排除轴间轴承滚棒滑动故障的方法研究

摘 要：通过对使用中将轴承外环椭圆化的方法研究，确定了轴承配合和装配游隙参数，以达到发动机在所有使用状态下滚棒与轴承环固定接触，进而排除低负载工况下轴间轴承滚棒滑动故障。

关键词：轴间轴承；轴承配合；装配游隙；低负载；离心力；轴承环椭圆化

中图分类号：TK62 文献标识码：A

1 概述

安装在发动机上的轴间轴承，在工作过程中经常出现负载不足滚棒滑动的情况。此外，使用过程中的外环转动时由于离心力作用和滚棒相对于环的压力作用下，轴承间隙增加，轴承工作条件变得恶化。当发动机工作状态变化或飞机过载或机动飞行时，轴承负载会进一步增加。在滚动体与轴承两个环接触时，滚棒开始以等于转子总量一半频率的转速转动，滚棒转速应降低，此时保持架开始拖动滚棒，并在滚棒悬空时与滚棒一起得到很大的速度，进而产生超出规定的动力负载和相对于轴承环的滚棒滑动。正是由于滚棒、环、保持架的磨损从而降低了滚棒的使用期，造成轴承失效。为此，制定了排除滚动体滑动方法并设计了新结构滚棒轴承，从而保证在使用的所有状态下滚棒部分与环的固定接触，这样可以避免滚棒相对于环的滑动。

2 排故方法研究

2.1 排除低负载工况下轴承滚棒滑动方法

其主导思想就是在使用中将外环椭圆化。椭圆化是在离心力作用下，使外环圆周方向上两处单位长度与原始状态有所区别。该方法可以提高轴承使用期限和工作效率，特别对外环转动或两个环同时转动的轴承有效（例如轴间轴承），从而保证一定数量的滚棒与轴承环的接触。

通过滚棒轴承上一个轴承环的径向相对位置设计出与其他部位相比具有较大或较小质量的部位，其中，具有较小质量的部位可以通过去除环材料来保证，具有较大质量的部位可以通过向环上添加配重来保证，在制造环时实现。

该方法应用在某发动机样机上的轴间轴承上，并模拟工作条件进行了试验。在尺寸为95×130×18mm滚棒轴承外环上采用电腐蚀方法在两个径向部位上的相对端面处制造两个槽。每个槽尺寸为6.1×4.2×2.2mm。每个槽质量减少0.375克，而在两个端面上为0.75克。在外环转速13300转/分时，由于环和滚棒离心力的作用，外环开始椭圆化：与原环相比，外环去除质量部位的直径降低4.6微米，而在径向相对方向上直径增加了98微米。

为了实现环椭圆化，外环与安装座应有充足的间隙，使外环与安装座在椭圆大直径上不接触。轴向上应自由装配。外环转动时，其配合处同样也带相同频率转动，安装座直径增加了50微米。此时轴承环与安装座的间隙在转子静止时应为50微米。

2.2 保证滚棒在所有使用状态下过盈时外环与滚棒的配合

为保证轴间轴承在所有转速范围内的可靠性工作，必须要去除金属或局部降低环的刚性。主要分为去除材料和在端面方向上固定轴承环两种方案。在环的两个径向方向上的每个端面设有两个槽。每个槽的尺寸为6.05 mm（径向），6.1mm（圆周）和3mm（轴向（方案1））或者1.5mm（方案2）。成对的槽去除的质量为1.6克和0.75克。

在规定的外环转速下，在环的单位质量降低的区域内，直径减少，滚棒保持过盈。对于第一种方案，在24%转速情况下环与滚棒相配合，而对于第二种方案是在外环最大转速48%情况下才能保证配合。这些频率都低于工作频率范围，这样可以预先决定发动机各个状态使用下的滚棒过盈。

在环与滚棒配合时，如果继续增加转速，环的离心力将增加，相对于滚棒的配合，环会在相互垂直方向上继续拉伸。为了确定环的最大直径，在环与滚棒配合及继续增加转速情况下，对环和滚棒的接触进行了研究。轴承安装游隙在0-10微米范围内，第一种方案槽的配合间隙应不小于40微米，而第二种方案为47微米。此时在外环与滚棒配合情况下，沿椭圆长轴与装配位置的第二种配合不会出现，这在保证滚棒与两个环同时接触情况下，确保了轴间轴承可靠性工作。

3 理论计算

外环高速转动时，在离心力作用下，通过在两个径向区段上的单位长度质量的局部变化实现均匀分布的环（无槽）径向对称变形和环在周向上不均匀变形（椭圆化）。如果在这些区段向环附加两个引向中心的力，并与去除质量的离心力相等。此外，必须要考虑在开槽处环刚性的局部变化。

在轴间轴承样件95×130×18mm上研究了椭圆化计算方法和环配合参数的确定方法。轴承外环上的两个径向区段开设两个端面槽6.05mm（径向）、6.1mm（圆周）和1.5mm（轴向）。整环横截面惯性力矩为0.226×109m4 和槽制造区域0.182×109m4。横截面面积F=0.88×104m2和跑道半径Rк=0.0605m。单个滚棒质量为mp= 4.6×103千克，滚棒数量Z=28个，滚棒转动轨迹半径Rp=0.056m。两个槽上去除金属质量为m=0.75×103千克。安装游隙为10微米。

由此，环外形降低将与增加了径向游隙的径向均衡膨胀相等，当环装配到滚棒上时，确定圆周频率。在环与滚棒配合时出现降低集中力的反作用，并将环椭圆化。

结语

综上所述，采用去除材料和在端面方向上固定轴承环的方法可以排除滚棒相对于小负载工况下轴承环的滑动，特别对于带外环转动或两个环同时转动（轴间的）轴承，保证确定的滚棒数量与轴承环在所有使用状态下的接触，避免了滚棒滑动故障的发生。

参考文献

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