航空發(fā)動機軸承總結(jié).ppt

航空發(fā)動機軸承運轉(zhuǎn)條件 高溫 高速 重載 主軸軸承的工作特點 高DN值 高溫 重載 高可靠性 航空發(fā)動機主軸承通常在低于2 3xDN值和溫度在250 以下工作 由于壓氣機或渦輪葉尖速度和輪盤破裂強度限制了旋轉(zhuǎn)部件的最高速度 所以3xDN值的軸承速度相當(dāng)于發(fā)動機的實際工作極限 對航空發(fā)動機軸承要求 1 軸承的故障將導(dǎo)致發(fā)動機轉(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尺寸脹大或縮小 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)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 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)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 突出優(yōu)點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率 適應(yīng)高DN值軸承潤滑冷卻的需要 噴管潤滑 這種潤滑方式主要用于軸間軸承潤滑 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 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 分為三點接觸型和四點接觸型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 雙半內(nèi)圈角接觸球軸承能承受較大的雙向推力載荷 也可承受一定的徑向載荷 四點接觸型 軸向游隙小 軸向竄動最小 摩擦發(fā)熱量大 高速性能不好 三點接觸型 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 短圓柱滾子軸承提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度 有利于軸承壽命的提高 相對外圈可有較大的軸向位移 可以補償溫度變化引起的熱膨脹差 成對雙聯(lián)有預(yù)載荷角接觸球軸承能提高軸承部件剛性 提高軸承的運轉(zhuǎn)精度 并能減少噪聲 振動 從而提高了軸承壽命 軸承套圈帶安裝邊及設(shè)置油孔 油溝軸承套圈上油孔 油溝的設(shè)置 起到既潤滑又冷卻的作用 國外航發(fā)主軸承最主要的結(jié)構(gòu)特點如下 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)fi大于外溝曲率系數(shù)fo 保持架突出套圈端面且?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)果與實驗結(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)動機主軸滾動軸承的技術(shù)進(jìn)展 國外主軸滾動軸承技術(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 5 角接觸球軸承在實驗室條件以DN值 積累了十多萬小時的運轉(zhuǎn)試驗 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研究 取得了可用的結(jié)果 7 現(xiàn)役先進(jìn)發(fā)動機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 顯示出很大的發(fā)展?jié)摿?國內(nèi)航空發(fā)動機主軸滾動軸承設(shè)計與試驗 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 制作了試驗軸承 并研制了4010合成潤滑油 我國航空發(fā)動機軸承設(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 提高我國航空發(fā)動機主軸軸承的