如果你是一個(gè)正在準(zhǔn)備入職航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)所的職場(chǎng)新人，設(shè)計(jì)所的各個(gè)部門都在向你招手，請(qǐng)問你會(huì)心儀哪一處呢？

當(dāng)然了，這肯定會(huì)牽扯到你在大學(xué)里學(xué)習(xí)的專業(yè)，你的興趣，你的愛好，你的能力等等，但是聽我一句勸，千萬(wàn)別去軸承設(shè)計(jì)部門，不然未來可有你受的。

軸承，航空發(fā)動(dòng)機(jī)里的關(guān)鍵零件

軸承可能各位朋友都見過，最常見的軸承大概就是下面的這個(gè)樣子，一般包括內(nèi)環(huán)（內(nèi)圈）、外環(huán)（外圈）、滾珠/滾棒（滾珠為球狀，滾棒為棒狀，可以統(tǒng)稱為滾子）、保持架等結(jié)構(gòu)組成，世界上比較著名的軸承生產(chǎn)制造商有瑞典的SKF公司和德國(guó)的FAG公司，而中國(guó)比較著名的軸承生產(chǎn)商則包括哈軸和洛軸等。

軸承是工業(yè)中很常見的一種零件

常見軸承的結(jié)構(gòu)

那么航空發(fā)動(dòng)機(jī)里面為什么會(huì)用到軸承這個(gè)零件呢？？

首先，我們要知道軸承的功能是什么，軸承的功能用專業(yè)術(shù)語(yǔ)來講，就是在不約束物體特定某個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)自由度的同時(shí)，還能夠控制兩個(gè)物體之間的位置關(guān)系，說人話就是：讓一個(gè)物體在我需要他轉(zhuǎn)動(dòng)的地方老老實(shí)實(shí)地轉(zhuǎn)動(dòng)，而不是轉(zhuǎn)著轉(zhuǎn)著就不知道轉(zhuǎn)到哪里去了。

所以你看軸承的內(nèi)圈和外圈之間實(shí)際上是可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的，但是如果你想讓內(nèi)圈上下左右平移卻根本無法做到，這就是軸承中的“動(dòng)”與“不動(dòng)”。

而航空發(fā)動(dòng)機(jī)里面有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的大部件，叫做轉(zhuǎn)子，這些轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很高，往往會(huì)達(dá)到一兩萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘，但是發(fā)動(dòng)機(jī)本身是不轉(zhuǎn)的，所以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分要轉(zhuǎn)，一部分不轉(zhuǎn)，這兩個(gè)部分之間就一定要有一個(gè)交界面，這個(gè)交界面就是軸承。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)與不轉(zhuǎn)動(dòng)的部件

換言之，我們需要一個(gè)部件來牢牢地攥住高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，既要讓他正常旋轉(zhuǎn)，又不能讓它飛走，這個(gè)部件就是軸承。

軸承到底是怎么工作的？

為了要搞清楚航空發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承有多難設(shè)計(jì)，我們先不去說航空發(fā)動(dòng)機(jī)有多高的轉(zhuǎn)速、多么惡劣的工作環(huán)境，我們先要了解一件事情：軸承到底是怎么工作的？

普通人理解的軸承工作過程應(yīng)該跟下面這個(gè)動(dòng)圖差不多：

普通人理解的軸承運(yùn)動(dòng)的方式

就是很多個(gè)滾子支撐著外環(huán)，外環(huán)轉(zhuǎn)起來，就帶動(dòng)著所有的滾子開始轉(zhuǎn)動(dòng)——也就是說所有的滾子都會(huì)滾動(dòng)在內(nèi)外環(huán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)起來，所以他們都是均勻受力，而且整個(gè)軸承都會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)地嚴(yán)絲合縫。

但是事情真的是這樣嗎？顯然不是。

比如說我們用汽車舉例。汽車的車軸上也會(huì)使用軸承，但是顯然，四個(gè)車輪不僅需要轉(zhuǎn)動(dòng)，還需要承載整個(gè)汽車的重量，所以承載車軸的軸承還會(huì)受到一個(gè)豎直方向上的力，而在這個(gè)豎直方向的力的作用下，軸承的受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是上面這張動(dòng)圖里面那么地簡(jiǎn)單明了。

汽車車軸使用的軸承

我們看看下面這張圖，是軸承在真實(shí)工作狀態(tài)下的受力，可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檩S承承載的物體往往會(huì)受到豎直方向上的力，所以每個(gè)滾子受到的力并非是均勻的。

真實(shí)情況下軸承的受力

而且在很多情況下，由于軸承需要允許滾子的受熱膨脹，因此內(nèi)環(huán)、滾子還有外環(huán)，三樣?xùn)|西并不是僅僅貼在一起的，而是在彼此之間留有一定的空隙，在豎直方向的力的作用下，很有可能軸承一圈數(shù)十個(gè)滾子，真正接觸的只有幾個(gè)。比如說下圖中，只有三四個(gè)滾子被內(nèi)外環(huán)壓緊，所以軸承內(nèi)外環(huán)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，只會(huì)帶動(dòng)這四個(gè)滾子滾動(dòng)起來。

軸承往往只有幾個(gè)滾子會(huì)受力

那么其他滾子呢？難道就在那兒罷工不動(dòng)了？

我們只要打開軸承，就會(huì)發(fā)現(xiàn)往往滾子并不是一個(gè)挨一個(gè)地?cái)D在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，而是又類似于豌豆莢一樣的東西包裹著滾子，我們可以通過下面兩張圖，分辨出來帶保持架和不帶保持架的滾子分別是什么樣的。

而所有滾子一起運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)景應(yīng)該是這樣的：內(nèi)環(huán)和外環(huán)只壓緊了三五個(gè)滾子，帶動(dòng)這幾個(gè)滾子開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并且撞擊保持架，使保持架轉(zhuǎn)動(dòng)起來，轉(zhuǎn)動(dòng)起來的保持架又去撞擊其他滾子，最后才一起運(yùn)動(dòng)起來。

另外，對(duì)于某些滾棒軸承而言，保持架并不是會(huì)乖乖地呆在內(nèi)外環(huán)之間，而是有可能上下浮動(dòng)，所以保持架還有可能跟軸承內(nèi)外環(huán)發(fā)生碰撞。

滾棒軸承和其中的保持架

所以軸承工作起來簡(jiǎn)單說就是一個(gè)字，“亂”：你壓我，我撞你，你撞他，他還撞他，幾十個(gè)零件就是在這小小的空間里面上演全武行，并且這可是在每秒鐘幾百轉(zhuǎn)的極高轉(zhuǎn)速下互相撞擊，所以軸承的困難之處就源于此。

下面我們接著看——為什么千萬(wàn)不要去設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承（下）