航空发动机主轴滚动轴承的技术进展

航空发动机振动故障诊断技术及发展趋势摘要：振动故障是航空发动机在使用中最容易出现的故障种类之一，其不仅会严重影响航空发动机的运行安全，同时还会降低航空发动机的使用寿命。

因此文章对航空发动机使用中的常见振动故障进行了分析研究，例如转子故障、气流激振振动故障、发动机结构元件故障等等，并进一步探讨了现阶段常用的故障诊断技术和发展趋势，以供参考。

关键词：航空发动机；振动故障诊断；状态监测引言随着科学技术的快速发展，航空发动机的推力、转速、动强度等显著提高，导致发动机零部件的振动载荷不断增加，振动引起的故障显著增多；此外，发动机结构日趋复杂且质量不断减轻，其对安全性和可靠性的要求亦随之增高。

因此，发动机振动状态及振动特征的精准识别是判断发动机有无故障的主要手段，且振动是航空发动机的一个重要监控参数，发动机在进行试验时，需要解决各种振动问题，如果发动机出现振动异常而不及时加以检查排除，就有可能造成严重的后果[1]。

因此，航空发动机振动故障诊断一直都是航空发动机试验测试中的一个重要研究课题。

1航空发动机整机振动故障原因分析航空发动机整机振动故障的原因较为复杂，通常是多种综合因素下共同导致的结果。

对此，理清航空发动机结构类型，梳理其整机振动的规律，对于寻求解决振动故障提供了直接有效的参考，也是当下航空飞机安全运行中发动机设备研发创新的重要任务。

基于国内外航空发动机研究的相关文献，结合航空发动机运行的实际情况，阐述当前民航和军用航空飞机中较为常见几种航空发动机整机振动故障类型和故障原因。

1.1转子故障（1）转子不平衡故障。

在航空发动机中，转子结构是指发动机内部轴承支撑着的旋转体，依照发动机运行原理主要是依托转子和轴承的相互关系。

转子在较高频率的转速下会出现转子不平衡，如静不平衡、偶不平衡和动不平衡等。

转子不平衡故障的检测技术主要是检测发动机的转速、频率、转速平方和航空飞机的载荷关系，当前者参数相同、后者参数呈正比，则表现转子出现不平衡故障。

第一章绪论第一章绪论1.1前言1.1.1课题研究的目的及意义航空发动机，是一种具有高度复杂性的动力装置，为航空飞行器提供飞行所需动力。

作为航空飞行器的核心组成部分，直接影响飞机的安全性及经济性，同时也是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。

随着发动机日益朝着大推重比、高可靠、长寿命、低能耗等方向发展[1]，作为发动机关键零部件件的主轴后轴承的工作条件也变得越来越苛刻，主要表现在轴承的DN (轴承内径(mm)×转速(r/min))值越来越大，一般认为DN 值超过0.6×106mm•r/min 的滚动轴承即为高速轴承，而近代航空发动机主轴轴承DN 值甚至已达到3×106mm•r/min 左右[2]。

如图1.1所示，航空发动机主轴6套滚动轴承中，后轴承长期服役于高速轻载工况下，除了正常的疲劳磨损外，更多情况是因打滑引起的摩擦磨损。

打滑会造成轴承磨损、蹭伤、裂纹、剥落、塑性变形以及胶合等损伤，进而造成轴承的早期失效，严重影响到轴承的寿命和可靠性[3]。

据统计后轴承因打滑造成的失效可达到33.46%[4]，已成为后轴承失效的重要因素。

轴承打滑即轴承运行过程中，在高DN 值、在极轻的径向接触载荷下（或在过量的润滑条件下），由于离心力、惯性力及系统阻力的影响，导致滚子与内圈滚道间的油膜牵曳力减小，滚子与内外圈滚道各接触点的线速度存在差异，此时在两接触体间出现的相对滑动现象称为打滑[5]。

打滑行为可以用打滑率S 描述，S 越大表示打滑越严重。

ng S νν-=1(1-1)式中：g v 为滚子实际线速度；n v 为滚子理论线速度。

打滑是高速轴承工作过程客观存在的一种现象，打滑不仅加剧滚子与滚道间的摩擦磨损，破坏轴承的旋转精度，诱发轴承的振动噪声，还将导致滚动轴承及润滑油温度剧增，局部高温破坏润滑油膜，导致轴承服役寿命的缩短。

打滑严重影响了轴承的工作性能，轴承打滑的问题已经得到了轴承行业的高度重视，已成为该领域的关键共性科学问题，如何消除或减轻打滑对轴承的损伤已成为高精贵州大学硕士学位论文度、长寿命和高可靠性轴承研发的技术瓶颈，因此，深入开展轴承打滑失效机理的研究显得极为迫切且尤为重要。

航空发动机主轴轴承失效模式分析摘要：经济的发展推动了航空业的发展，但与此同时，我国航空发动机出现的故障中，轴承失效导致的事故在不断增加。

但当前对轴承失效的分析工作，常常以某一套飞行事故发动机轴承的失效研究为主，而因其他原因造成的航空发动机滚动轴承的早期失效模式，受条件制约，未进行系统分类和深一步的研究。

航空发动机主轴轴承的主要损伤模式为剥落、微粒损伤、压延印痕、夹杂物损伤、打滑蹭伤、磨损、接触腐蚀、断裂和变色。

这些失效模式分类对于滚动轴承的设计、制造工作具有一定的指导意义，但分类后的失效模式缺乏相关失效案例和实验数据，实际现场中此类失效模式可能不太适用，因此采用多种实验手段对轴承失效模式分析就显得极为重要。

关键词：航空发动机；主轴轴承；失效模式引言航空发动机主轴钢质轴承的主要失效模式包括疲劳失效，磨损失效，过热，塑性变形以及蹭伤等。

航空发动机圆柱滚子轴承常规失效模式主要为滚子轻载打滑及保持架断裂等。

而某航空发动机主轴圆柱滚子轴承出现有异于常规失效模式的滚子端面严重磨损的非典型失效模式。

目前对航空发动机主轴圆柱滚子轴承失效机理分析一般都采用定性分析，很少从轴承动力学特性进行失效机理定量分析。

1圆柱滚子轴承非典型失效表征圆柱滚子轴承非典型失效表征主要体现在以下方面：某航空发动机主轴圆柱滚子轴承使用过程中出现的失效模式表现为滚子的端面与工作表面严重磨损，内圈的挡边与滚道表面和保持架的兜孔横梁存在严重的磨损变色。

经初步分析，滚子倒角在磨削加工中产生的动不平衡量较大以及内圈挡边轴向游隙超差导致滚子歪斜过大是引起该轴承失效的主要原因。

本文从圆柱滚子轴承动力学特性理论方面加以研究此失效机理。

2航空发动机主轴轴承失效模式分析明确各种失效模式间的转变，首先就要确定各种失效模式各自的具体表现形式，失效机理及描述轴承运转状态的参数。

(1)疲劳失效。

表现形式及失效机理：疲劳失效主要分为次表面初始疲劳和表面疲劳。

疲劳失效常表现为滚动体或滚道接触表面上由最初的不规则的剥落坑逐渐延伸，直至发展为大片剥落。

商用大涵道比涡扇发动机主轴轴承应用浅析代钰【摘要】主轴轴承作为航空发动机的关键零件之一，其应用方案直接关系到发动机转子载荷外传的路径，还影响整机传力方案设计。

本文通过分析典型商用大涵道比涡扇发动机主轴轴承的应用情况，尝试分析出常见构型发动机主轴轴承应用的最优方案。

【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】2页(P89-90)【关键词】商用;涡扇;航空发动机;主轴轴承【作者】代钰【作者单位】中航商用航空发动机有限责任公司，上海 201108【正文语种】中文【中图分类】V235.13从基本构型上说，现代商用大涵道比涡扇发动机主要有以通用电气（以下简称GE）公司、普惠（以下简称PW）公司和CFMI公司为代表的双转子发动机和以罗尔斯罗伊斯（以下简称RR）公司为代表的三转子发动机。

一般每个转子有2～3支点，基于航空发动机运转精度高、润滑油消耗少、方便维护的要求，支点轴承多采用滚动轴承，轴承工作时采用润滑油润滑。

转子轴向载荷通过止推支点轴承传递至主承力框架，径向载荷通过所有支点传递至主承力框架，图1为典型的双转子商用涡扇发动机转子支承方案。

相对于滑动轴承，滚动轴承的主要优点包括：摩擦阻力小，机械效率高，容易启动，对润滑的要求较低；尺寸标准化，具有互换性，拆装维修方便；结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更小；运转精度高，负载大；适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高；可根据需要灵活地在轴承出设计弹性支承及阻尼器等结构。

因此，航空发动机主轴轴承主要采用滚动轴承，滚动轴承的分类见图2。

2.1 双转子发动机主轴轴承应用分析（1）GE90-94B发动机主轴轴承应用分析。

GE90-94B是GE公司为波音B777-200飞机配发研制的双转子大涵道比涡扇发动机。

其6级低压涡轮带动1级风扇和3级增压级；2级高压涡轮带动10级高压压气机。

低压转子采用0-2-1支承方案，其中1号支点采用滚珠轴承，为止推支点；2号、5号支点采用滚棒轴承。

滚动轴承配合案例滚动轴承是一种常见的机械零件，用于支撑和减少机器零件之间的摩擦。

它广泛应用于各种机械设备中，包括汽车、飞机、火车、电梯等。

滚动轴承的设计和选择对机械设备的运行稳定性和寿命有着重要影响。

下面将列举10个滚动轴承的应用案例，以展示其在不同领域的重要性和多样性。

1. 汽车行业：滚动轴承在汽车发动机、传动系统、转向系统以及车轮上都有广泛应用。

例如，发动机中的曲轴和连杆都采用滚动轴承来减少摩擦和磨损，提高动力传递效率。

2. 航空航天：在飞机的发动机、起落架和飞行控制系统中，滚动轴承被广泛使用。

它们能够承受高速旋转和大载荷，确保飞机的安全性和可靠性。

3. 铁路交通：滚动轴承在高速列车的车轮、轴箱以及牵引系统中发挥着重要作用。

它们能够承受高速运行和大载荷，并且具有较长的使用寿命。

4. 工业机械：各种工业机械设备，如机床、风力发电机、矿山设备等，都需要滚动轴承来支撑和传递动力。

滚动轴承能够承受高速旋转和复杂工况，确保机械设备的正常运行。

5. 电梯行业：在电梯的导轨、滑块以及驱动系统中，滚动轴承被广泛使用。

它们能够减少垂直运动中的摩擦和振动，提高电梯的平稳性和舒适性。

6. 船舶工业：滚动轴承在船舶的主机、推进器和舵机系统中起到关键作用。

它们能够承受大浪冲击和恶劣海况，确保船舶的安全性和可靠性。

7. 农业机械：农业机械设备，如拖拉机、联合收割机、灌溉设备等，都需要滚动轴承来支撑和传递动力。

滚动轴承能够适应各种土壤条件和工作环境，确保农业机械的高效运行。

8. 污水处理：滚动轴承在污水处理设备的搅拌器、输送带和离心机等部件中使用。

它们能够承受潮湿和腐蚀环境，确保污水处理系统的正常运行。

9. 医疗设备：在医疗设备中，如手术台、CT扫描仪、X射线机等，滚动轴承被广泛应用。

它们能够提供平稳和精确的运动，确保医疗设备的准确性和安全性。

10. 电子设备：滚动轴承在电子设备的硬盘驱动器、打印机、光学设备等中使用。

它们能够提供高速旋转和精确的运动，确保电子设备的性能和可靠性。

滚动轴承的用途滚动轴承是一种常见的机械元件，广泛应用于各个领域。

它的用途多种多样，下面将分别介绍几个常见的用途。

滚动轴承常用于汽车行业。

在汽车中，滚动轴承被用于支撑车轮的旋转，使车辆能够平稳地行驶。

汽车的高速行驶和复杂路况对滚动轴承提出了很高的要求，需要具备良好的耐磨性、耐腐蚀性和承载能力。

滚动轴承也广泛应用于机械设备。

例如，工业生产中的机床、输送带、风机等设备都需要使用滚动轴承来保证其正常运转。

滚动轴承能够有效减少摩擦损耗，降低能量消耗，提高设备的效率和可靠性。

滚动轴承还常用于电动机和发电机等设备中。

电动机和发电机的转子都需要使用滚动轴承支撑，以确保其平稳运转。

滚动轴承能够承受较大的径向和轴向载荷，同时具备较高的刚度和减振能力，保证了电动机和发电机的稳定性和可靠性。

滚动轴承还被广泛应用于航空航天领域。

航空航天设备对滚动轴承的要求更为严格，需要具备较高的耐高温、耐低温和耐辐射性能。

滚动轴承在航空航天设备中的应用包括飞机引擎、导弹发动机、卫星等。

它们的运行稳定性和安全性直接关系到飞行安全和任务成功。

除了上述几个领域外，滚动轴承还有许多其他的应用。

例如，它们被用于家电产品中的电机、风扇和滚筒洗衣机等；被用于农业机械中的收割机、播种机和拖拉机等；被用于轨道交通中的火车、地铁和有轨电车等。

滚动轴承在现代社会的各个领域都起到了至关重要的作用。

滚动轴承是一种十分重要的机械元件，广泛应用于汽车、机械设备、电动机、发电机、航空航天等领域。

它们的主要作用是支撑和减少旋转摩擦，保证设备的正常运转。

滚动轴承的应用范围广泛，具备耐磨性、耐腐蚀性、承载能力强等特点，对各个行业的发展起到了重要的推动作用。

随着科技的进步和工业的发展，滚动轴承的应用前景将更加广阔。