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航空發(fā)動機軸承根據(jù)使用原理功能，一般都會采用滾動軸承進行工作，由于滑動摩擦系數(shù)大于滾動摩擦系數(shù)加上某些外來因素使得滾子與內(nèi)、外環(huán)滾道上形成干摩擦引起滑蹭造成滾子與內(nèi)、外環(huán)滾道上出現(xiàn)蹭痕和表面局部磨損等即所謂的“滑蹭損傷”。軸承一旦出現(xiàn)滑蹭損傷表面光潔度被破壞摩擦系數(shù)加大加速了磨損過程使?jié)L子直徑變小滾道上出現(xiàn)不均勻的槽痕軸承損壞對轉(zhuǎn)子的工作帶來危害直接影響發(fā)動機的正常工作。
一般機械中使用的滾動軸承由于轉(zhuǎn)速低且始終有負荷作用其上很少出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。但是航空燃氣渦輪發(fā)動機主軸承卻很容易打滑這是因為:
(1)轉(zhuǎn)速高。在高速作用下滾子在大的離心力作用下有脫離內(nèi)環(huán)滾道接觸的趨勢;
(2)負荷小。航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)子均做得較輕使作用軸承上的徑向負荷小加上飛機作機動飛行時會在某些情況下使作用于軸承上的負荷更小甚至出現(xiàn)零載以及轉(zhuǎn)子的不平衡力在某些情況下會抵消一些作用在軸承上的徑向負荷造成軸承的輕載或零載。
這兩方面的因素會使得由摩擦產(chǎn)生的拖動力變得很小甚至為零這樣就必然會引起軸承打滑出現(xiàn)滑蹭損傷。對于滾珠軸承由于它還要承受軸向載荷所以一般不易打滑。
軸承出現(xiàn)滑蹭損傷與使用時間無直接關(guān)系有時在發(fā)動機工作很短時間內(nèi)出現(xiàn)有時卻在發(fā)動機工作很長時間后才出現(xiàn)。除了軸承的設(shè)計、安裝與工作條件對軸承是否會出現(xiàn)滑蹭有影響外發(fā)動機的裝配工作有時也起到主要作用。例如將渦輪轉(zhuǎn)子吊裝到發(fā)動機時為避免渦輪前滾棒軸承的滾棒妨礙吊裝常用凡士林涂在外環(huán)與滾棒間以使?jié)L棒緊貼于外環(huán)的滾道上。這樣做方便了發(fā)動機的裝配但如在低溫室外首次試車時就可能由于凡士林的黏性阻礙了滾棒保持架的正常運動而引發(fā)該軸承出現(xiàn)滑蹭損傷。
圖1、作用于某戰(zhàn)斗機發(fā)動機轉(zhuǎn)子滾珠軸承上的軸向負荷隨飛行高度(H)與Ma的變化情況
滾動軸承出現(xiàn)滑蹭后最常見的結(jié)果是表面擦傷磨損表面剝落等。嚴重時由于滾子與內(nèi)環(huán)間產(chǎn)生過大的摩擦熱量會使內(nèi)環(huán)膨脹減小了軸承內(nèi)部的游隙將軸承卡死。因此在航空燃氣渦輪發(fā)動機主軸承上應(yīng)特別注意防止軸承滑蹭。目前在大多數(shù)的設(shè)計中為了減少軸承滑蹭既可采用減小阻礙滾子保持架運動的阻力的方法也可采用增加拖動力的方法或兩者同時采用。
采用增加拖動力的措施防止軸承滑蹭
減小軸承游隙使?jié)L子在離心力作用下仍能保持與內(nèi)環(huán)滾道的接觸。例如CFM56發(fā)動機支承高壓渦輪的滾棒軸承(中介軸承)即用了小游隙甚至是負游隙來減少打滑;又如WJ6發(fā)動機的壓氣機前滾棒軸承在長期試車中出現(xiàn)嚴重的滑蹭損傷后將該軸承的游隙由0.070~0.095mm減小為0.045~0.065mm消除了滑蹭現(xiàn)象。
但是采用減小游隙的措施會帶來其他嚴重問題因此要慎重對待特別對于處于發(fā)動機熱端的軸承更應(yīng)慎用。
在早期的航空燃氣渦輪發(fā)動機中為了解決保持架的平衡問題多將主軸承的保持架定位于外環(huán)但這種設(shè)計易引發(fā)軸承出現(xiàn)滑蹭損傷。這是因為當保持架定位于外環(huán)時存在于外環(huán)與保持架間的油膜在黏性的作用下妨礙滾棒保持架作正常運動引發(fā)打滑而造成的。
如將保持架定位于內(nèi)環(huán)存在于內(nèi)環(huán)與保持架間的油膜在黏性的作用下將給滾子保持架組合體一個拖動力使其作正常運動。這樣將原定位于外環(huán)的保持架改成定位于內(nèi)環(huán)上不僅減小了阻力而且還增加了拖動力顯然會減少滑蹭損傷當然這還須提高保持架的加工精度以提高其平衡度。
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