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本公司了解到，一般機械中使用的滾動軸承由于轉速低且始終有負荷作用其上很少出現打滑現象。但是航空燃氣渦輪發動機主軸承卻很容易打滑這是因為:
(1)轉速高。在高速作用下滾子在大的離心力作用下有脫離內環滾道接觸的趨勢;
(2)負荷小。航空發動機的轉子均做得較輕使作用軸承上的徑向負荷小加上飛機作機動飛行時會在某些情況下使作用于軸承上的負荷更小甚至出現零載以及轉子的不平衡力在某些情況下會抵消一些作用在軸承上的徑向負荷造成軸承的輕載或零載。
這兩方面的因素會使得由摩擦產生的拖動力變得很小甚至為零這樣就必然會引起軸承打滑出現滑蹭損傷。對于滾珠軸承由于它還要承受軸向載荷所以一般不易打滑。
航空發動機軸承防止打滑的一些措施
采用增加拖動力的措施防止軸承滑蹭
減小軸承游隙使滾子在離心力作用下仍能保持與內環滾道的接觸。例如 CFM56發動機支承高壓渦輪的滾棒軸承(中介軸承)即用了小游隙甚至是負游隙來減少打滑;又如 WJ6發動機的壓氣機前滾棒軸承在長期試車中出現嚴重的滑蹭損傷后將該軸承的游隙由0.070~0.095mm 減小為0.045~0.065mm消除了滑蹭現象。
但是采用減小游隙的措施會帶來其他嚴重問題因此要慎重對待特別對于處于發動機熱端的軸承更應慎用。
在早期的航空燃氣渦輪發動機中為了解決保持架的平衡問題多將主軸承的保持架定位于外環但這種設計易引發軸承出現滑蹭損傷。這是因為當保持架定位于外環時存在于外環與保持架間的油膜在黏性的作用下妨礙滾棒保持架作正常運動引發打滑而造成的。
如將保持架定位于內環存在于內環與保持架間的油膜在黏性的作用下將給滾子保持架組合體一個拖動力使其作正常運動。這樣將原定位于外環的保持架改成定位于內環上不僅減小了阻力而且還增加了拖動力顯然會減少滑蹭損傷當然這還須提高保持架的加工精度以提高其平衡度。
裝配時對軸承施加一附加的徑向或軸向載荷即對軸承施加“預載”使軸承工作時始終在內、外環滾道與滾子間有負荷作用不出現輕載或零載以增大拖動力。對軸承施加預載的辦法有:采用非圓軸承、軸向彈簧對軸承旋加預載、采用空心滾棒和調整對軸承的噴油方向等。
將軸承外環的外圓做成非圓形而機匣安裝軸承的座孔仍做成圓的。常用的非圓軸承有橢圓軸承外環與三瓣式的軸承外環。例如將橢圓軸承壓入軸承座孔中時橢圓的長軸處(外環凸出部位)即向該處的滾子作用一預加的載荷如長軸處于水平位置如圖3所示使在水平位置的幾個滾子與內、外環間始終保持接觸并作用有一定負荷因此除了最下部的幾個滾子受到重力負荷的作用外在其左右90°處的滾棒也各受一定量的預加負荷從而使承受負荷的滾子數目約增加到滾子總數的60%能產生一定的拖動力克服軸承打滑。
采用“打滑度”來表明滾動軸承是否打滑以及打滑的嚴重程度
當保持架實際轉速等于保持架理論轉速時軸承不打滑其打滑度為零;只要保持架實際轉速低于理論轉速軸承即打滑當保持架實際轉速為零時打滑度為100%。
一般用測定保持架的實際轉速來求得軸承的打滑度。羅·羅公司在發展 RB211發動機時使用了放射性同位素來探測軸承的打滑。在保持架上固定一個很小的用鈷或銥(Co 60Ir 192)絲做的放射源利用反平方律(即傳到某點的放射性強度反比于放射源至該點距離的平方)的原理測出工作中保持架的速度從而發現軸承是否出現打滑并可計算出打滑度。也可利用切割磁力線的原理來測量保持架的轉速。
防止作用于滾珠軸承上的軸向負荷變向
如前所述RB211風扇轉子的止推軸承為一中介軸承由于風扇轉子在工作中會出現軸向力方向改變因而在投入使用(1972年4月)后不到半年就出現過該滾珠軸承滑蹭損傷。
于是采取前述的將保持架外環定位改為內環定位的措施在一定程度上解決了問題但是由于軸向負荷換向問題沒有解決因此長期以來在各種改型的 RB211中(524B、524C、524D4和 524D4Upgrade等)還是偶爾出現該軸承的滑蹭損傷的事件。為此在 RB211的最后改型的 RB211524G/H(1989年投入使用)中將卸荷腔封嚴環處的直徑由556.20mm增大為731.52mm消除了工作中轉子軸向負荷換向的問題。
基本上解決了該軸承的打滑問題。由 RB211 524G/H 衍生發展的遄達發動機除采用了大直徑的平衡腔封嚴環外還在低壓渦輪軸后端加裝了對轉子施加預載的彈簧及小軸承從根本上解決軸承打滑問題。
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