赵燕,毕明龙,石东丹

(中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150025)

随着我国航空发动机技术的发展，为提高发动机的性能和功重比，涡轴发动机主轴轴承的dm·n值已达到2.3×106mm·r/min，目前最高需求已达到3.5×106mm·r/min[1]。航空发动机主轴轴承多为圆柱滚子轴承[2-5]，由于高速性能的要求，转子重量较轻及动平衡精度较高，常规滚动轴承的疲劳剥落失效已不是该类轴承失效的主因，其损坏的主要形式多为滚子打滑或歪斜造成的表面损伤。针对该问题，进行基于抑制滚子歪斜的高速圆柱滚子轴承设计。

1 滚子歪斜的危害及原因

1.1 滚子歪斜的危害

航空涡轮轴发动机用高速圆柱滚子轴承多在高速、轻载工况下工作，典型结构如图1所示，工作过程中承载区的滚子由于内、外圈的限位作用，运动状态相对稳定，而非承载区的滚子由于失去了内、外圈的限制，滚子在沿滚道运行时会出现歪斜(图2)。

图1 圆柱滚子轴承结构图Fig.1 Structure diagram of cylindrical roller bearing

图2 滚子在滚道中的歪斜运动Fig.2 Skew movement of roller in raceway

滚子歪斜是一种不规则转动，高速工况下滚子扭摆程度将更大，歪斜导致的不稳定运转会使滚子端面与挡边之间频繁接触，从而导致不同程度的磨损[1]，如图3—图4所示，严重时会发生磨损断裂故障。

图3 挡边磨损局部放大图Fig.3 Partial enlargement of rib wear

图4 滚子边缘磨损放大图Fig.4 Enlargement of roller edge wear

1.2 滚子歪斜的原因

1)由于装配不当或轴在载荷作用下弯曲所引起的滚子不对中歪斜(或称倾斜)。当滚子不对中歪斜很小时(β<3′)，滚子歪斜可用带圆弧的凸度滚子来消减，一定凸度量可确保滚子在运转过程中有较好的调心作用。但滚子不对中歪斜较大时，需增大滚子的圆弧凸度值，当圆弧凸度超过0.02 mm时，对纠正歪斜不再有显著作用，此外凸度过大时，滚子局部接触应力增大，轴承疲劳强度会降低。

2)滚子自身不平衡引起的旋转歪斜(图5),主要原因有滚子倒角不对称,跳动公差大,倒角半径相对滚子外径错位较大,圆弧外形与滚子轴线偏移,滚子端面与滚子外径的垂直性不佳等，使滚子形心与质心不一致，从而引起滚子旋转歪斜。……