趙（zhào）強，賈誌然，高利霞

（中國燃氣渦輪研究院（yuàn），成都　610500）

　　摘（zhāi）　要：針對某型航空發動機圓柱滾子軸承在試（shì）驗過程中反（fǎn）複（fù）出現的故障進行分析，研究失效機理及原因，提出相應的改進措施，並進行了試驗驗證。結果表明，當對圓柱滾子軸承尤其是小型（xíng）圓柱（zhù）滾子軸承進行試驗時，須防止軸（zhóu）承偏載（zǎi），充分（fèn）保（bǎo）證軸承工作同（tóng）心度，以避免非軸（zhóu）承原因導致的（de）試驗失效，提高軸承試（shì）驗結果的可信度。

　　關鍵詞：圓柱滾子軸承（chéng）；航空發動機軸承；試驗；失（shī）效分（fèn）析

　　主（zhǔ）軸軸承（chéng）作為航空發動機承力（lì）傳動係統（tǒng）中的關鍵部（bù）件，直接影響著發動機的可靠（kào）性、安全（quán）性和（hé）壽命。為了確保發動機安全可靠地（dì）工作，通常需要對軸承進（jìn）行必要的性能、耐久性和壽命等試驗。

　　某型航空發動機圓（yuán）柱滾子軸承在試驗測試過程中反複（fù）出現故障，直接影響了（le）軸承（chéng）的裝機使用。下文針對發動機主軸承試驗的故障零件，從（cóng）軸（zhóu）承的故障機理、模式及故障原（yuán）因等方麵進（jìn）行綜合分析，提出了改進措施，並通過試驗驗證了其有效性。

　　1　失效模式

　　某型航空發（fā）動機4號支點為（wéi）向心圓柱（zhù）滾子（zǐ）軸承（chéng）（圖1），采用外圈雙（shuāng）擋邊、內圈（quān）無擋邊、保持架（jià）外引導結構。工作方式為外（wài）圈固定、內圈旋轉，潤滑方式為側向噴射供油。為了更好地了解軸承（chéng）的可靠性，在航空發動機高速（sù）高溫專（zhuān）用軸承試驗機上對該軸承進行了性能、耐久性和壽命等考（kǎo）核試驗。試驗機（jī）主體結構如圖（tú）2所示。

　　在耐久性試驗過程中軸承（chéng）溫度升高，振動和聲音等出現異常（cháng），此時立即停機，分解檢查試驗軸承發現滾子出現打橫並嚴重磨損，其中1粒（lì）滾子直徑上出現沿軸向（xiàng）寬約1mm的磨損平麵，兩側倒角幾乎磨圓（圖3a）；另1粒滾子直徑上出現磨痕和剝落（圖3b）；保持架磨損嚴重、滾子兜孔嚴重變形，並有（yǒu）1處（chù）出現斷裂（圖3c）。為查找軸承失效原因，隨後（hòu）將同（tóng）型號國外軸承安裝於（yú）同一台試（shì）驗機上進（jìn）行試驗，結果也出現了類似的失效（xiào）模式。

　　2　失效原因分析

　　在該試驗機上多次進行的國（guó）內、外軸承試驗（yàn）均出現了滾子打橫（héng）現象，故障特（tè）征大致相同，故從試驗（yàn）機試（shì）驗方法（fǎ）方麵（miàn）著重（chóng）對故障進行分析。統計（jì）發現，在（zài）該試驗機上試驗（yàn）時滾子出現過打橫現象的軸承均為小型圓柱滾子軸（zhóu）承。試驗軸承滾子尺寸很小，規格為Φ4mm×4mm。從試驗機主體結構看，試驗時承載套（tào）處於（yú）懸浮狀態，無法保證壓頭加載位置恰好（hǎo）位於滾子中（zhōng）間的（de）正上方，實際加（jiā）載位（wèi）置偏離軸承中心（xīn），這與圖4所示的軸承加載套加（jiā）載痕跡相吻合。再加（jiā）上軸向間隙（xì）的存在，承載套可（kě）軸向自由竄動，且在承載套下方沒有限位措施，使整個承載套在試驗過程中有一個（gè）外加的傾斜力矩。試驗（yàn）時（shí）承載套與主軸保持一定的傾斜角。僅考慮軸向間隙影響的情況（kuàng）下（xià），經計算承載套Z大傾斜角為（wéi）1.5°。根據文獻[1]可知，國外發動機公司通常要求滾子軸承內、外圈的同心度控製在0.05°以內。

　　綜合分析認為，軸承試驗故障可分為（wéi）如下3個階段：（1）試驗時圓柱滾子（zǐ）軸承一直在內、外圈具有一定夾角的情況下運（yùn）行，滾子產生傾斜，使滾子端麵與外圈擋邊發生不正常接觸而磨損[2]，造成精度喪失（shī）、動平衡（héng）惡化；（2）外圈擋邊磨損產生的毛刺劃傷了保持架外（wài）徑（jìng）；（3）隨著磨損加重，1粒滾子的2個端麵被磨成斜麵，軸向傾斜增大，Z後形成打橫[3]，滾子外徑表麵被內圈磨出1個平麵，保持架兜孔被滾子擠壓發生變形直至斷裂，且打橫滾子的磨屑造成相鄰滾（gǔn）子磨損[4-5]。

　　對試驗軸承分解檢查發現（xiàn），保持（chí）架斷裂位置和方向正好與滾子傾斜後擠壓保持架方向相吻合。

　　3　改進措施及試驗驗證

　　綜上所述，軸承試驗故（gù）障是由於（yú）沒有控製好（hǎo）軸承加載套的偏擺所致。為此提出如下軸承試驗改進措施：

　　（1）修（xiū）改試驗加載方式，使試驗軸承徑向（xiàng）加載位置盡量位於滾子中（zhōng）心，防止被試軸承在試驗過程中出現偏載情況；

　　（2）增加承載（zǎi）套的限位措施，改（gǎi）善試驗（yàn）軸承的工作同心（xīn）度；

　　（3）將1套軸承單獨試驗改（gǎi）為2套軸承同時試驗，以保證試驗時軸承內（nèi）、外圈工作同心度。

　　改進後的軸承試驗機主（zhǔ）體結構如圖5所示（shì）。用改進的試驗機進行試驗，圓柱滾子（zǐ）打（dǎ）橫現象消（xiāo）失，試驗得到正常進（jìn）行。

　　4　結束（shù）語

　　圓柱滾子軸（zhóu）承試驗過程中失效的原因是沒有控製好承載套（tào）的偏擺，使（shǐ）滾（gǔn）子發生歪斜，軸承工作（zuò）同心度未得到充分保證，造成滾（gǔn）子端麵與套圈擋邊非正常（cháng）接觸（chù）而產生磨損，動不平衡不斷惡化，導致滾子出現打橫現象。對此，提出了相應的改進措施，並通過（guò）試驗驗證了其有效性。

　　參考文獻：

　　[1]聶龍宣，馬純民.國外航空（kōng）發動（dòng）機主軸（zhóu）軸（zhóu）承[Z].洛陽：洛陽軸承研究所，1998.

　　[2]葛泉江，閆國斌.某（mǒu）型航空發動機前中介軸承（chéng）失效分析（xī）[J].航（háng）空發動機，2007，33（1）：42-44.

　　[3]林基恕.航空燃氣渦輪發動機機械（xiè）係統設計[M].北京：航空工業出版社，2005.

　　[4]Harris TA，Kotzalas MN.滾動軸承分析[M].羅（luó）繼偉，李濟順，譯.北京：機械工業出版社，2009.

　　[5]羅繼偉，羅天宇.滾動軸承分析計算與應用[M].北京：機械工業（yè）出（chū）版社，2009.
 

來源：《軸承》2014年3期