一種彈性支承軸承套圈的徑向剛度檢測裝置

時可可，張帥軍，孟艷艷，康延輝，王典仁

(1. 洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039;2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039)

彈性支承軸承是一種能夠起柔性支承作用并確保兩結構部件相對旋轉的機械元件，廣泛應用于航空航天等精密機械裝備的關鍵部位。套圈的徑向剛度指標是彈性支承軸承的重要特性[1-4]，關系到配套主機能否安全可靠地運行，因此，需要對此類軸承套圈的徑向剛度進行準確檢測。

對于彈性支承軸承套圈徑向剛度的檢測，目前在國內還沒有相關的檢測標準和儀器，大多數研究只是針對單套或組配軸承徑向剛度的理論分析及計算求解等方面[5-8]，而針對單套彈性支承軸承，尤其是對帶外安裝邊彈性支承軸承套圈徑向剛度的研究還不多見。因此，針對此類軸承套圈徑向剛度的檢測，提出一種檢測方案并設計了相應檢測裝置。

1 檢測方案

彈性支承軸承通常應用于航空發動機的關鍵部位，經常在承受交變載荷的工況下進行服役。一種帶外安裝邊的彈性支承軸承套圈如圖1所示，軸承套圈具有懸臂結構且帶有外安裝邊。懸臂部分除了擁有普通軸承的外徑、外內徑和外溝結構以外，還具有一定數量的彈性梁結構，與外安裝邊相連接；安裝邊上則非均勻分布著大小不一的安裝孔。

圖1 帶外安裝邊的彈性支承軸承套圈

分析可知，該套圈的剛度類型為彎曲剛度和徑向剛度，為確保軸承在交變載荷工況下滿足正常工作需求，必須對套圈的徑向剛度指標進行準確檢測。根據帶外安裝邊彈性支承軸承套圈的結構特性，結合剛度理論提出了一種徑向剛度檢測方案，即利用徑向載荷與相應變形量的比值關系獲取徑向剛度，理論徑向剛度計算公式為

K=F/δ，

式中：K為被測工件的徑向剛度；F為被測工件承受的徑向載荷；δ為被測工件在相應載荷下所產生的位移量。

2 檢測裝置

基于上述檢測方案，設計的彈性支承軸承套圈徑向剛度檢測裝置如圖2所示。該檢測裝置由基礎部件(底座和立板)、固定部件(定位盤及所用螺釘螺母)、加載部件(加載、掛盤組件)和測量部件(表、表架)組成。該檢測裝置可實現600 N承載下的穩定檢測，位移量測量精度高達0.5 μm，具有較高穩定性和重復性，可以滿足外徑D≤200 mm軸承套圈徑向剛度的精密測量。

圖2 彈性支承軸承套圈徑向剛度檢測裝置

固定部件的功能是利用定位盤、內六角螺釘及螺母將被測軸承套圈帶安裝邊的一端固定在立板上。定位盤結構如圖3所示，為中心具有階梯通孔的環狀結構，且圓周均布8個安裝孔。

加載部件的功能是利用加載組件和掛盤組件實現在被測軸承套圈自由端進行加載，從而通過測量表檢測相應載荷下產生的徑向變形量。加載組件由上、下半環組成，其結構如圖4所示，上半環的頂面為測量表測量變形量用的接觸平面，下半環上具有為掛盤組件承載用的通孔。在加工上、下半環的內徑面時，需要進行特殊工藝處理，防止加載時對被測軸承套圈外徑面產生損傷。掛盤組件由掛鉤、承盤和載荷塊組成，其結構如圖5所示。

圖3 定位盤

圖4 加載組件

圖5 掛盤組件

3 實際測量及應用

通過上述對檢測裝置的介紹，特針對某型號帶有外安裝邊的彈性支承軸承套圈進行實際測量和應用。實際測量過程可分為放置、安裝加載和測量，即首先將檢測裝置的基礎部件平穩放置在平臺上；其次完成被測軸承套圈與固定部件以及加載部件的固定安裝；最后逐步施加載荷進行測量并記錄測量數據。具體操作步驟如下：

1)將檢測裝置放置在水平臺面上，適當凸出平臺，使加載組件與檢測裝置及周圍環境不發生干涉，并安放配重以保證檢測裝置在使用過程中保持穩定。

2)將定位盤的臺階面緊貼被測軸承套圈的安裝邊臺面，并用8個內六角螺釘及螺母將其固定在立板上。

3)將加載組件的上、下半環安裝在被測軸承套圈的自由端外徑面部位，調整加載組件的外側端面，使其與被測軸承套圈的自由端面平齊，同時保證加載組件上半環的頂面保持水平，并用螺釘螺母進行適當緊固。

4)將測量表架安裝在立板上端，使測量表架上高精度測量表的表尖與加載組件上半環頂面相接觸。

5)將掛盤組件懸掛于加載組件下半環的掛孔中，在承盤上平穩放置載荷塊，調整測量表使其接近自然量程零位并調零。

6)在上述基礎上進行依次加載至100，200，300，400，500 N，加載過程中要求依次平穩增加載荷塊，待載荷及測量表示值穩定后，記錄相應載荷下的位移量。

7)完成1次完整測量后，依次平穩取下所有施加的載荷塊和掛盤，并取下測量表和加載組件，使被測軸承套圈靜置進行彈性自然恢復。

8)依次松開固定被測軸承套圈和定位盤的螺釘及螺母，使被測套圈可自由轉動。隨后將被測套圈依次旋轉一定角度，并按照上述步驟進行安裝、加載和測量，最終完成3次或多次測量，計算平均值得到實際剛度。

依照上述步驟對某型號彈性支承軸承套圈的剛度進行測量和計算，具體結果見表1。由表1可知：相應載荷下測得的徑向剛度值都非常接近且均位于理論剛度值范圍((3.2±0.15)×107N/m)內，可以判定該套圈的徑向剛度指標合格；同時可以看出載荷與位移量間存在一定的線性關系，即隨著套圈承受載荷量的增大，變形量按一定的比例系數隨之增大，比例系數即是剛度值。

表1 不同載荷下的徑向剛度測量結果

4 結束語

通過對帶有外安裝邊彈性支承軸承套圈結構的分析，結合剛度理論設計了該類型套圈的徑向剛度檢測裝置。對某型號彈性支承軸承套圈徑向剛度的實際測量結果表明：該檢測裝置結構簡單，操作簡捷，測量準確，重復性及穩定性較高，解決了現有帶外安裝邊的彈性支承軸承套圈徑向剛度的檢測技術難題。