航空发动机高速滚子轴承的试验研究

第 ‘1卷 1 9 8 9年 第 2期 4月 航空动力学报 V o l. 4 N o . Jo u rn a l o f A er . Pa , Po w er A Pr il 19 8 9 航空发动机高速滚子轴承的试验研究 沈阳航空发动机研 究所 冯仰园 邵嘉兴 战明学 1 . 探索性试验 为适应我国航空工业发展 , 就要提高发动机主轴的旋转速度 , 而主轴滚 子轴承成为发展的障碍 , 因此提出了研究 仍 , (D 为轴承内径 ~ , 万 为转速 rP m ) 值为 2 . 5 义 ; O气的滚子轴承课题 。先选 用某型发动机涡轮前滚子轴承 E1 0 3 2 9 3 2斓 进行探索性试验 。 首先将 刀J 值提高到2 . 2 义 1。‘, 分解检查 , 基本完好 , 无明显异样 。然后提高到 2 . 5 火 1。‘ , 按大纲试验后分解检查 , 在滚子端面有明显磨痕 。这是滚子不稳定性引起偏扭磨损所致 。 滚子偏扭主要原因 , 一是 由于装配不当或者受外载作用使轴产生弯曲 , 一般称为非直线 性 偏扭 。随着滚子端面磨损 , 偏扭会强烈到使滚子轴线偏转9 0’ , 卡在保持架中 , 致使保持架横 梁折断 , 造成轴承严重破坏 。 滚子的直线性直接影响着滚子的偏扭 , 低速轴承对滚子不作直线性要求 。随着速度的提 高 , 滚子的精度等级也相应提高 , 刀万 值在 l x l。, 以上时 , 滚子一般已采用一级以上精度 , 滚 子 的直线性不作特殊要求 , 通常仍能满足要求 j 八尸值继续提高 , 直线度就必须限止 . 采用带凸度的滚子能减少非直线性对滚子偏扭的影响 , 为了获得好的调整性能 , 必须采 取相对大凸度的滚子 , 当然凸度过大必然局部接触应力偏大 , 影响轴承的疲劳寿命 。 滚子偏扭以旋转偏扭为主因素 , 有滚子 圆角偏差 , 凸度径向偏差 , 及滚子端面轴向偏差 。 2 . 新试验件 试验件 6 D 2 0 0 2 8 3 2入w ,轴承滚子技术要求如下 : 直线度每 1 00 m m 在 0 . OZm m 以下 ; 凸度为 0 . 01 ~ 0 . 0 1 5 , 滚子圆角偏差不大于0 . 02 mln ; 凸度偏差不大于 0 . 00 7m 。 ; 端面轴向偏差不大于 0 . OO3 m m 。此外 , 限制偏扭还采取了其他相应措施 。将滚子在保持架兜几 内的轴向间隙 , 以及滚子与内套圈挡边的间隙选择在合理范围内 , 可限制偏扭的作 用 。其滚子 与挡边的间隙为0 . 05 ~ 0 . 1~ , 滚子与保持架的间隙为 0 . 02 ~ 0 . 1 3~ 。为防止挡边尖端与液 子端面接触和易于形成油膜 , 内挡边做成倾斜55 ‘土 15 , . 高速轴承的润滑和冷却十分重要 。试验后发现滚子和滚道在喷入滑油一端与另一端颜色 有明显差异 , 说明两端温度有差别 。如继续采用喷咀润滑巳不适应 . 在这样高 D*\’ 值下喷射滑 油的穿透性受到限制 , 同时滑油受离心力作用 向外甩出 , 使内圈接触处得不到适当的冷却和 润滑 。如果保持架选用内引导 , 喷咀必然对准外圈间隙处 , 这样对内圈更加不利 。环下润滑为 适应高速轴承而发展起来的 , 新试验件也是按这一原理设计的 . 3 . 对比试验 本试验在高温高速轴承试验器上进行 , 试验参数如下 : 试验轴承转速9 0。〔 ~ z 5 6 2 5 rp m , 径向负荷 3 9 2 0八 ; 供油温度 6 0 ~ 8 0 ℃ ; 回油温度沪 1 7 5 ,C (短期超温笋 2 0 0 ,C ) , 润 滑油‘1 09 合成润滑油 。试验共进行 1 0 0小时 , 2 0小时后分解检查 , 除保持架引导面和 兜孔横梁 处有轻微磨痕外 , 其他皆正常 。继续试验直至累积 1 00 小时后分解检查 , 除内套圈供油槽上两 本文 于 1 9 8 8年1 0 月收到 . 1 8 4 航 空 动 力 学 报 第 4卷 油孔间有一条裂纹外其他都正常 , 滚子保持架外观质量明显优于原轴承 。 试验录取了内外套圈的温度 , 消耗功率以及进回油温度 , 结果示于图 l 、 2 、 3 。 从图 1可见 . 内外套圈温度随转速增加而升高 , 另外 刀万 值相同时轴承 6D2 0 0 2 8 3 2八飞犷:的温 度低 , D’v 值大于 Z x l护差别明显扩大 , 这说明其高速性 良好 。 / 进。, ,、‘度。。3 2 0 3 2、 (环 ; , / / Z 尹 / / “Q〔 ZN W I 川||les|l刻l|ee | selol 八 ℃20101009080706050 22 ,。上11卜别 外套圈 000n U.UnU八U甘八J,3n‘,‘“UOJ87心‘三心‘三,且, .二‘.卫 l , 56 2 0 2 . 2 2 . 3 5 2 . S X I O. 图 l 轴承内外套圈沮度随 DN 值变 化 (进油沮度7 0一容0℃ ) 从图2可见随着毋 值增加功率必然增大 , 但新试件在相同 刀万 值所消耗功率小 , 这明 其动态磨阻特性 良好 。轴承内部结构 、 润滑油路 对功率影 响也不可忽视 , E 1 0 3 2 9 32 八啥 轴承虽 采用环下供油 , 但外套圈带挡边 , 离心力抛到 外套圈的油在挡边处堆积 , 增加搅拌阻力 。 同样从图 3的进回油温差随 刀八, 值的变化 , 也可见 6刀2 0 0 2 8 3 2八飞犷j轴承性能优越 。 关于轴承内套圈出现裂纹 , 主要是的 断裂韧性不能满足要求 , 有的报告提 出 DN 值 为 2 . 峨x 1 0‘是 。 .腼“‘断裂的门槛值〔, 〕, 当然在 环下供油开的油槽和油孔 , 不仅削弱了强度 , 而 且应力集力明显增加 。加上该处有加工引起的烧伤 , 5 6 2 . 0 2 . 2 2 . 3 5 图2 消耗功率与 DN 值变 化 (进油沮度 7 0一 8 0℃ ) D N 2 5 火 I Qr 进油服度 7Q ~ 8 。℃ 原轴承夕 z 5 6 2 . 0 2 . 2 2 . 3 5 2 . 5 又 1 0 . ℃加507060初3020100 图3 滑油进回油沮差随洲 值变 化 (进油沮度7 0 9 ~ 8 0℃ ) 这些也是引起断裂的原因 。 4 . 结论 本文研究了适用于航空发动机的 盯 值为2 . 5 义 l沪的滚子轴承 , 经试验证明 : ( l) 该轴承主要参数选择合理 , 高速性能 良好 , 能适应中等负荷条件下工作 。 ( 2) 应选用环下供油润滑 , 并且结构也应作相应考虑 。 〔3) 高速轴承的断裂应给予重视 。 参 考 文 献 〔,〕R 父h 盯d J. Pa r k o r 尸 Pr二n r T ec 助0 10 ‘y o f R汕 n 吕一E 拓打比 n t E比a d 。 , , N s^ ^ 一N 8 32 0 1 2 1 , 19 8 2 . 2 00 J o u r n a l o f A e r o sPa e e Po w e r V o l . 4 E X PE R IME N T A L IN V E S TIG A n 0 N O F A E R O E N G 刀呵E 卜11口H 一S PE E D R O L LE R B E A R IN G Fe n g Y a n gy u a n , Sha o Jl ax 加g , Zh a n M in g x ue (S加n邓”甘 A ‘r o 口”公认e R 口sea r ch l昨 st奋tu te ) A卫旧T R A C I, A r已沈ar eh w or k for d e v eloPin g ae r o e n g in e h ig h 一 spe ed ro lle r be a r in gs w ith 2 . 5 又 1 05 D N h攀5 be e n e o m Pl e te d . A t firs t , a fr o n t ro lle r be a r in g o f a tu r bin e ro to r o n an e x is tin s e n - g in e w as tes t曰 to e x Pose its d e介e ts as its D N w as e n h a n eed . Th e n , a n e w be a r in g 5 D 2 0 0 ? 8 3 2N W h a s 比e n d es i助 e d to e lim in a te th e these d e介e ts , th e eom 钾ra tiv e tes ts h a v e 比e n ca rr icd o u t, T h e r e s u lts sho w th a t rh e n ew be ar in s can m 忱t th e r e q u ire m e n 妞 ‘ o f th e r o lle r be ar in g w o r k in s a t 2 . 5 又 10 ‘D N , w hen its desi gn Par a 幻。e te rs ar e ch o sen rea so n a bl y. PR IMA R Y E X PE R IME N T A L IN V E S T IG A T IO N O N E R O S IV E B U R N IN G IN A N O Z Z L E L E S S SO L ID PR O PE L LA N T R O CK E T M O T O R Z h an g C h a o ca i , S u n X u q u a n , L u Z hen 幼a n g (N a tio ” a z U n 诬叨r 吕泣ty o f 肠f e”e 口 T 口ch ”成o g y ) A厌汀R A CI , A n e w aPPar a tu s fo r in ves tl助 ti n s th e er os iv e e ha ra c te ris tie s o f the n o z z le less 加lid Pr o pe llan t roc k e t m ot o r b y in 姗r u Pt fo n o f bu rn in g 15 Pr创姆n te d . T h e e r o‘加e e har a ete r is tics o f H T PB c o刃。P谓ite Pr o pe llan t ar e o bta in ed . Th e e uJ , es 夕一t c o刀。训ted w ith the er OSj v e c h arac te risite s a re e om 伸red w ith th e ex 钾rlm en 垃1 d a ta . Th e e x pe rlme n ta l resu lts sh ow th a t th e e ros iv e ehar a ct e r is tscs o f n o Z Zlel e SS rOC ke t m o to r S a te Sim il鱿 to th O Se o f th e ro Ck e t m o to r w ith a n o z z le -