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航空发动机用高速滚动轴承性能考核及失效分析

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本文作者针 对航 空发动机用高速滚动轴 承的运转 状态及工况条件 的特殊性 ，介 绍了一种应用 多传感器 进行测量的轴承监控 和性能考 核系统 ，通过综合测量
对轴承温度 的监测 ，由于传感器的限制 ，对轴承 滚 动体 和内圈的监测 比较 困难 ，一般把温度传感器贴
近轴承外 圈。轴承温度变化是缓慢过程 ，对轴承早期 轻 微的失 效不 敏感 ，只有 轴 承 已发 生 较严 重 的失效 时 ，轴承温升才会发生较急剧变化 。 振动监测分 为对轴系 的监测和对机体振动加速度 的监测 。轴 系振动信号是最直接反映轴承运转状态及 失效 的信号 ，轴承失效 可 以立 即引起 振动状 态变 化。 对轴 系振动监测一般是将测得 的两路轴系振 动信 号计 算 并绘 制出轴 系的轴 ＇ 图。轴 轨迹图 的形状 和 １ ２ 、 轨迹 １ ２ 、 ＇ 大 小可反 映出轴 系和轴承 的许 多 独特 的性 质和状 态 ，
郑德志 王黎钦 古 乐 魏勇强
（ 哈尔滨工业 大学机 电工程学院
黑龙 江哈尔滨 １００ ） ５ ０ １
摘要：针对工作在高温 、高速 、重载等极限工况条件下的航空发动机用滚动轴承的运转状态的特殊性 ，介绍了一种 应用多传感器进行测量的轴承监测及性能考核 系统。并对该种工况下工作轴承的主要失效形式进行了分析 。通过测量轴 承运转时多种反映其工况的特征信号 ，实现了对轴承的运转状态和故障发生 、发展 的过程 的监控 。 关键词：滚动轴承 ；极 限工况 ；监测 ；失效形 式
中图分类号 ： Ｈ ３． ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：０５ ０５ （０ ６ Ｔ １３ ３４ ２ ４— １０ ２ ０ ）７— ５ — ０１ ３
Ｍ ｏ ｉｏ ｉ ｇ ａ ｉ ｒ ａｙ ｉ ｆＨｉ ｈ Ｓ ｅ ｄ Ｒｏ ｌ ｇ ｎ ｔ ｒｎ ｎｄ Ｆａ ｌ ｅ Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｇ ｐ ｅ ｌｉ ｕ ｎ Ｂｅ ｒｎｇ ｆ ｒ Ａｅ ｏ ｎ ｉ ｅ ａ ｉ ｏ ｒ ｅ ｇ ｎ
随着航空航天技术 的进步 以及科技 的发展 ，对极 苛刻工况下 的轴承 的需求 Ｅ趋迫 切口 。航空发动机 ｌ ］
用滚 动轴承 的性能好 坏直接影 响到 轴系 的运 转状态 ，
高温高速轴 承由于运转条件 的特殊性 ，失效形式
有别于常规轴承 。对于高温高速滚动轴承来说 ，其 主 要失效形式有 ：滚道 表面 烧伤 、磨 损 、滚 动体 回火 、
轴 承滚动体 打滑 ；滚道表 面疲 劳剥落 、保 持架变 形／
进而影响 到发 动机 的性 能 。这 类轴 承 大多运 转 在 高 温 、高速 、重载工况下 ，由于轴承性 能的离散性 ，对 这类轴承运转状态 的监测在轴承性能考核和可靠 使用 中都具有重要意义 。对于高温高速轴承 ，由于其运转
工况 的特殊性 ，对其监测和性 能考核的理论及方法 与 常规轴承相 比有较大 的差异 ，对其失效研究 也有待深
入。
断裂等。失效造成 的直接结果是温度升高 、振动加 大
或振动状 态发生 变化 、轴 系功率消耗加大 、轴心轨迹 形 状发生变化 。根据轴承的主要失效形式 ，选择合 适 的监测信号及监测位置是对轴承进行可靠 监测的关
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航空发动机用高速滚 动轴承性能考核及失效分析
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某型航空发动机压气机滚棒轴承失效故障分析

某型航空发动机压气机滚棒轴承失效故障分析

某型航空发动机压气机滚棒轴承失效故障分析
刘杰薇;侯明;刘振臣
【期刊名称】《长沙航空职业技术学院学报》
【年(卷),期】2024(24)2
【摘要】以某型航空发动机压气机的滚棒轴承为研究对象,针对整机试验时,振动突增、膜盘联轴器连接轴断裂的问题。

首先根据检验理化分析及振动数据分析的结果,确定了“滚棒轴承损坏”是导致故障的直接原因。

再结合故障树对可能引起轴承损坏的各种原因进行排查,最后通过中心拉杆变形量分析、模态试验与弹支振动应力数据分析,确定“轴承预紧力偏小引起转子失稳”为故障的根本原因。

揭示了故障发生的机理过程,确定了故障原因,并提出发动机装配过程中,关注中心拉杆变形量的同时还需考虑叶片盘的轴向变形,为其他型号的设计及装配提供参考。

【总页数】6页(P9-14)
【作者】刘杰薇;侯明;刘振臣
【作者单位】中国航空发动机集团湖南动力机械研究所;中国航空发动机集团航空发动机振动技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V231.96
【相关文献】
1.某型航空发动机压气机四级转子叶片失效分析
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3.某型航空发动机减速器轴承失效故障分析与排除
4.2404730504型推力滚针轴承失效原因分析
5.某型发动机压气机前轴承故障分析
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滚动轴承常见失效形式及原因分析

滚动轴承常见失效形式及原因分析

滚动轴承常见失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。

一，疲劳剥落疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。

滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。

点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。

疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面。

轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。

这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。

目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：>>>>1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。

>>>>2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。

>>>>3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。

疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。

具体因素如下：（1）制造因素a.产品结构设计的影响产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。

航空发动机高速球轴承动态特性分析

航空发动机高速球轴承动态特性分析


王黎钦 , 崔立 , 郑德志 , 古乐
(哈尔滨工业大学 机电工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150001)
Analysis on Dynamic Characteristics of Aero2engine High2speed Ball Bearings
Wang Liqin , Cui Li , Zheng Dezhi , Gu Le (School of Mechat ronics Engineering , Harbin Instit ute of Technology , Harbin 150001 , China)
王黎钦等 :航空发动机高速球轴承动态特性分析
1463
δcp2
= δcr2 -
R2 2
+
( - co sθy sinθz X + co sθz Y + sinθy sin θz Z) 2 + ( sin θy X + co sθy Z) 2
(10)
ψ = arcco s
X [ sinθy co sθy - sinθy sinθz co sθz - sinθy co sθy ( sinθ2 ) 2 ] R2 [ (co sθy ) 2 + (co sθz ) 2 ]
(11)
式中 : X = xc - X2 + S ; Y = yc - Y2 + R2 co s ψ; Z = zc - Z2 + R2 sin ψ;δcr2 为保 持架 和引 导套 圈之 间 的初始间隙 ; R2 为保持架引导面半径 ; S 为保持 架半宽 。可由 δcp2 和 表面 粗糙 度的 关系 判定 保 持架和引导 套圈之 间是 流体动 力润 滑还 是干 接触 :
航空发动机主轴承失效研究

航空发动机主轴承失效研究

航空发动机主轴承失效研究摘要：本文从剖析轴承打滑机理出发，列举实例给出防止高速轴承打滑的措施；并结合该系列航空发动机主轴承结构特点和装配工艺方法，给出该系列航空发动机主轴承打滑故障可行的控制措施。

关键词：航空发动机主轴承打滑高速轴承控制措施1背景航空发动机的主轴承时常运行在高速大幅度变载荷工况下，是滚动轴承在极端苛刻及特殊工况下应用的典型代表。

高速滚动轴承运行过程中发生的打滑现象会引起轴承内外环滚道和滚动体表面的磨损和早期失效，这会对滚动轴承的正常工作产生极大的影响，从而严重威胁航空发动机的安全运行。

涡桨发动机采用典型的1-2-0三支点支承方案，发动机主轴承分为压气机前轴承、压气机后轴承、涡轮轴承三种。

该系列发动机主轴承的失效部位基本集中在涡轮轴承上，失效的形式以打滑为主。

因此明确航空发动机主轴承的打滑机理，并加以控制，降低打滑故障的发生率，对航空发动机的正常使用有着重要意义。

2 轴承打滑分析2.1 轴承内的拖动力与阻力轴承的内部存在一个滚动体与保持架组件，它是轴承在承受载荷情况下能够稳定安全运行的关键。

内环旋转和外环静止的轴承在承受合理的最小载荷的情况下，滚动体与保持架组件会沿着轴承顺时针从非承载区移动至承载区，在经过加速变换区间，滚动体与保持架组件刚好满足预先设计的力学要求，之后滚动体与保持架组件会由速度平稳区进入减速区，完成一次运行。

滚动体与保持架组件在轴承正常工作状态下主要受到驱动其自身运动的拖动力和阻碍其自身运动的阻力。

拖动力的来源主要有两方面，一方面是轴承在承受载荷情况下，滚动体在内外环间受到的摩擦力；另一方面是当保持架定位于内环时，保持架与内环之间的滑油油膜粘性力产生的拖动力。

阻力的来源主要有三方面，一方面是滚动体与保持架组件的惯性力；另一方面是滑油在轴承内的扰动带来的阻力；还有一方面是保持架定位于外环时，保持架与外环之间的滑油油膜粘。

2.2 打滑机理高速滚动轴承运行过程中，在轻载或者过量的润滑条件下，由于拖动力不足或阻碍滚动体与保持架组件运动的阻力大，会使得滚动体与内外环各接触点之间产生的线速度差异，此时，在两接触体之间不再是纯滚动而是出现滑动现象，该现象即为打滑。