某型航空发动机主轴轴承滑蹭损伤分析及机理研究

发布时间：2020-07-04 20:35

【摘要】：随着航空发动机朝着高转速、高推重比方向发展,主轴轴承作为航空发动机转子系统的关键零部件,其工况条件越来越苛刻,致使轴承滑蹭损伤越加突出,严重影响转子系统的使用性能及可靠性。目前某航空发动机企业旗下一款航空发动机试车,主轴轴承频繁发生滑蹭损伤,工厂采用抛修去除轴承内圈滚道表面的磨损痕迹,再进行附加试车(试车条件不变),轴承滑蹭损伤率明显下降。目前,工厂对于抛修轴承滚道表面质量和滑蹭损伤之间的内在关系尚不清楚,国内外也未见这方面文献报道。因此有必要开展航空发动机主轴轴承滑蹭损伤分析及机理研究,为航空发动机轴承滑蹭损伤保护提供理论指导。本文以某型航空发动机主轴轴承为研究对象,通过对航空发动机轴承及相关部件装配工艺跟踪检查,利用大量数据统计分析轴承滑蹭损伤,由于考虑到滚动轴承滑蹭损伤属于滚道/滚子摩擦磨损范畴,因此在高精度摩擦磨损试验机上,模拟滚道与滚子的接触方式,通过研究不同工况对滚道/滚子摩擦磨损的影响规律,结合摩擦行为和损伤微观分析,揭示滚道/滚子的摩擦磨损机理,具体结论如下:(1)主轴轴承滑蹭损伤与总平衡装配工艺密切相关,试车前总平衡对轴承内圈表面粗糙度影响最大,粗糙度不均匀显著。试车前轴承内圈表面粗糙度R_a为0.045μm~0.065μm范围内,轴承滑蹭损伤率较高。(2)干态,摩擦系数随循环周次变化经历初始、上升(波动)、稳定三个阶段。随着法向载荷逐渐增加,摩擦系数稳定阶段数值逐渐减少。随着滑动频率、表面粗糙度及位移幅值逐渐增加,摩擦系数稳定阶段数值逐渐增加。在较大滑动频率或位移幅值,摩擦系数进入稳定阶段前出现较大幅度波动,这可能归结为摩擦界面产生较多磨屑,排屑不及时,造成摩擦界面不稳定。随着法向载荷、位移幅值、滑动频率逐渐增加,磨损逐渐加剧,表面粗糙度与之相反,其磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损及剥落。(3)油润滑,摩擦系数曲线随循环周次变化呈现“跑合、上升、下降、稳定”四个阶段。随着法向载荷逐渐增加,摩擦系数稳定阶段数值逐渐减少。随着位移幅值逐渐增加,摩擦系数稳定阶段数值逐渐增加。在较大滑动频率或较小位移幅值,摩擦系数进入稳定阶段出现较大幅度波动,这可能归结为摩擦副界面较难形成稳定油膜。随着表面粗糙度逐渐增加,摩擦系数稳定阶段数值逐渐减少,这可能归结为表面越粗糙,摩擦副越容易储油,减摩效果越好。随着法向载荷的增加,磨损逐渐加剧,位移幅值与之相反。磨损机制主要为磨粒磨损及剥落。(4)与干态相比,油润滑状态下的摩擦系数的变化规律增加了“下降”阶段。在干态和油润滑状态,法向载荷和位移幅值对摩擦系数稳定阶段数值的影响规律一致。干态下,摩擦系数稳定阶段数值随着滑动频率的增加而增加,而油润滑工况下,滑动频率对摩擦系数稳定阶段数值的影响不明显。在干态和油润滑状态,随着表面粗糙度增加,摩擦系数稳定阶段数值的变化规律相反。因油膜保护,与干态相比,油润滑的磨损机制为轻微剥落和磨粒磨损。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V263.6
【图文】：

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某航空发动机企业旗下一款航空发动机试车(试车是借助专门的测试设备检验发动机性能、可靠性及耐久性的试验。)，主轴轴承(圆柱滚子轴承)频繁发生滑蹭损伤，造成内圈滚道与滚子发生磨损（图1-1(a)、(b)）。工厂采用抛修去除轴承内圈滚道表面磨损痕迹，然后附加试车（试车条件不变），轴承滑蹭损伤率明显下降。在去除轴承内圈滚道滑蹭损伤痕迹的同时，会造成轴承滚道表面质量发生变化。目前，工厂对抛修后轴承滚道表面质量与滑蹭损伤之间内在关系并不清楚，且国内外文献也未见这方面的报道。(a)内圈滚道 (b)滚子图 1-1 航空发动机试车主轴轴承滚道与滚子滑蹭损伤照片滚动轴承作为航空发动机转子系统的重要零部件，其使用性能好坏直接关乎到航空发动机安全和可靠性。近年来，随着航空发动机朝着高推重比、高转速等方向发展，作为广泛应用的航空发动机的主轴轴承的工作条件变得越来越苛刻，致使主轴轴承出现划伤压坑、滑蹭损伤、受热变形等早期失效，严重影响到轴承的寿命和可靠性。以广泛使用于航空发动机主轴的滚动轴承为例

表面形貌,粗糙度测量,平台

糙度的测量设备是 SJ210 便，然后夹具放在台架上，通承内圈滚道表面粗糙度值。周方向 6 个点(等角度间隔)沿被测轮廓轴向表面方向移可以获得更准确的信息，最同时显示多个表面形貌评价及测量长度，在 0.5 μm 的长据点。粗糙度 Ra选取技术参，0.25 mm/s；采样长度，2.5度 90°，静态测力 4 mN。

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