CN204175804U - 航空发动机主轴承外环三瓣坡结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种航空发动机主轴承外环三瓣坡结构，包括外环、内环、滚动体、保持架，外环与内环间为滚动体的滚动空间，所述外环的内滚道面包括多个向所述外环的内侧突出的凸起部，所述多个凸起部依次连接，在相邻两个所述凸起部的连接处形成凹部；其特征在于：所述凸起部处的滚道轴向宽度相应变大；所述凹部处的滚道轴向宽度相应变小。本实用新型的优点是：本实用新型把外环设计成三瓣坡结构，增加滚动体的预载荷，防止轻载打滑故障，滚道宽度的变化可保证在轴承旋转时，滚道径向宽度较小时，该处润滑油充分，避免滚动体损坏。

Description

航空发动机主轴承外环三瓣坡结构

技术领域

本实用新型涉及轴承，具体说是一种航空发动机主轴承。

技术背景

航空发动机主轴承一般装配在两个旋转件或一个零件固定、一个零件旋转之间，起到支撑作用，主要承受径向载荷、轴向载荷或者承受轴向、径向两种载荷。一旦轴承损坏，必然导致旋转件不平衡量增大，进而引发发动机振动故障。目前，国内航空发动机主轴承的设计多是20世纪70、80年代的设计思路，先根据轴承安装部位计算轴承内外环的直径及宽度，再进行内部结构的优化设计，而依据这种思路设计成的内外、外环多是采用圆形设计，如图1所示外环、内环实例，图中，101为内环，201为外环，301为滚动体，401为保持架，这种类型的轴承内、外环采用同心圆型设计，不具备给滚动体施加预载荷能力，在载荷较轻的情况下易使轴承出现轻载打滑故障，进而导致发动机故障。其原因为：滚动体与套圈滚道接触时，在极轻的接触载荷下(或在过量的润滑条件)，受惯性力的影响，会造成两运动着的接触件各自接触点的线速度存在差异，此时将在两接触体间出现滑动现象，造成接触表面出现蹭伤，该现象称为轻载打滑。在滚子轴承中出现轻载打滑是拖动力过小造成的。轴承的正常运转是依靠主动套圈与滚动体之问所产生的拖动力，带动滚动体和保持架组件运转。如若拖动力小于作用在滚动体与保持架组件上的各种阻力之和，则套圈滚道与滚动体之间会产生严重的打滑现象，导致接触表面的蹭伤。轴承所需拖动力与轴承的类型和尺寸有关，轴承越大，则所需拖动力也越大。航空发动机的发展趋势，其主轴轴承的尺寸向大的方向发展，而整个转子的质量则向轻量化发展，因而作用于每个主轴轴承的径向负荷反而减小，导致拖动力的降低。可是航空发动机要向高速化发展，滚动体的离心力会不断增大，增加了在静止外圈上的作用力，但减少了滚动体与作为主动套圈的内圈滚道之间的负荷，更增加了轻载打滑的可能性。

从故障数据统计看，绝大部分发动机主轴承故障问题，都是由轴承轻载打滑造成的。因此，防止主轴承轻载打滑，成为设计轴承的主要参数，特别是外坏结构的设计，也成为轴承设计中的重中之重。

中国专利申请号201110257011.4公开了一种轴承，包括轴承外圈(1)、滚动体(3)、轴承内圈(4)，结构特点是，轴承外圈(1)的内滚道面包括多个向轴承外圈(1)的内侧突出的凸起部(11)，多个凸起部(11)依次连接，在相邻两个凸起部(11)的连接处形成凹部(12)。该专利采用了在轴承外圈设置凸起部或凹部的结构，能缓解轻载打滑问题，但该专利没有考虑到在滚道尺寸缩小处，即凸起部，由于滚动体与内环、外环距离较近，润滑油被挤出，往往造成该处润滑不好，齿轮滚动体损坏的问题。

发明内容

本实用新型通过优化轴承外环设计，把外环设计成三瓣坡结构，增加给滚动体的预载荷，防止轻载打滑故障，提高轴承可靠性。具体技术方案如下：

一种航空发动机主轴承外环三瓣坡结构，包括外环、内环、滚动体、保持架，外环与内环间为滚动体的滚动空间，所述外环的内滚道面包括多个向所述外环的内侧突出的凸起部，所述多个凸起部依次连接，在相邻两个所述凸起部的连接处形成凹部；所述凸起部处的滚道轴向宽度相应变大；所述凹部处的滚道轴向宽度相应变小。

轴承的外环内径尺寸不是定值，轴承的内环外径尺寸也不是定值，当外环内径尺寸变大时，相应位置的轴承的内环外径尺寸变大；当外环内径尺寸变小时，相应位置的轴承的内环外径尺寸变小；所述内环外径与外环间的距离不是定置，当所述距离变小时，所述位置的外环内侧滚道的尺寸变大；反之亦然。

外环内径尺寸变化值、内环外径尺寸变化值小于或等于百分之5。

外环内径尺寸变化范围为多处，均匀分布。

外环内径尺寸变化范围为3处。

本实用新型的优点是：本实用新型把外环设计成三瓣坡结构，增加滚动体的预载荷，防止轻载打滑故障，于此同时，在相应位置调整滚道宽度，保证轴承润滑，提高轴承可靠性。通过计算机仿真计算验证，能够达到预期目的，它可以大幅度提高轴承可靠性。

以一种发动机主轴承为例，该轴承无三瓣坡结构，经常出现轻载打滑故障，轴承报废率较高，据不完全统计，因轻载打滑故障报废率高达20％，而采用外环防止轻载打滑设计后，计算仿真得出轴承在装配时获得一定的预载荷，使轴承性能提高。外环三瓣坡设计结构在该发动机上的应用结果也表明，这种结构能提高轴承的工作可靠性，目前在该发动机上没有发生因该轴承故障而导致的发动机返厂修理。

附图说明

图1为现有技术的轴承结构示意图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为外环结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本实用新型，在图2中，A代表外环理论轮廓线外径，其中1-6圆弧、2-3圆弧、4-5圆弧代表外环外径较大点，形成凹部，1-2圆弧、3-4圆弧、5-6圆弧代表外环外径较小点，形成凸起部；B和D代表轴承实际工作的滚道曲线的较大点的假想直径和较小点假想直径，C代表外环滚道理论轮廓线内径；7-12圆弧、8-9圆弧、10-11圆弧为滚道尺寸的较大点，7-8圆弧、9-10圆弧、11-12圆弧为滚道尺寸的较小点。所述凸起部处的滚道宽度L相应变大；所述凹部处的滚道宽度相应变小。滚道宽度的变化可保证在轴承旋转时，滚道径向宽度较小时，该处润滑油充分，避免滚动体损坏。

针对所有带3个或3个以上滚动体的工作条件，通过采用带有三瓣坡外圈滚道的弹性外圈设计，可给内圈滚道上的滚动体施加载荷，进而使外环滚道上的滚动体打滑降到最低。

普通轴承的设计是圆形设计，与本实用新型的差别在于三瓣坡结构的轴承外环具有外径最大点和最小点，而普通轴承则没有最大点和最小点。

该实施例为三段变化范围，可根据实际需求，均匀设置多个变化范围。

在轴承正常工作过程中，三瓣坡结构的外环能给轴承(滚动体)一个预载荷，增大了依靠主动套圈与滚动体之间所产生的拖动力，防止轻载打滑，降低了轴承轻载打滑故障率。

轴承外环内径参数是决定轴承性能的一个关键数据，对轴承轻载打滑故障影响尤为明显，为了降低轴承的轻载打滑故障率，需给轴承一个预载荷，而这个预载荷通过外环设计成三瓣坡结构进行施加，进而降低轻载打滑故障率。

在三瓣坡轴承的结构设计中，首先要确定轴承的理论游隙，再根据仿真计算确定三瓣坡直径大小，一般在直径基础上加上或减去千分之几，如百分之5；一旦确定了外环三瓣坡结构，即初步确定了外环三个最大点、三个最小点。通过计算机仿真计算，模拟发动机结构试验验证修正轴承参数，再优化外环的结构设计(优化最大点和最小点)，最后在航空轴承试验器上进行性能试验，检测轴承设计的合理性和可靠性。若试验良好，则确定轴承外环尺寸，反之则继续优化轴承外环内部尺寸。

Claims (5)

1.一种航空发动机主轴承外环三瓣坡结构，包括外环、内环、滚动体、保持架，外环与内环间为滚动体的滚动空间，所述外环的内滚道面包括多个向所述外环的内侧突出的凸起部，所述多个凸起部依次连接，在相邻两个所述凸起部的连接处形成凹部；其特征在于：所述凸起部处的滚道轴向宽度相应变大；所述凹部处的滚道轴向宽度相应变小。

2.根据权利要求1所述的航空发动机主轴承外环三瓣坡结构，其特征在于：轴承的外环内径尺寸不是定值，轴承的内环外径尺寸也不是定值，当外环内径尺寸变大时，相应位置的轴承的内环外径尺寸变大；当外环内径尺寸变小时，相应位置的轴承的内环外径尺寸变小；所述内环外径与外环间的距离不是定置，当所述距离变小时，所述位置的外环内侧滚道的尺寸变大；反之亦然。

3.根据权利要求2所述的航空发动机主轴承外环三瓣坡结构，其特征在于：外环内径尺寸变化值、内环外径尺寸变化值小于或等于百分之5。

4.根据权利要求2所述的航空发动机主轴承外环三瓣坡结构，其特征在于：外环内径尺寸变化范围为多处，均匀分布。

5.根据权利要求4所述的航空发动机主轴承外环三瓣坡结构，其特征在于：外环内径尺寸变化范围为3处。