦加劇，過小又會減小（xiǎo）油膜厚度，使潤滑效果變差。
（2）改善潤滑與冷卻。良好的潤滑與冷卻是提高軸承可（kě）靠性（xìng）和延長軸承壽（shòu）命的重要保證，隻有設計良好的潤滑係統才能向軸承提供適量的（de）潤滑劑，保證在（zài）軸承活動件之間形成一層潤滑膜，並能把軸承工作時產（chǎn）生的熱量傳遞出去和防止雜物（wù）侵入軸承內部。改善（shàn）潤滑與冷卻的主要方法有：對軸承（chéng）兩端噴油，選（xuǎn）擇合理的潤滑油噴射方向，采用環下供油，選擇適當（dāng）油量等。
此外，還應重視軸承（chéng）的監控與維護。加強對航空（kōng）發動（dòng）機主軸軸承（chéng）的監控和維護能提高軸承可靠性（xìng）和延（yán）長壽命。采用振動和噪聲檢測技術、光纖檢測技術、衝擊脈衝法、衝擊能量法（fǎ）、潤（rùn）滑（huá）油油樣分析、溫度檢測、聲發射法和接觸電阻法等（děng）。通過檢測，判斷故障（zhàng）趨勢，實現視情維護來延長航（háng）空發動機（jī）軸承的壽命。
3 結束語
隨著（zhe）科學技術的（de）飛速發展，航空發動機的性（xìng）能大幅提高（gāo），軸承作為發動機的主要承（chéng）力部件，其（qí）工作溫度、旋（xuán）轉速（sù）度等指標也隨之（zhī）不斷提高，延長發動機軸承的壽命已刻（kè）不（bú）容緩。為此（cǐ），應不斷總結經驗，發掘新的技術，全方位、多層次地采取措施來提高發動機軸承的工作壽命和（hé）可靠（kào）性。
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來源：《軸承》2009年7期
