航空发动机轴承滑蹭损伤与防止措施

航空发动机IEF轴承根据使用原理功能，一般都会采用滚动轴承进行工作，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,造成滚子与内、外环滚道上出现蹭痕和表面局部磨损等,即所谓的“滑蹭损伤”。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,轴承损坏,对转子的工作带来危害,直接影响发动机的正常工作。

一般机械中使用的滚动轴承由于转速低,且始终有负荷作用其上,很少出现打滑现象。但是航空燃气涡轮发动机主轴承却很容易打滑,这是因为:

(1)转速高。在高速作用下,滚子在大的离心力作用下有脱离内环滚道接触的趋势;

(2)负荷小。航空发动机的转子均做得较轻,使作用轴承上的径向负荷小,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,以及转子的不平衡力在某些情况下会抵消一些作用在轴承上的径向负荷,造成轴承的轻载或零载。

这两方面的因素会使得由摩擦产生的拖动力变得很小,甚至为零,这样,就必然会引起轴承打滑,出现滑蹭损伤。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。

轴承出现滑蹭损伤与使用时间无直接关系,有时在发动机工作很短时间内出现,有时却在发动机工作很长时间后才出现。除了轴承的设计、安装与工作条件对轴承是否会出现滑蹭有影响外,发动机的装配工作有时也起到主要作用。例如将涡轮转子吊装到发动机时,为避免涡轮前滚棒轴承的滚棒妨碍吊装,常用凡士林涂在外环与滚棒间,以使滚棒紧贴于外环的滚道上。这样做方便了发动机的装配,但如在低温室外首次试车时,就可能由于凡士林的黏性阻碍了滚棒保持架的正常运动而引发该轴承出现滑蹭损伤。

滚动轴承出现滑蹭后,最常见的结果是表面擦伤磨损,表面剥落等。严重时,由于滚子与内环间产生过大的摩擦热量会使内环膨胀,减小了轴承内部的游隙,将轴承卡死。因此,在航空燃气涡轮发动机主轴承上,应特别注意防止轴承滑蹭。目前,在大多数的设计中,为了减少轴承滑蹭,既可采用减小阻碍滚子保持架运动的阻力的方法,也可采用增加拖动力的方法,或两者同时采用。

采用增加拖动力的措施防止轴承滑蹭

减小轴承游隙,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)即用了小游隙甚至是负游隙来减少打滑;又如WJ6发动机的压气机前滚棒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,消除了滑蹭现象。

但是,采用减小游隙的措施会带来其他严重问题,因此要慎重对待,特别对于处于发动机热端的轴承,更应慎用。

在早期的航空燃气涡轮发动机中,为了解决保持架的平衡问题,多将主轴承的保持架定位于外环,但这种设计易引发轴承出现滑蹭损伤。这是因为当保持架定位于外环时,存在于外环与保持架间的油膜在黏性的作用下妨碍滚棒保持架作正常运动引发打滑而造成的。

如将保持架定位于内环,存在于内环与保持架间的油膜在黏性的作用下将给滚子保持架组合体一个拖动力使其作正常运动。这样,将原定位于外环的保持架改成定位于内环上,不仅减小了阻力,而且还增加了拖动力,显然会减少滑蹭损伤,当然这还须提高保持架的加工精度以提高其平衡度。