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(dāng)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(dāng)然這還須提高保持架的加工精度以提高其平衡度。