CN114509260A - 航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，所述方法包括：根据所述滚子轴承的原始工况确定滚子轴承的原始载荷谱，在所述原始载荷谱下对所述滚子轴承进行预定时长的初步试验，试验完成后对轴承进行分解并对轴承外观检查和对轴承游隙、滚动体组差进行测量，在检查或测量结果符合轴承检查标准的情况下进行下一步；将所述原始载荷谱中每一个状态对应的时间进行缩减，缩减后每个状态仅保留1～2分钟从而形成加速等效载荷谱；使用加速等效载荷谱进行滚子轴承的加速等效试验，试验过程中的试验条件与正常试验条件一致且试验的总循环数不变，直到完成所有循环。本申请解决了原有航空发动机主轴承定寿试验效率低的问题。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机寿命试验技术领域，特别涉及一种航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法。
背景技术
航空发动机高速内外圈同转滚子轴承是发动机高低压转子之间的轴间轴承，是航空发动机极其重要的部件之一。相比于普通滚子轴承，其具有转速高、批量规模小、精度高、成本高以及可靠性要求高等特点，因此不利于开展大样本试验方法对轴承进行定寿。
目前，航空发动机所有主轴承定寿基本是按照GJB 7268-2011《航空发动机轴承试验定寿程序和要求》开展，该标准要求轴承需开展3～5套的寿命1：1耐久性试验，试验用的载荷谱通常根据发动机实际工况进行整合确定。对于寿命要求在几百小时的主轴承，该试验要求尚可接受，但随着航空发动机不断发展，目前的民用航空发动机或燃气轮机等已经提出15000小时寿命要求。显然，对于此类长寿命轴承，现有的试验方法成本过高且效率低下，研制进度无法满足发动机要求。而普通工业轴承采取的加速考核试验方法也不适合高速内外圈同转滚子轴承本就严苛的工况以及高成本的特性，局限性较大，无法直接移植到航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的定寿试验中。
发明内容
本申请的目的是提供了一种航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，所述方法包括：
根据所述滚子轴承的原始工况确定滚子轴承的原始载荷谱，在所述原始载荷谱下对所述滚子轴承进行预定时长的初步试验，试验完成后对轴承进行分解并对轴承外观检查和对轴承游隙、滚动体组差进行测量，在检查或测量结果符合轴承检查标准的情况下进行下一步；
将所述原始载荷谱中每一个状态对应的时间进行缩减，缩减后每个状态仅保留1～2分钟从而形成加速等效载荷谱；
使用加速等效载荷谱进行滚子轴承的加速等效试验，试验过程中的试验条件与正常试验条件一致且试验的总循环数不变，直到完成所有循环。
进一步的，在所述原始载荷谱下对所述滚子轴承进行初步试验的预定时长不超过100小时。
进一步的，在使用加速等效载荷谱进行滚子轴承的加速等效试验过程中，相邻循环之间设置有时间间隔。
进一步的，当所述时间间隔不大于每个状态的保留时间时，所述时间间隔与原始载荷谱试验中的时间间隔一致；当所述时间间隔大于每个状态的保留时间时，所述时间间隔与每个状态的保留时间一致。
进一步的，在采用原始载荷谱对滚子轴承进行初步试验之前，还包括：
在每一个原始工况停留预定时长，同时扩大滚子轴承的转速和载荷范围，验证用于滚子轴承的试验装置或设备能够实现原始工况下的转速及载荷控制。
进一步的，在验证试验装置或设备能够实现原始工况下的转速及载荷控制过程中，每一个原始工况停留的预定时长不低于缩减后的每个状态保留时间。
进一步的，在验证试验装置或设备能够实现原始工况下的转速及载荷控制过程中，滚子轴承的转速和载荷扩大范围为10％～20％。
与现有技术相比，本申请的加速等效试验方法基于无失效定时截尾试验，通过分析高速内外圈同转滚子轴承的失效模式，对原始载荷谱的进行较简单的改进就可以完成轴承的加速等效考核试验，能够节省大量的试验经费，该加速等效的理念可以应用于航空发动机高速内外圈同转滚子轴承定寿试验，解决了原有航空发动机主轴承定寿试验成本高、效率低等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的加速等效试验方法流程图。
图2为本申请一实施例的原始载荷谱示意图。
图3为本申请一实施例的等效载荷谱示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
针对航空发动机对其高速内外圈同转滚子轴承长寿命的要求，基于无失效定时截尾试验，针对高速内外圈同转滚子轴承容易出现的故障模式提出一种通过合理加严试验工况、缩短时间的试验方法，解决现有的定寿试验方法成本过高且效率低下的问题。
本申请的航空发动机高速内外圈同转滚子轴承寿命加速等效试验方法与常规主轴承试验最大区别在于试验载荷谱和试验程序的设计。
由于高速内外圈同转滚子轴承的工况特点是高速轻载，所以接触应力远小于疲劳失效极限接触应力，失效模式不是疲劳剥落，而是由于保持架在工作过程中受到滚子的冲击力作用下的疲劳断裂。保持架在转速不变的稳定运转过程中受到的冲击力很小，因此对其寿命影响不大，但在加减速过程中保持架受到滚子的冲击力很大。
高速内外圈同转滚子轴承的保持架转速很高，由于离心力造成的周向拉应力很高，因此叠加上保持架在加减速过程中受到的冲击力，长期工作会造成保持架在其兜孔的尖角处形成疲劳源，最终导致轴承破坏。
因此高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验应当充分模拟加减速的过程，采取在试验循环数不变的前提下，缩减稳态工作的时间的方法来进行加速等效模拟试验。
如图1所示，本申请的试验方法属于无失效定时截尾试验，加速等效试验时数通过轴承寿命以及不同的加速工况计算获得，具体过程如下：
一、试验装置或设备的功能验证，以确认试验装置或设备能够达到加速等效试验的每一个参数要求。
在原始载荷谱试验前，在原始载荷谱中的每一个原始工况下停留预定时长，该停留的时长不低于缩减后每个状态的保留时间。同时，扩大滚子轴承的转速和载荷范围，该范围大约为10％～20％。试验装置或设备能够实现以上转速及载荷控制要求，润滑油供给稳定，试验装置或设备中的各系统运转无异常，则可进行以下试验。
二、原始工况试验，验证滚子轴承的功能性，用以确认进行加速等效试验的可能性。
首先根据滚子轴承的原始工况确定滚子轴承的原始载荷谱，如图2所示,在该实施例的原始载荷谱中，每个循环内包括状态一(转速60％、持续6min)、状态二(转速100％、持续6min)、状态三(转速85％、持续24min)、状态四(转速70％、持续72min)、状态五(转速65％、持续12min)和状态六(转速60％、持续6min)，每个循环共约2小时。
使用图2所示的原始载荷谱对滚子轴承进行预定时长的初步试验，对试验器的持久工作能力进行验证，该预定时长不宜过短或超过100小时，例如本实施例中进行了50小时的初步试验较为适宜。试验完成后，对滚子轴承进行分解并对滚子轴承的外观检查和对滚子轴承游隙、滚动体组差进行测量，各项结果应符合滚子轴承检查标准。
如果根据原始载荷谱进行试验，共需要进行5000个循环10000小时才能完成1套轴承的试验考核。
三、确定加速等效试验载荷谱
根据原始载荷谱，将原始载荷谱中每一个状态对应的时间进行缩减，考虑载荷谱变化稳定所需时间，每个状态仅保留1～2分钟形成加速等效载荷谱。例如图3所示的加速等效载荷谱实施例中，每个状态仅保留1分钟形成加速等效载荷谱，从而一个循环仅需6分钟。同时，在相邻两个循环之间设置有时间间隔。当时间间隔不大于每个状态的保留时间时，该时间间隔与原始载荷谱试验中的时间间隔一致；当时间间隔大于每个状态的保留时间时，时间间隔与每个状态的保留时间一致。如图1中的原始载荷谱中时间间隔为30s，因此在该实施例的加速等效载荷谱中时间间隔也为30秒。
在这种载荷谱下，完成5000个循环的考核只需要约500小时，从而大大加快了试验的进程。
四、进行加速等效试验
使用加速等效载荷谱对滚子轴承进行加速等效试验，试验的总循环数不变，直到完成所有循环，在试验过程的其它试验条件与正常试验条件一致。
使用加速等效载荷谱进行500小时试验即可完成所有循环，通过500小时试验完成了相当于10000小时常规试验对轴承薄弱环节的考核。
与现有技术相比，本申请的加速等效试验方法基于无失效定时截尾试验，通过分析高速内外圈同转滚子轴承的失效模式，对原始载荷谱的进行较简单的改进就可以完成轴承的加速等效考核试验，能够节省大量的试验经费，该加速等效的理念可以应用于航空发动机高速内外圈同转滚子轴承定寿试验，解决了原有航空发动机主轴承定寿试验成本高、效率低等问题。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，其特征在于，所述方法包括：
根据所述滚子轴承的原始工况确定滚子轴承的原始载荷谱，在所述原始载荷谱下对所述滚子轴承进行预定时长的初步试验，试验完成后对轴承进行分解并对轴承外观检查和对轴承游隙、滚动体组差进行测量，在检查或测量结果符合轴承检查标准的情况下进行下一步；
将所述原始载荷谱中每一个状态对应的时间进行缩减，缩减后每个状态仅保留1～2分钟从而形成加速等效载荷谱；
使用加速等效载荷谱进行滚子轴承的加速等效试验，试验过程中的试验条件与正常试验条件一致且试验的总循环数不变，直到完成所有循环。
2.如权利要求1所述的航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，其特征在于，在所述原始载荷谱下对所述滚子轴承进行初步试验的预定时长不超过100小时。
3.如权利要求1所述的航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，其特征在于，在使用加速等效载荷谱进行滚子轴承的加速等效试验过程中，相邻循环之间设置有时间间隔。
4.如权利要求3所述的航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，其特征在于，当所述时间间隔不大于每个状态的保留时间时，所述时间间隔与原始载荷谱试验中的时间间隔一致；当所述时间间隔大于每个状态的保留时间时，所述时间间隔与每个状态的保留时间一致。
5.如权利要求1所述的航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，其特征在于，在采用原始载荷谱对滚子轴承进行初步试验之前，还包括：
在每一个原始工况停留预定时长，同时扩大滚子轴承的转速和载荷范围，验证用于滚子轴承的试验装置或设备能够实现原始工况下的转速及载荷控制。
6.如权利要求5所述的航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，其特征在于，在验证试验装置或设备能够实现原始工况下的转速及载荷控制过程中，每一个原始工况停留的预定时长不低于缩减后的每个状态保留时间。
7.如权利要求5所述的航空发动机高速内外圈同转滚子轴承的加速等效试验方法，其特征在于，在验证试验装置或设备能够实现原始工况下的转速及载荷控制过程中，滚子轴承的转速和载荷扩大范围为10％～20％。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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