圓柱滾子軸承安裝工藝分析及改進

李鵬杰，袁同燕

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南 株洲412002）

裝配是發動機軸承應用過程中的重要環節，如裝配時滾動體承受沖擊載荷，可能造成滾動體或套圈表面損傷，導致軸承早期失效[1]。一旦失效，會導致發動機轉子失穩，后果不堪設想[2]。因此裝配質量的好壞對軸承的安全可靠運行具有重要作用。

某型發動機在試驗臺試驗后分解，發現支承燃氣發生器的圓柱滾子軸承保持架側梁處可見一處貫穿性裂紋，兩顆滾子脫出，內圈引導邊倒角處可見多處倒三角擦痕和兩處幾百微米大小的撞擊損傷見圖1。經故障分析，保持架斷裂主要原因是裝配不當導致軸承預損傷。通過分析原裝配工藝軸承預損傷的形成原因，本文設計了一套工裝并改進裝配工藝，后續軸承裝配后再出現類似故障。

圖1 軸承結構簡圖及故障外觀

1 裝配工藝及原因分析

安裝要求：軸承外圈組件（包括外圈、保持架、滾子）過渡配合固定在彈支上，內圈安裝在渦輪軸上，設計過盈配合量8～19 μm，見圖2。

圖2 軸承裝配關系示意圖

1.1 原裝配工藝

（1）將軸承內圈加熱160℃保溫15 min后裝入渦輪軸上，使用0.03 mm塞尺檢查內圈是否裝到位。

（2）外圈及保持架組件裝入彈支并安裝在中介機匣內，在滾子表面涂抹凡士林，使得滾子緊靠外圈滾道。

（3）渦輪軸組件加熱100℃保溫15 min后，直接敲擊渦輪軸裝入轉子連接軸。

（4）壓緊鎖緊螺母完成安裝。

1.2 原因分析

文獻[3]中規定了軸承安裝游隙對壽命和載荷產生顯著地影響，裝配需考慮軸承配合和溫升影響。裝配前滾子與內圈之間的徑向間隙a約0.65 μm～0.9 μm（實際測量的徑向游隙 1.3 μm ～ 1.8 μm），當將內圈以過盈配合（設計最大過盈量19 μm）套入渦輪軸，半徑膨脹約5 μm，加熱渦輪軸到100℃，半徑膨脹約23 μm。將渦輪軸裝入轉子連接軸時，a約-27 μm，說明內圈與滾子會干涉。另外滾子在保持架兜孔內有一定自由度，雖然用凡士林涂抹進行了固定，但可能發生個別滾子沒有有效壓在外圈滾道上的情況，個別滾子與內圈之間的間隙a會進一步減少。且渦輪軸與轉子連接軸有兩處過盈配合，強行敲擊子造成沖擊和振動，部分滾子會脫離外圈滾道，進一步加劇損傷見圖1。

2 改進措施及工裝

2.1 改進措施

（1）常溫下進行渦輪軸裝配。

（2）渦輪軸裝配前增加檢查滾子是否緊貼軸承外圈的工序，減少滾子和內圈引導面產生干涉的風險。

（3）直接敲擊渦輪軸方法不當，需設計工裝并改進裝配工藝。

2.2 工裝組成及裝配工藝改進

新設計的工裝主要包括大螺母、拉桿、壓塊、液壓缸等，見圖3。壓塊設計成工字形，與拉桿大間隙配合，方便拉桿在壓塊內孔中上下移動，工字形大端面直徑比接觸的渦輪軸端面直徑稍大些，方便液壓力的傳遞。壓塊上端依次放置液壓缸、大螺母。大螺母與拉桿上端通過螺紋連接成整體。工作原理如下：液壓缸產生液壓力對渦輪軸進行裝配，使得滾子平緩經過內圈引導面，減少沖擊和振動。通過多次工藝試驗發現液壓力5 MPa時，渦輪軸可克服與轉子連接軸處兩處過盈在常溫下裝配到位。

基于新工裝改進裝配工藝，將原裝配工藝工序3修改成以下操作，其余不變。

（1）穿過中心拉桿將拉桿裝入引導套內螺紋，手旋轉拉桿使其裝配到底后再擰松1/4圈（拉桿裝配、分解過程應注意不碰傷渦輪軸端齒）。

（2）穿過拉桿在渦輪軸去材料臺階上安裝壓塊、液壓缸、墊塊及大螺母。

（3）擰緊大螺母至液壓缸伸長量置零后擰松1/4圈螺紋，對渦輪軸打壓，壓力不大于5 MPa，卸除液壓缸壓力，擰松大螺母（每次打壓中液壓缸伸長量應不大于1 mm，目的在于盡可能減少滾子損傷）。

（4）按步驟2反復打壓4～5次至渦輪軸裝配到位。

（5）拆下工裝。

工序1中的引導套內螺紋與圖3中拉桿下端的外螺紋配合，引導套與壓氣機一級葉片盤轉子軸前端的外螺紋配合，使得引導套、拉桿、壓氣機連接成一個整體。通過工序1和2，方便后續拉壓工裝施加液壓力。工序3和4用連續打壓的方式使得渦輪軸克服兩處過盈裝入轉子連接軸。本文有兩個擰松1/4圈，兩者作用不同。工序1目的是防止打壓過程中產生較大軸向力導致壓氣機軸組件與拉桿抱死，工序3中擰松1/4圈受液壓缸最大行程1 mm限制，保護液壓缸不受損壞，

裝配改進后具有常溫裝配到位和液壓力可調節和不會產生沖擊力損害軸承的優勢。

圖3 改進工藝的裝配示意圖

采用上述改進措施后并組織現場操作人員進行培訓，后續發動機裝配后檢查沒有再出現類似軸承損傷。

3 結束語

某發動機的圓柱滾子軸承原裝配工藝中加熱并直接敲擊渦輪軸容易導致軸承預損傷，通過設計工裝和常溫裝配工藝解決了裝配預損傷，建議今后其他類型軸承裝配注重溫升對軸承安裝影響和設計實用簡便工裝，減少人為因素影響。