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防止轴承滑蹭损坏的措施和减小阻力增大拖动力的方法|陈光谈航发205

2018-12-12 22:10 来源: 航空之家

防止轴承滑蹭损坏的措施和减小阻力增大拖动力的方法|陈光谈航发205

防止轴承滑蹭损坏的措施

滚动轴承在工作时,滚子应在内外环滚道上作纯滚动,但在航空燃气涡轮发动机的主轴承(即支承压气机、涡轮转子的轴承)中,却常会出现打滑,形成滑动摩擦。

由于滑动摩擦系数大于滚动摩擦系数,加上某些外来因素使得滚子与内外环滚道上形成干摩擦,引起滑蹭损伤———滚子内、外环滚道上出现蹭痕、表面局部磨损等,轴承一旦出现滑蹭损伤,表面光洁度被破坏,摩擦系数加大,加速了磨损过程,使滚子直径变小,滚道上出现不均匀的槽痕,使轴承损坏,且对转子的工作带来危害。

滚动轴承工作时,有拖动保持架 滚子组合体运动的拖动力与阻碍该组合体运动的阻力。当拖动力大于阻力时,滚子在内外环间作纯滚动;反之,当拖动力小于阻力时滚子就不会作纯滚动而产生打滑现象。

作用于保持架 滚子组合体的拖动力主要是轴承在外负荷作用下滚子在内外环滚动间的摩擦力;当保持架定位于内环上时,保持架与内环间的滑油油膜还能产生部分拖动力。

而阻碍保持架滚子组合体运动的阻力则有:保持架 滚子的重量惯性力、滑油在轴承内的扰动力、保持架与外环滚道间的油膜黏性阻力(如保持架定位于外环时)等。

一般机械中使用的滚动轴承由于转速低,始终有负荷作用其上,很少出现打滑现象。但是航空燃气发动机主轴承却很易打滑,这是因为转子轻,作用轴承上的径向负荷小,再加上飞机作机动飞行时会在某些情况下,使作用于轴承上的负荷更小,甚至出现零载,因而由摩擦产生的拖动力变得很小,甚至为零。

对于滚珠轴承,由于它还要承受轴向载荷,所以一般不易打滑,但是如果在飞行包线内,转子的轴向负荷变向的话,在变方向的前后瞬间,轴承也会出现轻载、零载,引起打滑。

斯贝发动机的民用型MK512在工作中,作用于低压转子的止推滚珠轴承的轴向负荷的方向不发生变化,但在它军用改型 MK202中,由于飞行包线大大扩大,即飞行高度由民用型的10km变为20km,飞行马赫数由民用型0.8左右变为2.2,在工作中出现作用于该轴承的轴向负荷会变方向,n2/√T1=644时(n2为高压转子转速,T1为发动机进口空气温度),作用于轴承上的负荷为零,大于或小于644时,作用力的方向相反,因而出现了严重的打滑现象。

从另一方面看,航空燃气涡轮发动机转子转速高,滚动轴承的 DN值一般都大于 1.0×106(D 为轴承内径,mm;N为转速,r/min),滚动轴承在高转速下工作,滚子在高转速很大离心力的作用下,有与内环滚道分离的趋向,无法产生拖动力。

由于发动机主轴承有这两个特点,因而容易产生打滑。因此,在现有发动机中,如不采用防滑措施,绝大多数主轴承均会打滑,且产生滑蹭损伤,对发动机的正常、可靠的工作构成威胁。

阻止主轴承打滑的措施有两大类,即减小阻力与增大推动力。

4.5.1 减小阻力

(1)采用轻质材料作保持架,例如用重量轻的中硬度钢 AISI4340,采用空心滚子(这是一项当前正在研究的措施,尚未在发动机中得到应用)等以降低保持架 滚子的惯性力。

(2)保持架不定位于外环上。在高速轴承上,为了使保持架在工作中逐渐达到完全平衡,一般将保持架定位于外环上,但它却增加了阻碍保持架 滚子组合体运动的阻力。为防止轴承出现滑蹭损伤,不应将保持架定位于外环。

(3)改善滑油在轴承内的流动情况,减小滑油的扰动力。

RB211 22B 发动机于1972年4月投入航线使用,但到同年的10月,发现低压转子的止推滚珠轴承(为中介轴承)出现了四次滑蹭损伤,为消除打滑,将原定位于外环的保持架改为定位于内环,同时,在保持架内径处(即与内环滚道相邻的环面上)开了许多槽道,以使滑油顺利地流过轴承内,避免产生滑油的扰动,如图79所示。

防止轴承滑蹭损坏的措施和减小阻力增大拖动力的方法|陈光谈航发205

图79、 RB211风扇转子中介滚珠轴承的改型设计

增加拖动力

(1)减小轴承的游隙,使滚子在离心力作用下仍能保持与内环滚道的接触。例如 CFM56发动机支承高压涡轮的滚棒轴承(中介轴承)即用了小游隙来减少打滑;又如 WJ6发动机的压气机前轴承在长期试车中出现严重的滑蹭损伤后,将该轴承的游隙由0.070~0.095mm减小为0.045~0.065mm,消除了打滑现象。

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