【陶瓷球生產(chǎn)廠家】不同材質(zhì)滾動體軸承性能對比試驗驗證
2020-10-12
隨著航空發(fā)動機對軸承轉(zhuǎn)速、壽命等要求日益嚴苛，傳統(tǒng)滾動軸承變得越來越難以滿足要求。陶瓷球比鋼球具有良好的耐腐蝕，耐磨損和抗斷油能力。
氮化硅的密度是鋼的40%，球體對外滾道具有更小的離心力，使用陶瓷球可以提高滾道材料為M50 鋼的軸承可承載的大工作溫度[1]。國內(nèi)混合陶瓷球軸承主要在機床主軸[2]、高速電主軸[3]、化工機械等應(yīng)用較為廣泛，航空發(fā)動機主軸軸承較少應(yīng)用混合陶瓷球軸承。將已有航空發(fā)動機全鋼軸承改制為混合陶瓷球軸承，對提高發(fā)動機整機shou翻期壽命，降低滑油系統(tǒng)溫度特性具有重要研究意義。
本文以某型航空發(fā)動機前支點雙半內(nèi)圈角接觸球軸承為試驗對象，更換滾動體材料，其他參數(shù)保持不變，通過軸承性能試驗，包括承載能力試驗與滑油中斷試驗，對比軸承外圈工作溫度，為發(fā)動機軸承改制提供數(shù)據(jù)支撐。
1、試驗軸承主參數(shù)
以某型航空發(fā)動機燃氣渦輪轉(zhuǎn)子前支點雙半內(nèi)圈角接觸球軸承為試驗對象，軸承主參數(shù)如下，軸承內(nèi)徑45 mm，外徑為75 mm，鋼球數(shù)量15 個，鋼球直徑9.128 mm，徑向游隙為0.060 ～ 0.08 mm，軸向游隙為0.160 ～ 0.230 mm，接觸角為（28±4）°，套圈材料M50 鋼，鋼制軸承滾動體材料M50 鋼，混合陶瓷球軸承滾動體材料為陶瓷（Si3N4）。
2、試驗方案與載荷譜
2.1 試驗轉(zhuǎn)接段
試驗轉(zhuǎn)接段如圖1 所示，支點軸承1 為全鋼軸承，支點軸承2 為混合陶瓷球軸承。承載能力試驗中鋼制軸承與混合陶瓷球軸承都為試驗件?；椭袛嘣囼炛?，在支點軸承2 處，先后分別安裝一套混合陶瓷球與鋼制軸承，分別進行試驗。試驗在高速軸承試驗器上開展，試驗器轉(zhuǎn)速5 000 ~ 50 000 r/min，徑向加載載荷100 N ~ 10 kN，軸向加載載荷100 N ~ 20 kN。
2.2 試驗載荷譜
試驗譜包含承載能力譜和滑油中斷譜，承載能力譜如表1 所示?；椭袛嘣囼炤d荷譜考核軸承在斷油30 s 后恢復(fù)供油30 min 內(nèi)的抗斷油能力，滑油中斷時和恢復(fù)斷油后的載荷譜相同，轉(zhuǎn)速43 000r/min，徑向載荷230 N，軸向載荷2 200 N。試驗軸承供油溫度：80 ℃，供油流量：（1.3～1.4）L/min。
3、試驗結(jié)果
3.1 承載能力試驗
混合陶瓷球軸承與全鋼制軸承外圈溫度對比如圖2 所示?；旌咸沾汕蜉S承在相同潤滑與載荷條件下，試驗外圈溫度低于鋼制軸承外圈溫度。在序號6～序號10 等高轉(zhuǎn)速試驗狀態(tài)，陶瓷球軸承外圈溫度比全鋼制軸承溫度低15 ℃左右。序號1～序號5 等狀態(tài)，混合陶瓷球軸承外圈溫度比全鋼制軸承溫度低3℃ ~ 10 ℃左右。
3.2 滑油中斷試驗
鋼制軸承在進行滑油中斷24 s 時，軸承外圈溫度升高到235 ℃，達到試驗器保護停車值?；旌咸沾汕蜉S承滑油中斷過程中，試驗軸承外圈溫度zui高為206 ℃，軸承外圈溫度變化平穩(wěn)。試驗恢復(fù)供油后，軸承運轉(zhuǎn)正常，軸承外圈zui高溫度為146 ℃，滑油中斷試驗軸承外圈溫度對比如圖3 所示。
試驗結(jié)束后對混合陶瓷球軸承和鋼制軸承進行分解檢查，軸承形貌正常，如圖4 所示，套圈工作滾道未產(chǎn)生變色等高溫特性。陶瓷球形貌完整，未發(fā)現(xiàn)磨損痕跡
4、結(jié)束語
以某型航空發(fā)動機雙半內(nèi)圈球軸承為試驗對象，通過將鋼球更換為陶瓷球開展性能試驗，對比混合陶瓷球軸承與鋼制軸承外圈溫度，為后續(xù)發(fā)動機鋼制球軸承的改制提供試驗依據(jù)。試驗結(jié)果表明：
（1）滑油中斷試驗中混合陶瓷球軸承以較低的軸承外環(huán)工作溫度通過了滑油中斷試驗，證明了混合陶瓷球軸承具備更好的抗斷油能力。
（2）承載能力試驗中混合球軸承在高轉(zhuǎn)速下工作溫度明顯低于全鋼軸承，表明混合陶瓷球軸承在高轉(zhuǎn)速下具有更好的溫升性能。
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