感應加熱技術在航空軸承分解工藝中應用

摘要：本文主要介紹了感應加熱技術在航空軸承分解工藝中的應用。通過技術分析和方案研究，設計并制造了航空軸承內環電感應分解設備。經過實驗，該設備工作穩定；節能；溫度易控和調節；升溫快；效率高；具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：航空軸承內環 感應加熱 硬度

引言

在航空發動機結構中，高壓壓氣機轉子后軸承屬主軸軸承，工作時支撐著發動機的高速旋轉轉子，屬高速旋轉件，亦是關鍵件，工作時最高轉速達17626r/min，對發動機的安全可靠工作起著非常重要的作用。高壓壓氣機轉子后軸承為內圈無擋邊的圓柱滾子軸承，軸承內環與高壓壓氣機轉子軸頸過盈量最大達到0.038mm，其主要分解工藝方法是采用拔卸工具。因此，在常溫下任何分解操作不當都易造成高壓壓氣機轉子后軸頸外表面產生嚴重拉傷、拉溝、甚至報廢，嚴重影響航空發動機的生產交付。

感應加熱是一種典型的電加熱。主要是利用電磁感應的方法在被加熱工件的內部產生電流（即渦流），通過渦流產生的渦流熱來加熱工件。該方法具有加熱效率高、節能；溫度易控制和調節；升溫快；無明火，可控性好等優點。特別適用于圓筒形導電物體的加熱，在軸承分解中使用方便。

1.感應加熱原理及設備參數選擇

1.1感應加熱的基本工作原理

如圖1所示，導電物體被置于交變電磁場中，利用電磁感應的渦流及磁滯所產生的熱量加熱，它是電磁感應、渦流的集膚效應及熱傳遞三項基本原理的實際應用。集膚效應表明：電流或電壓以頻率較高的電子在導體中傳導時，會聚集于導體表層，而非平均分布于整個導體的截面積中。頻率越高，趨膚效用越顯著。電流在表面流動，中心則無電流。同時，渦流的電流密度由物體的表面向內部方向按指數規律衰減。

1.2分解工藝方法

由于高壓壓氣機轉子后軸承內環感應加熱后，向軸頸傳遞熱量較快，因此分解過程應迅速。通過研究分析，若在加熱過程中，將高壓壓氣機轉子后軸頸置于豎直向下，軸承內環感應加熱后在自重作用下能夠實現自動脫落。采用該方式，保證軸承內環分解迅速，不會造成高壓壓氣機轉子后軸頸外表面產生機械損傷。但加熱后應保證軸承內環溫度不能超過最高允許溫度。

1.3設備基本參數確定

感應加熱器的設備參數一般根據工藝要求的功率、軸承內環的外形尺寸、材料性能等來計算線圈的匝數、導線的截面、加熱頻率大小及磁路的結構等。

1.3.1 線圈匝數

因影響因素較多，常采用如下經驗公式來確定線圈的匝數：

3.檢測

3.1殘磁檢測

對于航空軸承而言，若殘磁量較大，對航空發動機的安全使用存在很大隱患。不同于電阻加熱、電弧加熱等其它加熱方法，軸承內環經過感應加熱后存在殘磁。經檢測，軸承內環殘磁值符合GJB 269A-2000《航空滾動軸承通用規范》中，軸承外徑﹥50～120mm，殘磁最大值不大于0.6mT的規定。

3.2硬度檢測

為了檢測高壓壓氣機后軸承內環在感應加熱后機械性能的變化情況，本論文對實驗件進行了硬度檢測。檢測結果表明，軸承內環感應加熱前、后，硬度無明顯變化。并符合GJB 269A-2000《航空滾動軸承通用規范》中，同一零件的硬度差不超過1HRC的規定。

結束語：

本論文研制的中頻感應加熱設備，工作穩定，體積小，經加熱后的軸承內環殘磁值小于0.2mT，表面硬度無明顯變化，完全符合GJB 269A-2000標準。該設備除用于小型軸承的分解外，也可用于其它具有類似配合的導電工件分解，如隔圈、軸外襯套等，并廣泛用于汽車、機床、鐵路等行業。

參考文獻：

[1]王建華等.電氣工程師手冊，機械工業出版社.2006.10

[2]彭開武.安景灝，感應加熱在軸承裝卸上的應用.信息產品與節能[J].1999（2）[3]電工基礎教程.電子工業出版社.2007.4