航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動的影響分析

王洪明

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司，沈陽 110043）

0 前言

航空發(fā)動機(jī)軸承組件作為航空發(fā)動機(jī)的支撐點(diǎn)，連接著航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子部件和靜子部件，航空發(fā)動機(jī)的軸承狀態(tài)影響著航空發(fā)動機(jī)的振動狀態(tài).航空發(fā)動機(jī)軸承游隙是航空發(fā)動機(jī)軸承的重要參數(shù)之一，當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙過小時，航空發(fā)動機(jī)軸承可能出現(xiàn)“抱死”故障；當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙過大時，可能導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)軸承打滑，使航空發(fā)動機(jī)軸承溫度升高，加速航空發(fā)動機(jī)軸承的磨損，并且?guī)硪幌盗蟹蔷€性振動現(xiàn)象［1］.因此，為有效控制航空發(fā)動機(jī)的振動情況，研究航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值與航空發(fā)動機(jī)振動之間的關(guān)系成為急需解決的問題.

Ehrich［2］通過理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式對軸承游隙進(jìn)行了研究.Muszynska［3］充分考慮軸承游隙帶來的剛性非線性特征，建立起間隙-碰撞和間隙-摩擦等模型.王曉鳳［4］對齒輪箱中的軸承游隙的應(yīng)用進(jìn)行了研究.金茵等［5］對低溫環(huán)境時交叉滾子軸承游隙所受的影響進(jìn)行了研究.陳素姣等［6］對變速箱軸承游隙的測量與調(diào)整進(jìn)行了分析.舒鵬程等［7］研究了影響軸承配合公差和徑向工作游隙的幾個因素.李志江［8］介紹了調(diào)整與檢測滾動軸承游隙的方法，分析了影響游隙調(diào)整的因素.葉靚等［9］介紹了主軸裝置的裝配方法及裝配順序，研究了軸承游隙的測量和調(diào)整方法.莫易敏等［10］提出適當(dāng)增大軸承游隙值可減小軸承摩擦，此項(xiàng)研究為軸承游隙的選擇提供了參考.彌紅斌［11］介紹了有關(guān)影響軸承游隙的因素，并通過實(shí)例計算分析了各因素的影響程度，提出了提高軸承疲勞壽命應(yīng)注意的問題.徐淑萍等［12］試驗(yàn)得徑向游隙下軸承內(nèi)各位置滾子的載荷，建立載荷與游隙關(guān)系.

1 航空發(fā)動機(jī)軸承裝配游隙的計算

圖1 航空發(fā)動機(jī)軸承游隙圖

假設(shè)航空發(fā)動機(jī)軸承為滾柱軸承，航空發(fā)動機(jī)軸承的外套內(nèi)徑尺寸為D1，航空發(fā)動機(jī)軸承內(nèi)套外徑尺寸為D2，滾柱的直徑為d，如圖1所示.則航空發(fā)動機(jī)最小軸承游隙e為：

式中：e為航空發(fā)動機(jī)最小軸承游隙，mm；R1為航空發(fā)動機(jī)軸承外套最小半徑，mm；R2為航空發(fā)動機(jī)軸承內(nèi)套最大外半徑，mm；d為航空發(fā)動機(jī)軸承滾柱直徑，mm.

當(dāng)航空發(fā)動機(jī)最小軸承游隙e＜0時，在這種小的負(fù)游隙狀態(tài)時，軸承將達(dá)到較佳的工作狀態(tài)，但是，在工作過程中，由于使用條件的變化，軸承的負(fù)游隙增大，使軸承出現(xiàn)“抱死”故障，危害發(fā)動機(jī)的使用壽命；當(dāng)航空發(fā)動機(jī)最小軸承游隙e＞0時，使航空發(fā)動機(jī)軸承打滑，軸承磨損加劇，發(fā)動機(jī)振動加劇，降低了航空發(fā)動機(jī)軸承的使用壽命.

2 航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動峰值的影響分析

統(tǒng)計100臺次航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值，分析發(fā)動機(jī)的試車振動峰值，發(fā)動機(jī)的振動峰值是發(fā)動機(jī)振動狀態(tài)的體現(xiàn)，一般以振動量B作為分界線，振動峰值在B以下的認(rèn)為發(fā)動機(jī)振動峰值合格，振動峰值在B以上的認(rèn)為振動峰值超差.

將航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值以0.005 mm為一組，統(tǒng)計發(fā)動機(jī)在不同航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值下的振動峰值情況，如圖2所示.根據(jù)圖2可知，當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.065 mm以下時，發(fā)動機(jī)試車振動峰值合格率基本相當(dāng)，振動峰值合格率較高，表明航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動狀態(tài)影響不明顯；當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.066～0.07 mm時，發(fā)動機(jī)試車振動峰值合格率驟降，振動峰值合格率較低，表明航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值對發(fā)動機(jī)振動峰值影響較大.因此，控制航空發(fā)動機(jī)軸承游隙在0.065 mm以下，發(fā)動機(jī)振動峰值合格率較高.

圖2 航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動峰值影響

圖3 航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動峰值影響

對統(tǒng)計的100臺次航空發(fā)動機(jī)的試車振動峰值重新進(jìn)行分組，以振動量B1作為分界線，振動峰值在B1以下的認(rèn)為發(fā)動機(jī)振動峰值優(yōu)秀，振動峰值在B1以上的認(rèn)為振動峰值非優(yōu)秀.

同樣將航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值以0.005 mm為一組，統(tǒng)計發(fā)動機(jī)在不同航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值下的振動峰值表現(xiàn)情況，如圖3所示.根據(jù)圖3可知，當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.06 mm以下時，發(fā)動機(jī)試車振動峰值優(yōu)秀率基本相當(dāng)，振動峰值優(yōu)秀率較高，表明航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動峰值影響不明顯；當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.061～0.07 mm時，發(fā)動機(jī)試車振動峰值優(yōu)秀率逐漸下降，振動峰值優(yōu)秀率較低，表明航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值對發(fā)動機(jī)振動峰值影響較大.因此，控制航空發(fā)動機(jī)軸承游隙在0.06 mm以下，發(fā)動機(jī)振動峰值優(yōu)秀率較高.

3 航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動變化的影響分析

圖4 航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動變化影響

統(tǒng)計100臺次航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值，分析發(fā)動機(jī)的振動變化表現(xiàn)，發(fā)動機(jī)的振動變化值是發(fā)動機(jī)振動狀態(tài)的主要體現(xiàn)之一，一般以振動變化量C作為分界線，振動變化值在C以下的認(rèn)為發(fā)動機(jī)振動變化值合格，振動變化值在C以上的認(rèn)為振動變化值超差.

將航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值以0.005 mm為一組，統(tǒng)計發(fā)動機(jī)在不同航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值下的振動變化情況，如圖4所示，當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.065 mm以下時，發(fā)動機(jī)振動變化合格率高于發(fā)動機(jī)振動變化超差率，除航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.051～0.055 mm外，其余時發(fā)動機(jī)振動變化合格率基本相當(dāng)，并且振動變化合格率較高，表明航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動變化影響不明顯；當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.066～0.07 mm時，發(fā)動機(jī)試車振動變化合格率驟降，發(fā)動機(jī)振動變化合格率較低于發(fā)動機(jī)振動變化超差率，表明航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值對發(fā)動機(jī)振動變化影響較大.因此，控制航空發(fā)動機(jī)軸承游隙在0.065 mm以下，盡量避開航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.051～0.055 mm，發(fā)動機(jī)振動合格率較高.

圖5 航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動變化影響

對統(tǒng)計的100臺次航空發(fā)動機(jī)的振動變化重新進(jìn)行分組，以振動變化量C1作為分界線，振動變化值在C1以下的認(rèn)為發(fā)動機(jī)振動變化優(yōu)秀，振動變化值在C1以上的認(rèn)為振動變化非優(yōu)秀.

同樣將航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值以0.005 mm為一組，統(tǒng)計發(fā)動機(jī)在不同航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值下的振動變化表現(xiàn)情況，如圖5所示.根據(jù)圖5知，當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.065 mm以下時，除航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.051～0.055 mm外，發(fā)動機(jī)試車振動變化優(yōu)秀率基本相當(dāng)，振動變化優(yōu)秀率較高，表明航空發(fā)動機(jī)軸承游隙對發(fā)動機(jī)振動變化影響不明顯；當(dāng)航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.066～0.07 mm時，發(fā)動機(jī)試車振動變化優(yōu)秀率逐漸下降，振動變化優(yōu)秀率較低，表明航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值對發(fā)動機(jī)振動變化影響較大.因此，控制航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.065 mm以下，盡量避開航空發(fā)動機(jī)軸承游隙在0.051～0.055 mm，發(fā)動機(jī)振動變化優(yōu)秀率較高.

4 結(jié)論

（1）控制航空發(fā)動機(jī)軸承游隙在0.065 mm以下，發(fā)動機(jī)振動峰值合格率較高；

（2）控制航空發(fā)動機(jī)軸承游隙在0.06 mm以下，發(fā)動機(jī)振動峰值優(yōu)秀率較高；

（3）控制航空發(fā)動機(jī)軸承游隙在0.065 mm以下，盡量避開航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.051～0.055 mm，發(fā)動機(jī)振動合格率較高；

（4）控制航空發(fā)動機(jī)軸承游隙在0.065 mm以下，盡量避開航空發(fā)動機(jī)軸承游隙值在0.051～0.055 mm，發(fā)動機(jī)振動變化優(yōu)秀率較高.