排除軸間軸承滾棒滑動故障的方法研究

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

安裝在發動機上的軸間軸承，在工作過程中經常出現負載不足滾棒滑動的情況。此外，使用過程中的外環轉動時由于離心力作用和滾棒相對于環的壓力作用下，軸承間隙增加，軸承工作條件變得惡化。當發動機工作狀態變化或飛機過載或機動飛行時，軸承負載會進一步增加。在滾動體與軸承兩個環接觸時，滾棒開始以等于轉子總量一半頻率的轉速轉動，滾棒轉速應降低，此時保持架開始拖動滾棒，并在滾棒懸空時與滾棒一起得到很大的速度，進而產生超出規定的動力負載和相對于軸承環的滾棒滑動。正是由于滾棒、環、保持架的磨損從而降低了滾棒的使用期，造成軸承失效。為此，制定了排除滾動體滑動方法并設計了新結構滾棒軸承，從而保證在使用的所有狀態下滾棒部分與環的固定接觸，這樣可以避免滾棒相對于環的滑動。

2 排故方法研究

2.1 排除低負載工況下軸承滾棒滑動方法

其主導思想就是在使用中將外環橢圓化。橢圓化是在離心力作用下，使外環圓周方向上兩處單位長度與原始狀態有所區別。該方法可以提高軸承使用期限和工作效率，特別對外環轉動或兩個環同時轉動的軸承有效（例如軸間軸承），從而保證一定數量的滾棒與軸承環的接觸。

通過滾棒軸承上一個軸承環的徑向相對位置設計出與其他部位相比具有較大或較小質量的部位，其中，具有較小質量的部位可以通過去除環材料來保證，具有較大質量的部位可以通過向環上添加配重來保證，在制造環時實現。

該方法應用在某發動機樣機上的軸間軸承上，并模擬工作條件進行了試驗。在尺寸為95×130×18mm滾棒軸承外環上采用電腐蝕方法在兩個徑向部位上的相對端面處制造兩個槽。每個槽尺寸為6.1×4.2×2.2mm。每個槽質量減少0.375克，而在兩個端面上為0.75克。在外環轉速13300轉/分時，由于環和滾棒離心力的作用，外環開始橢圓化：與原環相比，外環去除質量部位的直徑降低4.6微米，而在徑向相對方向上直徑增加了98微米。

為了實現環橢圓化，外環與安裝座應有充足的間隙，使外環與安裝座在橢圓大直徑上不接觸。軸向上應自由裝配。外環轉動時，其配合處同樣也帶相同頻率轉動，安裝座直徑增加了50微米。此時軸承環與安裝座的間隙在轉子靜止時應為50微米。

2.2 保證滾棒在所有使用狀態下過盈時外環與滾棒的配合

為保證軸間軸承在所有轉速范圍內的可靠性工作，必須要去除金屬或局部降低環的剛性。主要分為去除材料和在端面方向上固定軸承環兩種方案。在環的兩個徑向方向上的每個端面設有兩個槽。每個槽的尺寸為6.05 mm（徑向），6.1mm（圓周）和3mm（軸向（方案1））或者1.5mm（方案2）。成對的槽去除的質量為1.6克和0.75克。

在規定的外環轉速下，在環的單位質量降低的區域內，直徑減少，滾棒保持過盈。對于第一種方案，在24%轉速情況下環與滾棒相配合，而對于第二種方案是在外環最大轉速48%情況下才能保證配合。這些頻率都低于工作頻率范圍，這樣可以預先決定發動機各個狀態使用下的滾棒過盈。

在環與滾棒配合時，如果繼續增加轉速，環的離心力將增加，相對于滾棒的配合，環會在相互垂直方向上繼續拉伸。為了確定環的最大直徑，在環與滾棒配合及繼續增加轉速情況下，對環和滾棒的接觸進行了研究。軸承安裝游隙在0-10微米范圍內，第一種方案槽的配合間隙應不小于40微米，而第二種方案為47微米。此時在外環與滾棒配合情況下，沿橢圓長軸與裝配位置的第二種配合不會出現，這在保證滾棒與兩個環同時接觸情況下，確保了軸間軸承可靠性工作。

3 理論計算

外環高速轉動時，在離心力作用下，通過在兩個徑向區段上的單位長度質量的局部變化實現均勻分布的環（無槽）徑向對稱變形和環在周向上不均勻變形（橢圓化）。如果在這些區段向環附加兩個引向中心的力，并與去除質量的離心力相等。此外，必須要考慮在開槽處環剛性的局部變化。

在軸間軸承樣件95×130×18mm上研究了橢圓化計算方法和環配合參數的確定方法。軸承外環上的兩個徑向區段開設兩個端面槽6.05mm（徑向）、6.1mm（圓周）和1.5mm（軸向）。整環橫截面慣性力矩為0.226×109m4和槽制造區域0.182×109m4。橫截面面積F=0.88×104m2和跑道半徑Rк=0.0605m。單個滾棒質量為mp=4.6×103千克，滾棒數量Z=28個，滾棒轉動軌跡半徑Rp=0.056m。兩個槽上去除金屬質量為m=0.75×103千克。安裝游隙為10微米。

由此，環外形降低將與增加了徑向游隙的徑向均衡膨脹相等，當環裝配到滾棒上時，確定圓周頻率。在環與滾棒配合時出現降低集中力的反作用，并將環橢圓化。

結語

綜上所述，采用去除材料和在端面方向上固定軸承環的方法可以排除滾棒相對于小負載工況下軸承環的滑動，特別對于帶外環轉動或兩個環同時轉動（軸間的）軸承，保證確定的滾棒數量與軸承環在所有使用狀態下的接觸，避免了滾棒滑動故障的發生。

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