航空發(fā)動機(jī)軸承總結(jié)ppt課件

1、610 航空發(fā)動機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)條件：高溫、高速、重載。 主軸軸承的工作特點(diǎn)：高DN值、高溫、重載、高可靠性。 航空發(fā)動機(jī)主軸承通常在低于2.3x DN值和溫度在250以下工作，由于壓氣機(jī)或渦輪葉尖速度和輪盤破裂強(qiáng)度限制了旋轉(zhuǎn)部件的最高速度。所以3x DN值的軸承速度相當(dāng)于發(fā)動機(jī)的實(shí)際工作極限。610對航空發(fā)動機(jī)軸承要求（1） 軸承的故障將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子振動增大甚至發(fā)生嚴(yán)重的事故，因此要求軸承的可靠性高；（2） 在高溫至315Co，低溫至-250Co 條件下，軸承都能正常工作，且具有較長的使用壽命；（3） 軸承能承受轉(zhuǎn)子的徑向負(fù)荷，或同時承受徑向和軸向兩種負(fù)荷，且具有較大的承載能力；（4） 結(jié)構(gòu)重量

2、輕，具有足夠的剛度，能保證旋轉(zhuǎn)軸到軸承座之間的傳力，并緩解它們之間的沖擊和振動；航空軸承失效 -通過統(tǒng)計分析，發(fā)動機(jī)主軸軸承的失效模式大致分15種類別 1劃傷、擦傷；2磨損；3輕載打滑；4銹蝕；5偏磨、載荷軌跡下移；6壓坑、撞傷；7疲勞剝落；8電流侵蝕；9保持架變形；10裂紋；11保持架銀層脫落；12兩極磨損貓眼圈；13受熱變色；14尺寸脹大或縮??；15振紋。 失效造成的直接結(jié)果是溫度升高、振動加大或振動狀態(tài)發(fā)生變化、軸系功率消耗加大、軸心軌跡形狀發(fā)生變化。 軸承失效的監(jiān)測 軸承溫度的監(jiān)測，一般把溫度傳感器貼近軸承外圈。軸承溫度變化是緩慢過程, 對軸承早期輕微的失效不敏感, 只有軸承已發(fā)生較嚴(yán)

3、重的失效時, 軸承溫升才會發(fā)生較急劇變化。 振動監(jiān)測，分為對軸系的監(jiān)測和對機(jī)體振動加速度的監(jiān)測。軸系振動信號是最直接反映軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及失效的信號, 軸承失效可以立即引起振動狀態(tài)變化。 系統(tǒng)功率消耗也是反映軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及失效的重要參數(shù)。當(dāng)被試軸承發(fā)生故障或失效, 必然引起電機(jī)輸出功率的增大。軸承的潤滑與冷卻方式 噴射潤滑噴射潤滑的方法有多種單噴嘴, 雙向單噴嘴, 多噴嘴等研究表明, 當(dāng)潤滑油對準(zhǔn)保持架與內(nèi)環(huán)引導(dǎo)面之間時, 軸承溫度最低。噴射潤滑對高DN值工作的軸承,潤滑效果不好。環(huán)下潤滑環(huán)下潤滑 適應(yīng)高DN值軸承潤滑冷卻的需要。 所謂環(huán)下潤滑就是滑油經(jīng)軸承內(nèi)圈上的徑向孔、槽進(jìn)入軸承，即從軸承內(nèi)環(huán)

4、下部向軸承供油, 而不像噴射潤滑由軸承端面直接噴入軸承。 環(huán)下潤滑結(jié)構(gòu)基本由兩部分組成, 即集油部和輸油部。環(huán)下潤滑的特點(diǎn) 突出優(yōu)點(diǎn)是能使軸承溫度普通降低, 特別是內(nèi)圈工作溫度在各種工作條件下均比外圈低, 從而對軸承內(nèi)部間隙控制更為有利, 并能有效地防止高速輕載下內(nèi)圈打滑蹭傷故障。 其次, 由于滑油流路合理, 滑油利用率高。噴射潤滑只有70%滑油可被利用, 而環(huán)下潤滑在結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的情況下, 可達(dá)80%以上, 最高可達(dá)95%。 同時, 這種結(jié)構(gòu)使攪拌損失大大降低, 減少功率損耗, 并且降低了滑油中污物對軸承損壞的機(jī)率。 適應(yīng)高DN值軸承潤滑冷卻的需要。噴管潤滑噴管潤滑 這種潤滑方式主要用于軸間

5、軸承潤滑。由于軸間軸承內(nèi)、外圈同時旋轉(zhuǎn), 無法安裝噴嘴, 故不能實(shí)施噴射潤滑或環(huán)下潤滑。 在無環(huán)下潤滑的情況下，也可將噴嘴直接對準(zhǔn)與軸線平行的油管噴入潤滑油噴管潤滑的特點(diǎn) 種潤滑方式, 油流動困難, 穿透力極差。因此軸承潤滑冷卻一般不很充分, 表面常常出現(xiàn)顏色變黑, 甚至硬度下降。 這種潤滑方式在設(shè)計上要引起特別注意：第一, 要適當(dāng)加大噴嘴噴射流量；第二,輸油管直徑加大, 內(nèi)壁光滑, 保證油流通暢；第三, 軸承材料要采用高溫耐熱合金。軸承腔結(jié)構(gòu)及汽油兩相流軸承腔內(nèi)潤滑油兩相均勻流動的速度分布情況 潤滑油在入口處出現(xiàn)漩渦現(xiàn)象,其原因在于潤滑油噴射到軸承腔內(nèi)時,由于軸承保持架的阻礙作用,一部分油流

6、發(fā)生回流, 潤滑油在軸承腔內(nèi)也產(chǎn)生回流,腔內(nèi)回流的潤滑油如果在軸承腔內(nèi)停留的時間過長,將會導(dǎo)致軸承腔過熱;如果停留時間過短,則可能造成潤滑不夠充分,形成一定的油流缺損區(qū),導(dǎo)致“空轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生,從而加劇軸承磨損。航空發(fā)動機(jī)主軸軸承的結(jié)構(gòu)分析 軸承的結(jié)構(gòu)形式： 1雙半內(nèi)圈角接觸球軸承 -分為三點(diǎn)接觸型和四點(diǎn)接觸型 2短圓柱滾子軸承 3成對雙聯(lián)有預(yù)載荷角接觸球軸承 4軸承套圈帶安裝邊及設(shè)置油孔、油溝 航發(fā)主軸承所選用的結(jié)構(gòu)型式主要有短圓柱滾子軸承(承受徑向載荷) 和雙半內(nèi)圈角接觸球軸承(承受兩個方向的軸向載荷)軸承特點(diǎn) 雙半內(nèi)圈角接觸球軸承雙半內(nèi)圈角接觸球軸承 能承受較大的雙向推力載荷能承受較大的雙向

7、推力載荷,也可承受一定的也可承受一定的徑向載荷。四點(diǎn)接觸型：軸向游隙小徑向載荷。四點(diǎn)接觸型：軸向游隙小, 軸向竄軸向竄動最小，摩擦發(fā)熱量大，高速性能不好。三點(diǎn)接動最小，摩擦發(fā)熱量大，高速性能不好。三點(diǎn)接觸型：軸向游隙較大，非載荷半內(nèi)圈上可能產(chǎn)生觸型：軸向游隙較大，非載荷半內(nèi)圈上可能產(chǎn)生附加接觸，高速性能較好。附加接觸，高速性能較好。 短圓柱滾子軸承短圓柱滾子軸承 提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度,有利于軸承壽命的提高有利于軸承壽命的提高;相對外圈可有較大的軸向位移相對外圈可有較大的軸向位移, 可以補(bǔ)償溫度變可以補(bǔ)償溫度變化引起的熱膨脹差。化引起的熱膨脹差。 成對雙聯(lián)有預(yù)載荷角接觸球軸承成對

8、雙聯(lián)有預(yù)載荷角接觸球軸承 能提高軸承部件剛性能提高軸承部件剛性,提高軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度提高軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度,并能減少噪聲、振動并能減少噪聲、振動,從而提高了軸承壽命。從而提高了軸承壽命。 軸承套圈帶安裝邊及設(shè)置油孔、油溝軸承套圈帶安裝邊及設(shè)置油孔、油溝 軸承套圈上油孔、油溝的設(shè)置軸承套圈上油孔、油溝的設(shè)置,起到既潤滑又起到既潤滑又冷卻的作用。冷卻的作用。國外航發(fā)主軸承最主要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下: 采用外圈帶各種形狀法蘭盤的異形結(jié)構(gòu),內(nèi)圈的相應(yīng)部位上設(shè)有油孔或油槽;角接觸球軸承接觸角較大,不選用成對雙聯(lián)角接觸球軸承。 為了克服旋滾比造成的不利影響,常取內(nèi)溝曲率系數(shù)f i 大于外溝曲率系數(shù)f o 。 保持架突

9、出套圈端面且?guī)跤瓦?內(nèi)徑上開有油槽或油孔,利于潤滑油的流通。 滾子素線主要選用修正形和對數(shù)曲線形。 軸承多為內(nèi)引導(dǎo),且間隙較小。航空發(fā)動機(jī)高速滾動軸承的力學(xué)特性分析（1分別采用擬動力學(xué)法和有限元法，建立了滾動軸承力學(xué)分析模型，研究了滾動軸承的載荷分布特性，分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和載荷參數(shù)對其接觸角、變形、接觸剛度和極限轉(zhuǎn)速的影響規(guī)律。兩種算法所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，有限元法在計算精度方面具有優(yōu)勢，而擬動力學(xué)法在計算效率方面具有優(yōu)勢。（2基于彈流潤滑理論，研究了滾動軸承的最小油膜厚度和油膜剛度特性，分析了不同載荷參數(shù)對它們的影響規(guī)律。將油膜剛度和接觸剛度組合，推導(dǎo)了滾動軸承的綜合剛度，提出了滾

10、動軸承等效剛度的概念和計算方法。（3考慮滾珠和徑向游隙等因素的影響，對滾動軸承疲勞壽命的計算公式進(jìn)行了修正。研究表明：滾珠對軸承疲勞壽命有一定影響，不考慮滾珠影響會使計算結(jié)果偏高。（4在Hertz 接觸理論和軸承運(yùn)動學(xué)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了滾動軸承非線性軸承力，建立了滾動軸承非線性振動的分析模型，研究了滾動軸承變剛度振動、表面波紋度對系統(tǒng)動力特性的影響規(guī)律。研究表明：滾動軸承的非線性軸承力會誘發(fā)變剛度振動；通過適當(dāng)?shù)剡x取轉(zhuǎn)速、阻尼、游隙和徑向力等參數(shù)，可以降低滾動軸承系統(tǒng)的非周期振動；由幾何缺陷引起的滾動軸承波紋度，是導(dǎo)致軸承系統(tǒng)振動的主要因素之一。航空發(fā)動機(jī)主軸滾動軸承的技術(shù)進(jìn)展 國外主軸滾動軸承

11、技術(shù)進(jìn)展 1：由于常規(guī)軸承鋼和更好的W或Mo 系工具鋼的不斷改進(jìn)，主軸滾動軸承的疲勞壽命已大大提高。 2：軸承潤滑冷卻已由早期的噴射潤滑改為環(huán)下潤滑冷卻。 3：使用合成潤滑油并進(jìn)行良好的過濾，主軸承可以在DN值 ,工作溫度360度下可靠地工作，使用壽命達(dá)上萬小時。 4：彈性流體動力學(xué)的發(fā)展，使軸承準(zhǔn)動態(tài)和動態(tài)計算分析成為可能，從而能定量地預(yù)測軸承性能。6104 . 25：角接觸球軸承在實(shí)驗(yàn)室條件以DN值 ，積累了十多萬小時的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，其性能和復(fù)雜的變化已搞清楚了。高速滾子軸承所出現(xiàn)的滾子歪扭引起的滾子端面偏心磨損，已找到工程上解決的辦法。6：國外對反轉(zhuǎn)軸間滾子軸承的試驗(yàn)研究，取得了可用的結(jié)果。

12、7：現(xiàn)役先進(jìn)發(fā)動機(jī)主軸軸承失效中疲勞剝落已不是主要問題，表面損傷和腐蝕一類占總失效的70%多。8：用鐵基合金跑道，氮化硅滾動元件組成的軸承及全陶瓷軸承均進(jìn)行了全尺寸軸承試驗(yàn)，顯示出很大的發(fā)展?jié)摿Α?100 . 3國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)主軸滾動軸承設(shè)計與試驗(yàn)1：八十年代后，主軸軸承研制不斷吸取先進(jìn)技術(shù)和預(yù)研成果，先后開發(fā)了滾子軸承準(zhǔn)動態(tài)設(shè)計分析程序,滾子軸承動態(tài)設(shè)計分析程序,球軸承設(shè)計分析程序,主軸承動剛度分析程序和滾動軸承保持架振動系統(tǒng)分析程序等,使主軸軸承設(shè)計水平大為提高。2:八五期間,研究了主軸軸承定壽辦法,用新材料(提高標(biāo)準(zhǔn)的軍甲鋼,M50和M50NIL)制作了試驗(yàn)軸承,并研制了4010 合成潤

13、滑油。我國航空發(fā)動機(jī)軸承設(shè)計中存在的問題 確定主軸軸承壽命的負(fù)荷往往給得不全，目前主要給的是靜態(tài)和動態(tài)徑向負(fù)荷，粗略的軸向負(fù)荷。沒認(rèn)真研究的內(nèi)容還很多，如靜態(tài)和動態(tài)的軸向不同心度，軸承套圈錐度等。 現(xiàn)有大多數(shù)發(fā)動機(jī)主軸軸承還是仿制產(chǎn)品的延續(xù)，軸承精度維持在D級,這些軸承不適應(yīng)在高DN值條件下工作。 軸承徑向游隙控制直接決定著軸承能否正常工作。迄今為止，溫度場的換熱計算難以適應(yīng)工程設(shè)計的需要。 防止軸承保持架共振：軸承保持架可能對各種激振產(chǎn)生共振，共振產(chǎn)生的交換應(yīng)力能導(dǎo)致保持架疲勞破壞。 提供足夠的潤滑和冷卻：滑油流量是由軸承工作溫度確定的。滑油供給不僅要提供必要的潤滑油膜，還需使內(nèi)、外圈軸向溫差適當(dāng)，以免影響工作游隙。內(nèi)、外圈軸向溫差也要控制，以防產(chǎn)生錐度增加額外負(fù)荷。 軸承內(nèi)、外套圈安裝需要仔細(xì)考慮離心力和零件溫度的影響。 確定主軸軸承的使用壽命有了新的準(zhǔn)則。以高DN值 主軸軸承為預(yù)研重點(diǎn)，提高我國航空發(fā)動機(jī)主