某航空发动机主轴轴承断油试验对比研究

王宇石, 李 颖

（1.中国航发哈尔滨轴承有限公司 研发中心，黑龙江 哈尔滨 150025；2. 哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江 哈尔滨150030）

某航空发动机主轴轴承断油试验对比研究

王宇石1, 李 颖2

（1.中国航发哈尔滨轴承有限公司 研发中心，黑龙江 哈尔滨 150025；2. 哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江 哈尔滨150030）

通过对国内轴承与国外轴承试验后的游隙检测、外观检查以及滑油光谱分析等对比，得到各项指标均正常，表明两套轴承均通过断油性能试验，验证了该型号国内轴承与国外轴承在断油性能上相差无几。

发动机；主轴轴承；断油试验；温度；振动

1 前言

航空发动机主轴轴承是支撑发动机转子系统正常运转的关键零部件，其润滑方式一般为油润滑。在某些特殊情况下，发动机会产生供油中断现象，导致短时间内轴承在贫油状态下工作。因此，要求发动机主轴承具备一定的抗断油工作能力，对轴承进行抗断油试验考核也就非常必要。

为了验证某型发动机主轴承的抗断油性能并且与国外轴承进行对比，进行了试验方案设计，并根据主机单位提供的试验参数，包括试验转速、试验载荷等，对某型号国产发动机主轴轴承进行了断油试验。

2 试验

2.1 试验轴承

本次断油试验轴承为某型号航空发动机主轴轴承，位于发动机主轴1号支点，轴承类型为双列角接触球轴承，工况为内圈旋转，外圈固定。

2.2 试验设备及方案

根据试验轴承类型、尺寸、转速及载荷等情况，选择在某小型航空发动机轴承试验器上进行断油性能试验，试验方案如图1所示。

图1 试验方案示意图

试验轴系为简支梁结构，试验轴承位于轴系的两支点端，一次试验两套，中间为陪试轴承，其中试验轴承1为国产轴承，试验轴承2为同型号国外轴承；径向载荷由径向加载组件通过承载体施加于中间陪试轴承再传递到两端试验轴承上，轴向载荷由轴向加载组件通过加载套直接施加于试验轴承上；润滑油通过喷油嘴喷入试验轴承和陪试轴承，实现喷油润滑，试验轴承供油为双端面喷油润滑。

2.3 试验条件及方法

目前，断油试验一般采用30s断油规范[1]。

断油试验条件如表1所示。试验方法为：轴承首先按照表1的工况运转20min，然后中断供油30s，断油后继续按照表1条件运行30min。重复以上程序连续完成3次断油试验。

表1 断油试验条件

断油操作通过直接关闭供油管路阀门实现，避免仅关闭供油电机而可能存在断油不彻底的情况发生。

试验过程中，通过计算机监测系统，实时观察试验参数是否异常，若出现异常变化，则需及时停机进行检查，并判断试验是否终止[2]。

3 试验结果及分析

3.1 轴承温度及振动分析

试验过程中对相关试验参数进行了检测，主要包括：轴承温度、供油温度、回油温度、轴向载荷、径向载荷、主机振动等。试验后对试验数据进行了分析，其中轴承温度和主体振动变化曲线如图 2～4 所示。

由图 2、图3可知，在三次30s断油过程中，轴承温度有所升高，但相对升幅不大，并且随供油而恢复至正常水平。由图4可知，主体振动在断油阶段也出现增大，这可能是由于轴承处于不良润滑条件下，轴承局部温度升高，存在不规则热应力及游隙变化使得局部运动发生变化，导致外部振动变大。

图2 试验轴承1温度曲线图

图3 试验轴承2温度曲线图

图4 主体振动曲线图

由以上试验数据可以看出：国内、外两套轴承均完成了断油试验考核，且试验中两轴承的相关参数变化情况相差不大。

3.2 轴承游隙检查

轴承游隙是轴承性能的重要指标，试验后对两套试验轴承的游隙进行检查并与试验前进行对比。由表2可知，试验前后，轴承游隙基本上无变化。

表2 轴承游隙检查结果

3.3 外观检查

断油试验后，对试验轴承拆解进行外观检查，两套轴承情况基本一致：外观完好，无严重磨损、变形、烧伤等异常现象。内外圈滚道磨痕均匀，轨迹位置正常；保持架兜孔及引导面磨痕轻微、均匀；滚动体表面光滑，无烧伤变色等异常现象。表明试验轴承断油试验后无异常。试验后两套轴承照片如图 5～7 所示，其中，左边图为国内轴承，右边为国外轴承。

3.4 滑油光谱分析

图5 轴承外观图

图6 轴承保持架及滚动体图

图7 轴承外滚道示意图

为进一步验证和分析轴承磨损情况，本次试验过程中，每隔一段时间对润滑油进行采样，并对润滑油中的金属元素含量进行光谱分析，如Fe，Cr，Cu，Al，Ni，Ag等，得到轴承磨损情况，对轴承的性能进行微观的检测[3]（光谱分析过程及结果略）。滑油光谱分析结果表明，相关的金属含量无超标现象，两套轴承磨损情况均正常。

4 结论

本文对国、内外两套同型号发动机主轴轴承进行了断油试验研究，两套试验均完成了3次30s断油试验，试验中各项监测参数正常，试验后轴承精度及外观无明显异常，两套轴承的性能均可满足断油试验要求。

在试验过程中，国、内外两套轴承在主要试验参数变化上基本一致，试验后两套轴承在游隙变化及外观上亦无明显区别，试验结果表明该型国产轴承抗断油性能与进口轴承基本相当。

[1] 林国昌,徐从儒,林基恕. 某发动机主推力球轴承断油试验分析[J]. 航空发动机,1997,(02)∶32-34+41.

[2] 许冬冬,张金焕,郭绍鹏. 环下供油轴承的断油试验[J]. 轴承,2005,(05)∶26-27.

[3] 李爱. 航空发动机磨损故障智能诊断若干关键技术研究[D].南京航空航天大学,2013.

（编辑：王立新）

Comparative study on oil break test of aircraft engine spindle bearing

Wang Yushi1, Li Ying2
( 1. Research and Development Center, AECC Harbin Bearing Co., Ltd., Harbin 150025, China; 2. Harbin Electric Power Vocational Technical College, Harbin 150030, China )

Through the comparison of gap detection, appearance inspection and oil spectrum analysis after domestic bearing and foreign bearing test , all indicators are normal,it indicates that the two sets of bearings are performed through the oil performance test,and It is proved that the domestic bearing of this model is similar to that of foreign bearing.

aeroengine; spindle bearing; oil-break test; temperature; vibration

TH133.33+1

B

1672-4852（2017）02-0016-03

2017-04-18.

王宇石(1982-)，男，工程师.