CN116878877A - 一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验及识别方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于发动机设计技术领域，具体涉及一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验及识别方法。该试验方法包括：步骤S1、制造限制轴承圆柱滚子的灵活转动的试验件；步骤S2、按发动机实际运行工况加载试验；步骤S3、确定轴承保持架的内引导方式下的振动频率或外引导方式下的振动频率，轴承温度或者流经轴承的滑油温度，轴承的工作扭矩；步骤S4、进行正常轴承试验；步骤S5、确定正常轴承特征参数；步骤S6、确定各个工况下的卡滞轴承与正常轴承的各特征参数差值测量差值。该识别方法包括：步骤M1、确定发动机实际特征参数；步骤M2、根据特征参数差值测量差值确定轴承是否存在卡滞故障。本申请能够快速定位发动机圆柱滚子轴承的故障原因。

Description

一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验及识别方法

技术领域

本申请属于发动机维护技术领域，具体涉及一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验及识别方法。

背景技术

作为航空发动机的重要部件，轴承在发动机运行过程中起着至关重要的作用，需要在高速、高温、载荷等复杂工况下长时间的稳定可靠工作。

在圆柱滚子轴承使用过程，轴承零件尺寸超差或间隙不足等原因可能造成轴承卡滞问题。由于出现滚子轴承出现故障后一般会出现严重损伤或磨损，基本消除了轴尺寸精度特征，很难通过故检等方法直接判断判断轴承在工作过程中是否存在卡滞问题。因此需要通过模拟试验的方法，在轴承试验器上模拟轴承卡滞状态，提取卡滞工作时的特征表现与发动机故障前工作测试参数进行比对后给出判断。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验及识别方法，通过轴承工作表现的特征对比，判断轴承在发动机上是否存在卡滞问题。

本申请第一方面提供了一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验方法，主要包括：

步骤S1、在发动机圆柱滚子轴承的收紧保持架兜孔处设置冲点，以使得兜孔侧壁向兜孔内形成凸起，和/或向所述兜孔内灌入固体胶限制其内的圆柱滚子的灵活转动；

步骤S2、控制试验器上的发动机圆柱滚子轴承的轴承转速及加载条件与发动机实际运行工况保持一致；

步骤S3、确定轴承保持架的内引导方式下的振动频率f₁或外引导方式下的振动频率f₂，确定轴承温度T₁或者流经轴承的滑油温度T₂，确定发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩N。

优选的是，步骤S3中，确定轴承保持架的内引导方式下的振动频率f₁或外引导方式下的振动频率f₂包括：

其中，n_i和n_o分别为轴承内圈转速及轴承外圈转速，d_m为轴承的节圆直径，D为轴承保持架内的滚动体直径。

优选的是，步骤S3之后进一步包括：

步骤S4、在试验器上安装正常的发动机圆柱滚子轴承，控制试验器上的正常发动机圆柱滚子轴承的轴承转速及加载条件与发动机实际运行工况保持一致；

步骤S5、测量对应的正常的发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的轴承保持架的内引导方式下的振动频率f_1正常或外引导方式下的振动频率f_2正常，确定轴承温度T_1正常或者流经轴承的滑油温度T_2正常，确定发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩N_正常；

步骤S6、确定各个工况下的测量差值：

δf₁＝f₁-f_1正常；

δf₂＝f₂-f_2正常；

δT₁＝T₁-T_1正常；

δT₂＝T₂-T_2正常；

δN＝N-N_正常；

其中，δf₁为内引导方式下的振动频率差值，δf₂为外引导方式下的振动频率差值，δT₁为轴承温度差值，δT₂为滑油温度差值，δN为工作扭矩差值。

本申请第二方面提供了一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障识别方法，主要包括：

步骤M1、确定待识别的发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的内外引导方式，并确定对应引导方式下的轴承保持架的振动频率f_实时、轴承温度T_1实时、流经轴承的滑油温度T_2实时，轴承的工作扭矩N_实时；

步骤M2、当满足以下三个条件时，确定轴承存在卡滞故障：

条件1、所述振动频率f_实时超过频率设定值；

条件2、轴承温度T_1实时、或者流经轴承的滑油温度T_2实时超过对应的轴承温度设定值、滑油温度设定值；

条件3、轴承的工作扭矩N_实时超过工作扭矩设定值。

优选的是，所述频率设定值、温度设定值、滑油温度设定值以及工作扭矩设定值根据各个工况下的处于卡滞状态下的发动机圆柱滚子轴承试验确定，其中，所述频率设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的振动频率上浮50％，所述温度设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的轴承温度上浮20℃，所述滑油温度设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的滑油温度上浮20℃，所述工作扭矩设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩增大10％。

优选的是，步骤M1进一步包括：

步骤M11、获取发动机当前工况，并基于所述发动机当前工况确定对应的内引导方式下的振动频率差值δf₁，外引导方式下的振动频率差值δf₂，轴承温度差值δT₁，滑油温度差值δT₂，工作扭矩差值δN；

步骤M12、根据轴承保持架的内外引导方式将内引导方式下的振动频率差值δf₁或外引导方式下的振动频率差值δf₂作为频率设定值，将轴承温度差值δT₁作为轴承温度设定值，将滑油温度差值δT₂作为滑油温度设定值，将工作扭矩差值δN作为工作扭矩设定值。

本申请能够快速定位发动机圆柱滚子轴承的故障原因。

附图说明

图1为本申请发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验及识别方法一优选实施例的流程图。

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方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请第一方面提供了一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验方法，如图1所示，主要包括：

步骤S1、在发动机圆柱滚子轴承的收紧保持架兜孔处设置冲点，以使得兜孔侧壁向兜孔内形成凸起，和/或向所述兜孔内灌入固体胶限制其内的圆柱滚子的灵活转动；

步骤S2、控制试验器上的发动机圆柱滚子轴承的轴承转速及加载条件与发动机实际运行工况保持一致；

步骤S3、确定轴承保持架的内引导方式下的振动频率f₁或外引导方式下的振动频率f₂，确定轴承温度T₁或者流经轴承的滑油温度T₂，确定发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩N。

本申请主要通过轴承试验件的处理模拟滚子卡滞状态，试验件需选用与故障轴承相同型号的轴承，步骤S1中可选择如下处理方法：

方法一：收紧保持架兜孔处增加冲点，使其抱紧滚动体，达到影响其灵活运转的目的；

方法二：在兜孔中灌入固体胶使滚动体不能灵活转动。

之后在步骤S2中，进行不同工况的参数加载，以在步骤S3中获得不同工况下的特征信息。这些特征信息将作为评判轴承卡滞故障的依据。

在一些可选实施方式中，步骤S3中，确定轴承保持架的内引导方式下的振动频率f₁或外引导方式下的振动频率f₂包括：

其中，n_i和n_o分别为轴承内圈转速及轴承外圈转速，d_m为轴承的节圆直径，D为轴承保持架内的滚动体直径。

在一些可选实施方式中，步骤S3之后进一步包括：

步骤S4、在试验器上安装正常的发动机圆柱滚子轴承，控制试验器上的正常发动机圆柱滚子轴承的轴承转速及加载条件与发动机实际运行工况保持一致；

步骤S5、测量对应的正常的发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的轴承保持架的内引导方式下的振动频率f_1正常或外引导方式下的振动频率f_2正常，确定轴承温度T_1正常或者流经轴承的滑油温度T_2正常，确定发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩N_正常；

步骤S6、确定各个工况下的测量差值：

δf₁＝f₁-f_1正常；

δf₂＝f₂-f_2正常；

δT₁＝T₁-T_1正常；

δT₂＝T₂-T_2正常；

δN＝N-N_正常；

其中，δf₁为内引导方式下的振动频率差值，δf₂为外引导方式下的振动频率差值，δT₁为轴承温度差值，δT₂为滑油温度差值，δN为工作扭矩差值。

需要说明的是，本试验方法的目的是通过对比轴承工作时的特征表现来判定轴承在发动机工作过程中是否存在卡滞，因此特征参数主要选取在发动机工作过程中可以直接或间接得到测试参数。同时考虑到试验器与发动机工作环境的差异，建议先用一套正常轴承进行试验作为基准，通过对比正常轴承和模拟故障轴承的工作参数差异来定位特征表现。可选取的特征参数为：

(1)振动：轴承卡滞一般会引起某些振动频率成分幅值的明显增加，可以通过对比模拟故障轴承和正常轴承(基准试验)的频谱特征确认特征频率。重点关注轴承保持架特征频率f₁、f₂附近频率成分的幅值变化，若对比发现模拟故障轴承振动中有幅值明显增加的振动频率，可以确定为轴承卡滞所产生的特征频率。

(2)温度：对于模拟故障轴承和正常轴承(基准试验)，对比轴承温度或流经轴承的滑油温度是否有明显差异。

(3)转动扭矩：对于模拟故障轴承和正常轴承(基准试验)，可以用扭矩仪测量两种轴承的工作扭矩是否存在明显差异来判断轴承转动阻力的差异特征。

试验后对模拟故障轴承进行检查，确认所采用冲点或胶粘的措施是否还能维持滚动体的卡滞状态，来判断模拟故障轴承试验的有效性。

本申请第二方面提供了一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障识别方法，如图1所示，主要包括：

步骤M1、确定待识别的发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的内外引导方式，并确定对应引导方式下的轴承保持架的振动频率f_实时、轴承温度T_1实时、流经轴承的滑油温度T_2实时，轴承的工作扭矩N_实时；

步骤M2、当满足以下三个条件时，确定轴承存在卡滞故障：

条件1、所述振动频率f_实时超过频率设定值；

条件2、轴承温度T_1实时、或者流经轴承的滑油温度T_2实时超过对应的轴承温度设定值、滑油温度设定值；

条件3、轴承的工作扭矩N_实时超过工作扭矩设定值。

需要说明的是，上述三个条件可以同时满足作为评价轴承是否存在卡滞故障的依据，也可以择优选择其中一个或者同时满足其中两个作为评价轴承是否存在卡滞故障的依据。

在一些可选实施方式中，所述频率设定值、温度设定值、滑油温度设定值以及工作扭矩设定值根据各个工况下的处于卡滞状态下的发动机圆柱滚子轴承试验确定，其中，所述频率设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的振动频率上浮50％，所述温度设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的轴承温度上浮20℃，所述滑油温度设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的滑油温度上浮20℃，所述工作扭矩设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩增大10％。

该实施例通过发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验方法确定了卡滞状态下轴承的特征参数相比于正常轴承的特征参数所提高的百分比或者实际值的大致范围，当在发动机实际运转过程中这些特征参数高于范围的最大值时，可以认为轴承发生卡滞故障。备选实施方式中，还可以根据发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验方法更精准的确定不同工况下的这些特征参数具体提高的百分比或实际值，以此根据当前的发动机实际工况来进行不同的参数比较，例如在一些可选实施方式中，步骤M1进一步包括：

步骤M11、获取发动机当前工况，并基于所述发动机当前工况确定对应的内引导方式下的振动频率差值δf₁，外引导方式下的振动频率差值δf₂，轴承温度差值δT₁，滑油温度差值δT₂，工作扭矩差值δN；

步骤M12、根据轴承保持架的内外引导方式将内引导方式下的振动频率差值δf₁或外引导方式下的振动频率差值δf₂作为频率设定值，将轴承温度差值δT₁作为轴承温度设定值，将滑油温度差值δT₂作为滑油温度设定值，将工作扭矩差值δN作为工作扭矩设定值。

该实施例中，工况通常对应于发动机运行状态或者发动机转速区间，例如慢车状态、中间状态、加力状态等。

该实施例中，上述不同工况下的各特征参数差值以表格的形式预存在发动机控制系统中，每个发动机工况对应于上述各特征参数差值，使用时根据发动机当前工况确定具体的特征参数差值，当选用发动机转速代表发动机工况时，表格中存储的为不同转速对应的特征参数差值，使用时，根据实际发动机转速进行插值以获得具体的特征参数差值。

本申请针对发动机圆柱滚子轴承卡滞问题附件提出了一种模拟试验方法，可以通过轴承工作表现的特征对比，判断轴承在发动机上是否存在卡滞问题。该方法可应用于发动机圆柱滚子轴承损伤故障分析，可以快速定位故障原因。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验方法，其特征在于，包括：

步骤S1、在发动机圆柱滚子轴承的收紧保持架兜孔处设置冲点，以使得兜孔侧壁向兜孔内形成凸起，和/或向所述兜孔内灌入固体胶限制其内的圆柱滚子的灵活转动；

步骤S2、控制试验器上的发动机圆柱滚子轴承的轴承转速及加载条件与发动机实际运行工况保持一致；

步骤S3、确定轴承保持架的内引导方式下的振动频率f₁或外引导方式下的振动频率f₂，确定轴承温度T₁或者流经轴承的滑油温度T₂，确定发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩N。

2.如权利要求1所述的发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验方法，其特征在于，步骤S3中，确定轴承保持架的内引导方式下的振动频率f₁或外引导方式下的振动频率f₂包括：

其中，n_i和n_o分别为轴承内圈转速及轴承外圈转速，d_m为轴承的节圆直径，D为轴承保持架内的滚动体直径。

3.如权利要求2所述的发动机圆柱滚子轴承卡滞故障试验方法，其特征在于，步骤S3之后进一步包括：

步骤S4、在试验器上安装正常的发动机圆柱滚子轴承，控制试验器上的正常发动机圆柱滚子轴承的轴承转速及加载条件与发动机实际运行工况保持一致；

步骤S5、测量对应的正常的发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的轴承保持架的内引导方式下的振动频率f_1正常或外引导方式下的振动频率f_2正常，确定轴承温度T_1正常或者流经轴承的滑油温度T_2正常，确定发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩N_正常；

步骤S6、确定各个工况下的测量差值：

δf₁＝f₁-f_1正常；

δf₂＝f₂-f_2正常；

δT₁＝T₁-T_1正常；

δT₂＝T₂-T_2正常；

δN＝N-N_正常；

其中，δf₁为内引导方式下的振动频率差值，δf₂为外引导方式下的振动频率差值，δT₁为轴承温度差值，δT₂为滑油温度差值，δN为工作扭矩差值。

4.一种发动机圆柱滚子轴承卡滞故障识别方法，其特征在于，包括：

步骤M1、确定待识别的发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的内外引导方式，并确定对应引导方式下的轴承保持架的振动频率f_实时、轴承温度T_1实时、流经轴承的滑油温度T_2实时，轴承的工作扭矩N_实时；

步骤M2、当满足以下三个条件时，确定轴承存在卡滞故障：

条件1、所述振动频率f_实时超过频率设定值；

条件2、轴承温度T_1实时、或者流经轴承的滑油温度T_2实时超过对应的轴承温度设定值、滑油温度设定值；

条件3、轴承的工作扭矩N_实时超过工作扭矩设定值。

5.如权利要求4所述的发动机圆柱滚子轴承卡滞故障识别方法，其特征在于，所述频率设定值、温度设定值、滑油温度设定值以及工作扭矩设定值根据各个工况下的处于卡滞状态下的发动机圆柱滚子轴承试验确定，其中，所述频率设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的轴承保持架的振动频率上浮50％，所述温度设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的轴承温度上浮20℃，所述滑油温度设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的滑油温度上浮20℃，所述工作扭矩设定值为正常发动机圆柱滚子轴承的工作扭矩增大10％。

6.如权利要求4所述的发动机圆柱滚子轴承卡滞故障识别方法，其特征在于，步骤M1进一步包括：

步骤M11、获取发动机当前工况，并基于所述发动机当前工况确定对应的内引导方式下的振动频率差值δf₁，外引导方式下的振动频率差值δf₂，轴承温度差值δT₁，滑油温度差值δT₂，工作扭矩差值δN；

步骤M12、根据轴承保持架的内外引导方式将内引导方式下的振动频率差值δf₁或外引导方式下的振动频率差值δf₂作为频率设定值，将轴承温度差值δT₁作为轴承温度设定值，将滑油温度差值δT₂作为滑油温度设定值，将工作扭矩差值δN作为工作扭矩设定值。