航空发动机主轴承设计

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1、航空发动机第4期●●_■J_f航空发动机主轴承设计懈．熊丛堡22(沈阳航空发动机研究所，110015)摘要：本文总鳍了航空发计机主轴承设计要求和设计程序，井以葳半内朋盘接触球轴承为例说明轴承韧步设计的方法‘／一、关键词：航空发动机主轴承设计辅私麟而言．疲劳寿命是按统计规律分布的．轴承的1引言可靠性，翻修和维护时间阃隔可根据该轴承航空发动机主轴承的传统设计方法是根寿命分布来决定．据发动机给出的轴承安装空间决定其外部尺确定轴承寿命考虑以下几点：寸，然后对照轴承设计标准决定内部几何参·轴向载荷数．最后进行强度和寿命校核计算．

2、显然，这·静态和动态径向载荷种设计方法过于簿单．因为整个设计没有考·径向预加载荷虑发动机工作状态对轴承的影响和要求，因·静态和动态的轴向不同心度此很难满足发动机的需要．·轴承座圆锥度随着发动机技术的发展，对主轴承要求·轴承几何形状越来越苛刻．为满足发动机要求．必须把主轴·材料性能承设计与主机设计融为一体．把它视为发动转子把各种形式的载荷传给支承轴承．机的一个零部件，放到发动机整体设计中．考这些载荷包括稳态振动载荷、由转子热弯曲虑发动机对主轴承的诸多影响因素．建立分引起的振动载荷、由压气机喘振引起的振动析方法．通过计算机

3、程序分析，才能设计出适载荷，由叶片飞出引起的动载荷及机动载荷．应发动机环境的性能高、工作可靠的主轴承。在发动机转速范围。由转子不平衡引起的轴承稳态动载荷应该用强迫响应分析的方2设计要求法来计算。发动机主轴轴承是用来给转子系统定位由于热弯曲，转子产生很大的不平衡量，的．它为流路系统(封严件、转子叶片和导向在轴承上将会引起根大的动载荷．这种在起叶片)提供了小的轴向和径向工作阃晾，从而飞后持续几分钟的动载荷。对轴承很不利．获得良好的发动机性能．压气机喘振时，作用在转子支座上的径即使是正常使用和维护的轴承，最终也向动载荷相当剧

4、烈。虽然这种载荷是短暂的，会出现材料疲劳．因此，设计中应仔细考虑尺但设计轴承和支座结构时仍然要考虑它。寸、安装、润措和冷却．以使轴承寿命满足发叶片飞出而产生的载荷不仅仅取决于从动机的要求．主要设计要求如下：转子上失去的质量，而且还取决于所造成的1)提供足够的承载能力对于给定的工作状态下的特定类型轴承收稿日期：l998—08～101998年航空发动机第4期转子弯曲。为了确定轴承的尺寸，应计算这种是一项适用的措施。滚子轴承中的滚动元件载荷。叶片飞出引起的载荷应小于轴承能承和内圈之问必须防止过小的径向游隙．受的静载能力，以保

5、证不出现塑性变形。在把内外圈安装在轴或座圈上时，必须为阻止轴承立即损坏，在轴承接触点上考虑到零件温度和离心力的影响。一般情况的平均弹性振动应力必须小于轴承材料挤压下，轴承内、外圈采用压配合来装配，以防止强度．转动。然而，由于温度和离心力的作用，如果2)把DN值选取在现有的限制范围内不能保证原配台时，就必须采用防转措施。轴承转速能力的设计指标DN值反映转3设计程序速和离心力对轴承总寿命的影响．它的上限由经验确定，并涉及到轴承材料、工艺状况、3．1设计依据制造过程和润滑冷却技术．1)发动机润滑系统设计任务书：3)防止轴承保

6、持架共振发动机总体结构图与协调图．发动机对保持架激发的任何振动，在固3．2可行性论证有频率范围内将产生共振。一种重要的激振1)设计要求是通过轴承滚道上一点的滚动元件的激振．根据发动机性能和总体结构，提供下述轴承保持架共振可导致它疲劳，进而造成轴设计要求：主轴支点布局，飞行包线内的环境承迅速破坏。为此，应将保持架的固有频率设和载荷谱，转子动力学对轴承剐度和阻尼的计在所有稳态工作情况下的激振频率范围以要求，发动机转速，轴承尺寸限制及寿命与可外。靠性。4)提供足够的润滑与冷却2)可行性分析为保证轴承的润滑与冷却，必须提供足根

7、据主轴承环境、载荷谱及转子动力学够流量的滑油。等总体要求，分析轴承DN值、载荷、材料、温为了保证轴承内部的容许间隙，内外圈度、润滑剂和润滑冷却方式、成本质量与寿命之间温差必须受限制．在轴承腔内的材料温平衡是否可行，以确定轴承形式与基本尺寸，度必须保持低于确定的极限值，以防滑油变并提出关键所在及其解决的技术途径。质。为保证轴承足够的冷却，从轴承腔的进口3)选型及基本尺寸到出口，滑油温升一定不要超过限制值．为了选择轴承类型，确定外部尺寸和重要设限制内外圈相对转动，必须限制轴承套圈轴计参数及润滑冷却方式。和轴承座之间的温度和

8、温差。任何超温都将3．3方案设计导致轴承迅速破坏．在滚动元件、保持架和轴1)主轴承初步设计承套圈之间必须保持足够油膜，以使磨损最对主轴承进行基本结构设计，给出轴承小。的结构尺寸、游隙及配合性质等有关参数。5)防止滚子元件打滑、偏斜和轴承座相2)初步动力学分析对转动根据轴承工作条件、结构尺寸及相应有在一定运转时间内，滚动元件打滑和轴