CN107366684B - 控制整机条件下的轴承偏斜角的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轴承结构设计技术领域，具体提供了控制整机条件下的轴承偏斜角的方法，首先设后轴承的理论中心为坐标原点O并设定坐标系；获取前轴承内环相对外环的偏移量，获取后轴承外环在径向上相对于后轴承理论中心的偏移量，以及沿后轴承到前轴承方向上，前轴承外环中心和后轴承外环中心的连线逆时针转到y轴正半轴的角度，获取后轴承内环相对外环的偏移量，算出静子中心线上的前轴承外环中心坐标以及后轴承外环中心坐标，算出转子中心线上的前轴承内环中心坐标以及后轴承内环中心坐标，最后通过公式算出轴承偏斜角。

Description

控制整机条件下的轴承偏斜角的方法
技术领域
本发明涉及飞机参数计算技术领域，特别涉及控制整机条件下的轴承偏斜角的方法。
背景技术
轴承是航空发动机转子支承系统中承力和传力的核心部件，通常转子部件通过2个或2个以上轴承支撑在静子部件上，轴承外环装配在静子部件上，内环装配在转子部件上，理论上转子部件的中心与静子部件的中心是重合的。但实际装配时，由于轴承游隙、零部件尺寸公差、形位公差等因素的影响，导致转、静子的实际轴线存在一定的夹角。因此，装配在转、静子部件上的轴承内、外环也随之产生夹角θ，此夹角θ即为轴承偏斜角。
轴承偏斜角对航空发动机整机振动、轴承强度寿命和总体性能有着重要影响。如果轴承偏斜角超过一定范围将导致发动机整机振动增大、轴承寿命大幅度降低，进而带来一系列问题、故障，甚至导致重大的飞行事故。
目前的轴承偏斜角评估方法主要存在以下缺陷：
1、发动机设计时根据经验设计发动机零部件精度，判断实际装配、工作时的轴承偏斜角是否满足要求也是根据经验进行定性的分析，无法给出整机条件下轴承偏角的具体计算方法；
2、偏斜角是凭经验进行评估，遇到问题说服力较差；
3、需要评估人员有丰富的多学科背景，较深的专业背景，以及长期的工作经验；对于新员工或刚开始接触该领域的员工学习起来比较难；
4、遇到轴承偏斜角偏大的问题，无法快速、有效的给出解决方法。
发明内容
为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了控制整机条件下的轴承偏斜角的方法，其中转子部件通过前轴承和后轴承支撑在静子部件上，所述控制整机条件下的轴承偏斜角的方法包括如下步骤：
步骤一，设后轴承的理论中心为坐标原点O，设前轴承方向为x轴正向，以竖直向上方向为z轴正向，通过右手法则确定y轴方向；
步骤二，获取前轴承内环相对外环的偏移量d1/2，其中d1为前轴承径向游隙；
步骤三，获取后轴承外环在径向上相对于后轴承理论中心的偏移量t，以及沿后轴承到前轴承方向上，前轴承外环中心和后轴承外环中心的连线逆时针转到y轴正半轴的角度β，0°≤β＜360°；
步骤四，获取后轴承内环相对外环的偏移量d2/2，其中d2为后轴承径向游隙；
步骤五，算出静子中心线上的前轴承外环中心坐标(L，0，0)以及后轴承外环中心坐标(0，tcosβ，tsinβ)，其中L为前轴承外环中心到原点O之间的距离，算出转子中心线上的前轴承内环中心坐标(L，0，-d1/2)以及后轴承内环中心坐标(0，tcosβ，tsinβ-d2/2)；
步骤六，根据下面公式算出轴承偏斜角θ，其中0°≤θ≤90°，
本发明提供的控制整机条件下的轴承偏斜角的方法，具有如下有益效果：
1、通过本发明提供的轴承偏斜角计算公式可以精确的计算出轴承偏斜角数值；
2、本发明提供的轴承偏斜角计算公式考虑了轴承游隙、由于形位公差和尺寸公差引起的前后支点同心度的影响，与实际情况相近，计算结果有较强的说服力；
3、本发明提供的轴承偏斜角计算公式容易理解，有无经验均可应用此公式计算轴承偏斜角；
4、本发明提供的轴承偏斜角计算公式适用面广，并且针对轴承偏斜角偏大的情况，可以有效的查找影响轴承偏斜角偏大的影响因素，找出有效的解决方法。
附图说明
以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。
图1是本发明的一种示意性实施例的整机机匣的侧视图；
图2是本发明的一种示意性实施例的转静子实际偏斜示意图；
图3是本发明的一种示意性实施例的后轴承内、外环偏移示意图。
附图标记：
1 静子部件
2 前轴承
3 转子部件
4 后轴承
5 转子部件理论中心线
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
如图1所示为整机机匣的侧视图，转子部件3通过前轴承2和后轴承4支撑在静子部件1上，转子部件理论中心线5与静子部件中心线5是重合的。但实际装配时，转、静子的实际轴线存在一定的夹角，装配在转、静子部件上的轴承内、外环也随之产生夹角θ。
如图2及图3所示，本发明提供的控制整机条件下的轴承偏斜角的方法，包括如下步骤：
步骤一，设后轴承4的理论中心为坐标原点O，设前轴承2方向为x轴正向，以竖直向上方向为z轴正向，通过右手法则确定y轴方向。
步骤二，获取前轴承2内环相对外环的偏移量d1/2，其中d1为前轴承径向游隙，即前轴承2内环和外环之间径向移动的总距离，由于重力原因，该偏移量主要为向下偏移量。
步骤三，获取后轴承4外环在径向上相对于后轴承4理论中心的偏移量t，后轴承4理论中心和前轴承2外环中心为同心，以及沿后轴承4到前轴承2方向上，前轴承2外环中心和后轴承4外环中心的连线逆时针转到y轴正半轴的角度β，0°≤β＜360°。
步骤四，获取后轴承4内环相对外环的偏移量d2/2，其中d2为后轴承径向游隙，即后轴承4内环和外环之间径向移动的总距离，由于重力原因，该偏移量主要为向下偏移量。
步骤五，算出静子中心线上的前轴承2外环中心坐标L，0，0以及后轴承4外环中心坐标0，tcosβ，tsinβ，其中L为前轴承2外环中心到原点O之间的距离，算出转子中心线上的前轴承2内环中心坐标L，0，-d1/2以及后轴承4内环中心坐标0，tcosβ，tsinβ-d2/2。
步骤六，根据下面公式算出轴承偏斜角θ，其中0°≤θ≤90°，
由上述轴承偏斜角计算公式可知，当与值越接近，轴承偏斜角θ角越小，因此在发动机初始设计或轴承偏斜角结构优化时可适度让两者相接近，来控制轴承偏斜角。
以某型航空发动机为例，前轴承2为滚珠轴承，后轴承4为滚棒轴承，前轴承2、后轴承4的外环均装配在静子部件1上，内环装配在转子部件3上。前轴承2和后轴承4的距离L为1500mm，前轴承2的径向游隙d1为0.1mm，后轴承4的径向游隙d2为0.06mm，后轴承4相对于前轴承2的同心度t为0.08mm，与y轴的夹角β为120°，按本发明的计算公式，算出轴承偏斜角θ为0.046′。
通过本发明提供的轴承偏斜角计算方法可以精确的计算出轴承在装配使用后的偏斜角数值，计算结果有较强的说服力，有无经验均可应用此公式计算轴承偏斜角。并且本发明提供的轴承偏斜角计算方法适用面广，针对轴承偏斜角偏大的情况，可以有效的查找影响轴承偏斜角偏大的影响因素，找出有效的解决方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.控制整机条件下的轴承偏斜角的方法，其中转子部件(3)通过前轴承(2)和后轴承(4)支撑在静子部件(1)上，其特征在于，所述控制整机条件下的轴承偏斜角的方法包括如下步骤：
步骤一，设后轴承(4)的理论中心为坐标原点O，设前轴承(2)方向为x轴正向，以竖直向上方向为z轴正向，通过右手法则确定y轴方向；
步骤二，获取前轴承(2)内环相对外环的偏移量d1/2，其中d1为前轴承径向游隙；
步骤三，获取后轴承(4)外环在径向上相对于后轴承(4)理论中心的偏移量t，以及沿后轴承(4)到前轴承(2)方向上，前轴承(2)外环中心和后轴承(4)外环中心的连线逆时针转到y轴正半轴的角度β，0°≤β＜360°；
步骤四，获取后轴承(4)内环相对外环的偏移量d2/2，其中d2为后轴承径向游隙；
步骤五，算出静子中心线上的前轴承(2)外环中心坐标(L，0，0)以及后轴承(4)外环中心坐标(0，tcosβ，tsinβ)，其中L为前轴承(2)外环中心到原点O之间的距离，算出转子中心线上的前轴承(2)内环中心坐标(L，0，-d1/2)以及后轴承(4)内环中心坐标(0，tcosβ，tsinβ-d2/2)；
步骤六，根据下面公式算出轴承偏斜角θ，其中0°≤θ≤90°，
使与接近，以在发动机初始设计或轴承偏斜角结构优化时控制轴承偏斜角。
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