航空軸承技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

馬 芳，劉 璐

（中國(guó)航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱150500）

0 引言

航空軸承是航空武器裝備的關(guān)鍵部件，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承，作為支撐高低壓轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，國(guó)外早已將其視為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件。航空軸承具有高速、高溫、載荷大、受力復(fù)雜、苛刻的環(huán)境適應(yīng)性要求等工況特點(diǎn)，也因其單點(diǎn)性而具有長(zhǎng)壽命高可靠性的要求。隨著航空技術(shù)發(fā)展，裝備的極限性能在不斷突破和提升，軸承的重要性也越來越突出?？梢哉f，軸承技術(shù)代表著發(fā)動(dòng)機(jī)極限轉(zhuǎn)速、耐溫能力和可靠性水平[1]，但是目前我國(guó)航空軸承技術(shù)與其他航空強(qiáng)國(guó)還有一定的差距。

本文為滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展需求，系統(tǒng)分析了國(guó)內(nèi)外航空軸承技術(shù)現(xiàn)狀及差距，基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)未來發(fā)展趨勢(shì)，梳理出需要迫切解決和發(fā)展的航空軸承技術(shù)方向，希望為航空軸承技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 國(guó)內(nèi)外航空軸承技術(shù)現(xiàn)狀與差距

航空軸承的整體技術(shù)水平，在近30年來取得了令人矚目的進(jìn)步。高精度、高轉(zhuǎn)速、高可靠性、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)保養(yǎng)以及標(biāo)準(zhǔn)化、單元化、通用化已成為軸承的基本技術(shù)標(biāo)志。在軸承基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)步、通用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)改進(jìn)、專用軸承單元化和陶瓷軸承的開發(fā)等方面取得的成效最為顯著。但是由于歷史原因，我國(guó)航空軸承技術(shù)起步較晚，因此與世界軸承強(qiáng)國(guó)相比差距明顯。以深溝球軸承為例，國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的壽命一般為計(jì)算壽命的8倍以上（最高可達(dá)30倍以上），可靠性為98%以上，而我國(guó)軸承的壽命一般為計(jì)算壽命的3～5倍，可靠性為96%左右[2]。正是由于我國(guó)高端軸承技術(shù)不足，致使國(guó)內(nèi)航空軸承、高鐵軸承、機(jī)器人軸承等高端軸承領(lǐng)域基本以進(jìn)口軸承為主。

從材料、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、檢測(cè)等5個(gè)方面分析國(guó)內(nèi)外航空軸承現(xiàn)狀與技術(shù)差距。

（1）在材料方面。通常來說，一代材料決定一代發(fā)動(dòng)機(jī)，航空軸承亦是如此。航空軸承材料主要包括高鉻抗疲勞軸承鋼、耐高溫工具鋼、高強(qiáng)度齒輪軸承鋼等。由于航空軸承服役工作環(huán)境十分復(fù)雜，包含鹽霧、沙塵、霉菌及濕熱等工況條件，一旦在服役過程中產(chǎn)生軸承銹蝕,將產(chǎn)生嚴(yán)重安全隱患,因此軸承材料的性能和質(zhì)量是影響軸承壽命和可靠性的關(guān)鍵因素，國(guó)內(nèi)外都在不斷進(jìn)行新材料以及新工藝的開發(fā)和研究，以提高和穩(wěn)定軸承鋼的冶金質(zhì)量和性能，研制耐蝕、耐熱、高硬度、高疲勞強(qiáng)度的軸承。然而，軸承材料的高端冶金技術(shù)、精密鍛造技術(shù)、熱處理變形與晶粒度控制，都是國(guó)內(nèi)材料方面的短板。目前針對(duì)特定工況，德國(guó)、美國(guó)已開始逐步應(yīng)用耐腐蝕性能更加優(yōu)良的高溫不銹鋼Cronidur30、CSS-42L，法國(guó)、德國(guó)等在新研發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承上已開始使用性能更加優(yōu)越的Si3N4陶瓷滾動(dòng)體材料；而國(guó)內(nèi)，雖然已著手研究這些新型材料，但是沒有冶金技術(shù)支撐，大多數(shù)鋼材都是從國(guó)外采購(gòu)，其應(yīng)用技術(shù)也不成熟，如Cronidur30應(yīng)用目前存在熱處理變形量較大、硬度不足等問題，此外，行業(yè)內(nèi)對(duì)于M50、M50NiL等常用航空軸承材料氧含量、碳化物顆粒大小和均勻性的控制能力與國(guó)外還存在一定的差距。

（2）在設(shè)計(jì)方面。國(guó)外具有幾十年航空軸承設(shè)計(jì)與使用經(jīng)驗(yàn)，具備基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品自主開發(fā)能力，已經(jīng)普遍采用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程仿真分析，形成了各企業(yè)獨(dú)有的設(shè)計(jì)分析軟件和方法，對(duì)軸承的動(dòng)態(tài)性能、熱效應(yīng)、功率損耗等方面進(jìn)行了全面的分析與計(jì)算；國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)在產(chǎn)品自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)研發(fā)的資金投入、人才開發(fā)仍處于低水平，加上面向行業(yè)服務(wù)的科研院所走向企業(yè)化，從而削弱了面向行業(yè)進(jìn)行研發(fā)的功能，此外幾十年來一直采用測(cè)繪研仿的設(shè)計(jì)模式，缺乏必要的設(shè)計(jì)手段和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，雖然具備了一定的設(shè)計(jì)能力，但單元化、集成化軸承設(shè)計(jì)能力仍處于起步階段，近年來借助于仿真分析能力的提升以及對(duì)進(jìn)口軸承的反向設(shè)計(jì)，開展了軸承壽命影響因素的分析和等效加速試驗(yàn)方法的驗(yàn)證，但仍缺乏基礎(chǔ)研究能力的支撐，未形成系統(tǒng)完善的設(shè)計(jì)體系。

（3）在制造方面。國(guó)外已經(jīng)建立成熟完善的工藝技術(shù)體系，產(chǎn)品在質(zhì)量一致性、尺寸精度、壽命及可靠性等方面已達(dá)到較高水平，產(chǎn)品制造精度穩(wěn)定在P2級(jí)；國(guó)內(nèi)具備了常規(guī)結(jié)構(gòu)的軸承鋼、耐熱鋼、不銹鋼材料航空軸承的制造能力，制造精度可穩(wěn)定在P4級(jí)水平，但面向航空主軸軸承超高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工和質(zhì)量一致性需求，設(shè)備能力明顯不足，因而造成工序能力指數(shù)低、一致性差，產(chǎn)品加工尺寸離散度大，產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量不穩(wěn)定，從而影響了軸承的精度、性能、壽命和可靠性。此外國(guó)外已逐步融合先進(jìn)理念，實(shí)現(xiàn)智能制造，如德國(guó)提出“工業(yè)4.0”概念，在現(xiàn)代智能機(jī)器人、傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算能力成熟后，將能通過網(wǎng)絡(luò)把供應(yīng)鏈、生產(chǎn)過程和倉(cāng)儲(chǔ)物流智能連接起來，真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程全自動(dòng)化、產(chǎn)品個(gè)性化、管理智能化；而國(guó)內(nèi)依然保持傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，信息化程度不高。

（4）在試驗(yàn)方面。以德國(guó)某軸承公司為例，多年來對(duì)軸承進(jìn)行的壽命試驗(yàn)，累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間達(dá)150萬(wàn)h以上，形成了基于對(duì)M50和M50NiL2種主導(dǎo)材料軸承大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，使用這2種材料制造的主軸軸承只需做3～5套50～200 h的運(yùn)轉(zhuǎn)性能摸底試驗(yàn)和大負(fù)荷斷油試驗(yàn)，若未發(fā)生故障就直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行臺(tái)架和飛行考核；國(guó)內(nèi)尚未開展系統(tǒng)研究，主要按照國(guó)軍標(biāo)要求開展性能試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)及斷油試驗(yàn)等軸承工況適應(yīng)性試驗(yàn)，究其原因：體系不完善、數(shù)據(jù)積累不足以支撐設(shè)計(jì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)在2015年我國(guó)各大航空軸承廠與主機(jī)廠所的軸承試驗(yàn)時(shí)數(shù)總計(jì)約4萬(wàn)h，國(guó)內(nèi)航空軸承累計(jì)試驗(yàn)時(shí)數(shù)不足30萬(wàn)h。另外，國(guó)內(nèi)對(duì)于模擬真實(shí)工況的試驗(yàn)器與工裝的研究不足，以致試驗(yàn)結(jié)果與軸承服役性能存在較大誤差。

（5）在檢測(cè)方面。國(guó)外在產(chǎn)品加工過程檢測(cè)、理化分析、無損檢測(cè)等方面，配置了必要的高精度軸承檢測(cè)裝備資源，依托專業(yè)化的人才隊(duì)伍，開展了深入系統(tǒng)的研究，并擁有長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用積累，建立了規(guī)范完善的檢測(cè)技術(shù)體系；國(guó)內(nèi)檢測(cè)以傳統(tǒng)手段為主，高精度測(cè)量裝備資源配置不足，產(chǎn)品加工的形狀和位置精度測(cè)量主要依靠輔助測(cè)量手段，很難保證設(shè)計(jì)與工藝符合性要求，無損檢測(cè)沒有統(tǒng)一、完善的規(guī)范，尚未建立覆蓋原材料入廠、過程檢測(cè)和成品零件檢測(cè)全過程的無損檢測(cè)技術(shù)體系。

2 未來技術(shù)發(fā)展方向

2.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)未來發(fā)展方向

從19世紀(jì)40年代至今，航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了從推重比1.12的單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)提升到推重比10以上渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的演變過程，目前在軍用發(fā)動(dòng)機(jī)主要以小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主，未來向高推重比、長(zhǎng)壽命、高可靠性及安全性等方面發(fā)展；民用發(fā)動(dòng)機(jī)主要以大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主，基于經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)、環(huán)境友好及安全等方面的考慮，更加側(cè)重向著高涵道比、低噪音、低污染、高可靠性等趨勢(shì)發(fā)展。根據(jù)第3、4和5代軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特征，總體性能發(fā)展趨勢(shì)見表1。綜合來看，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來發(fā)展趨勢(shì)為高溫、高載荷、高轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)壽命與高可靠性。

表1 軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能發(fā)展趨勢(shì)

2.2 航空軸承未來發(fā)展方向

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提升對(duì)航空軸承的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都有很高的要求。以軍用發(fā)動(dòng)機(jī)為例，提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比有2種方式：（1）減重；（2）增大推力，推力增加則軸承轉(zhuǎn)速提高，軸承壽命與速度成反比；渦輪前溫度升高，導(dǎo)致軸承腔環(huán)境溫度升高，易引起滑油加速分解，影響潤(rùn)滑效果。發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升對(duì)軸承的挑戰(zhàn)如圖1所示，從圖中可見，當(dāng)推重比增加同時(shí)，其轉(zhuǎn)速也增加，材料系數(shù)a2和潤(rùn)滑系數(shù)a3系數(shù)下降，都將導(dǎo)致壽命大幅下降。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升對(duì)軸承的挑戰(zhàn)

對(duì)部分典型航空軸承的國(guó)內(nèi)未來需求及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有水平進(jìn)行了大致梳理，見表2。

表2 2016年典型航空軸承部分技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析

由表可知，未來航空軸承為滿足主機(jī)需求，需要dn值更高、壽命更長(zhǎng)、載荷更重、溫度更高，此外，還有更復(fù)雜結(jié)構(gòu)和更苛刻的環(huán)境適應(yīng)性等要求，具體表現(xiàn)在以下方面：其中dn值由2.0×106mm·r/min向3.0×106mm·r/min跨越；發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承壽命由500～1500 h提高到3000 h左右；溫度由200℃提高到350℃；載荷由3000 kg提高到6000 kg；此外，軸承向更新一代耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等方向發(fā)展。另外，民用客機(jī)或運(yùn)輸機(jī)主軸軸承壽命要求在25000 h以上，挑戰(zhàn)更大。

2.3 航空軸承技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

前文提到，航空發(fā)動(dòng)機(jī)提高推重比的途徑之一就是增大主軸軸承轉(zhuǎn)速，提高dn值，而提高軸承轉(zhuǎn)速，帶來的主要問題：（1）滾動(dòng)體離心力增大，導(dǎo)致軸承疲勞壽命下降；（2）內(nèi)圈周向應(yīng)力增大，可能引發(fā)內(nèi)圈裂紋或斷裂故障。以深溝球軸承為例，當(dāng)dn值超過1.5×106時(shí)，鋼球所產(chǎn)生的離心力變得非常大，使外圈與球接觸處的赫茲應(yīng)力顯著提高，從而嚴(yán)重地縮短了軸承疲勞壽命。此外，在球軸承中，一般內(nèi)外圈接觸角接近相等時(shí)壽命較長(zhǎng)，但在高dn值下，由于離心力的作用，內(nèi)圈接觸角增大，外圈接觸角減小，從而使球的自旋速度加大；球與溝道間的滑動(dòng)加劇，發(fā)熱量增加，接觸溫度升高，加速了軸承疲勞破壞，嚴(yán)重影響軸承的可靠性及壽命。

因此為滿足航空軸承發(fā)展需求，未來航空軸承技術(shù)應(yīng)基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真、加工工藝與裝備、試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)器研制、材料及熱處理、防銹潤(rùn)滑、失效分析等方面繼續(xù)深入探索，例如開發(fā)應(yīng)用新型材料以提升軸承耐高溫、抗疲勞性能；進(jìn)行表面強(qiáng)化，提升軸承耐磨、耐腐蝕性能；開展軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)研究，提高軸承可靠性；全面推進(jìn)智能制造，實(shí)現(xiàn)全過程檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)+；推進(jìn)4級(jí)試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，搭建軸承大數(shù)據(jù)平臺(tái)；引入先進(jìn)傳感技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能軸承廣泛應(yīng)用。

將16只小鼠分為常壓缺氧組（A組）和低壓缺氧組（B組），每組8只，分別在常壓缺氧與低壓缺氧環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)。將48只小鼠分為常壓烏拉坦組（C組）、常壓咖啡因組（D組）、常壓對(duì)照組（E組）、低壓烏拉坦組（F組）、低壓咖啡因組（G組）、低壓對(duì)照組（H組），每組8只，各種分別置于常壓缺氧與低壓缺氧環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)。C組與的F組小鼠腹腔注射5%烏拉坦，劑量為0.3 ml/10 g，D組與G組小鼠腹腔注射0.5%咖啡因，劑量0.3 ml/10 g，E組與H組小鼠腹腔注射生理鹽水，劑量0.3 ml/10 g。

2.3.1 軸承新材料的應(yīng)用

材料是軸承性能的決定性因素之一，具有更好的耐腐蝕、耐高溫性能及強(qiáng)度，能夠大大降低軸承失效概率，因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升的發(fā)展需求也促進(jìn)了一批新型軸承材料的研發(fā)與應(yīng)用，如Cronidur30、CSS-42L和陶瓷材料等。

（1）Cronidur30

Cronidur30高氮不銹鋼是1種高韌性、高強(qiáng)度馬氏體耐蝕鋼，其在200℃的高溫HRC硬度均大于56，具有良好的斷裂韌性以及優(yōu)異的抗腐蝕性能。在相同參數(shù)下使用Cronidur30材料制備的軸承壽命是M50鋼的5倍，其抗腐蝕性能是440C材料的100倍[3]。用Cronidur30制造的軸承具有高可靠性、超長(zhǎng)壽命、低摩擦和低溫升特點(diǎn)，可以在具有較強(qiáng)腐蝕性的工況環(huán)境下使用[4-5]。

（2）CSS-42L

CSS-42L是1種具有高強(qiáng)度、高硬度的超高強(qiáng)度鋼，其在室溫下表面最高HRC硬度可達(dá)到67～72，在 430℃下的最高高溫 HRC硬度為 62，在480～500℃下的最高高溫HRC硬度58。其斷裂韌性可達(dá)到 110 MPa·m1/2。滾動(dòng)接觸疲勞壽命L10是M50鋼的約28倍[6]。CSS-42L材料適用于高溫和強(qiáng)腐蝕環(huán)境以及磨損情況嚴(yán)重的軸承工況[6-7]。

（3）陶瓷材料

陶瓷材料是指Si3N4、Al2O3等經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料，具有較好的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性，3點(diǎn)抗彎強(qiáng)度高于1000 MPa，斷裂韌性可達(dá)到8-9 MPa·m1/2以上，此外還具有密度低、硬度高、穩(wěn)定性好、耐高溫、抗磨損、抗腐蝕、抗冷焊、電絕緣和不倒磁等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外在F117-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行鑒定試驗(yàn)表明：陶瓷軸承在高dn值下工作壽命為普通軸承鋼制軸承的4倍。陶瓷材料軸承廣泛適用于高溫、高速、低溫、腐蝕、要求不導(dǎo)磁、不導(dǎo)電等工況，還可用于瞬時(shí)無潤(rùn)滑等特殊工況，且對(duì)潤(rùn)滑劑污染敏感小[8]。

2.3.2 軸承表面處理

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)室外使用統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承失效的主要原因不是疲勞剝落，而是占總失效率70%以上的表面損傷和腐蝕[9]，對(duì)此，行業(yè)內(nèi)普遍采用表面處理的方式以提高軸承耐磨、耐腐蝕等性能，已初步應(yīng)用的技術(shù)有TiN涂層、離子注入、“雙重硬化”等。然而目前的涂層均沒有自修復(fù)功能，一旦發(fā)生機(jī)械損壞，將很快失去防護(hù)或增強(qiáng)效果。如何在保持和提升現(xiàn)有涂層優(yōu)異性能的同時(shí)，賦予涂層“主動(dòng)防護(hù)”的功能[10]，是目前涂層應(yīng)用面臨的難點(diǎn)之一。

此外，在金屬表面進(jìn)行仿生改性[11]，是未來改善軸承表面性能的1個(gè)新的途徑。石墨烯作為最薄的2維碳材料，具有高的化學(xué)及熱穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性能、優(yōu)異的阻擋性能和低的氣體滲透性能[12]，因此已經(jīng)在其他領(lǐng)域拓展了研究空間,目前很多研究學(xué)者試圖利用石墨烯構(gòu)建仿生多功能表面,立足在賦予表面其他方面的性能,如耐腐蝕、耐磨性等。例如：在2016年美國(guó)能源部構(gòu)造了1種由小片狀石墨烯和金剛石納米顆粒構(gòu)成的新型材料，幾乎完全克服摩擦，實(shí)現(xiàn)了表面接觸“超潤(rùn)滑”。若能將該型或者該類材料作為軸承表面涂層，將大大降低軸承故障率。

2.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真

目前仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空軸承產(chǎn)品開發(fā)、分析與設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)全流程中，成為不可缺少的工具，但目前缺少對(duì)高速、重載主軸承的動(dòng)力學(xué)分析，在應(yīng)力仿真中忽視了瞬態(tài)沖擊效應(yīng)，軸承動(dòng)力學(xué)仿真中難以施加熱載荷，計(jì)算中運(yùn)動(dòng)載荷作用下應(yīng)力特征和熱分析中的應(yīng)力特征相獨(dú)立，缺乏對(duì)二者綜合交互作用的分析[13]。

未來仿真技術(shù)將圍繞軸承靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、系統(tǒng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析以及軟件二次開發(fā)6個(gè)方向，完成以下技術(shù)攻關(guān)：（1）實(shí)現(xiàn)軸承性能全方位仿真，如采用PERMAS、Abaqus等非線性分析軟件對(duì)軸承接觸區(qū)域的載荷分布以及接觸應(yīng)力進(jìn)行靜力學(xué)分析，對(duì)圓柱滾子輕載打滑率、球軸承殘余間隙等進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析；（2）在數(shù)字模型仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行物理仿真研究拓展，如通過有限元和彈流潤(rùn)滑理論，將邊界熱載荷分布與溫度測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)斷油時(shí)主推力球軸承的瞬態(tài)熱分析；（3）促進(jìn)軸承仿真技術(shù)、機(jī)理理論研究、試驗(yàn)研究三者更好的相互滲透、融合，集成各通用仿真軟件，形成1套獨(dú)立自主的航空軸承分析系統(tǒng)平臺(tái)，增強(qiáng)軸承仿真的準(zhǔn)確性。

2.3.4 智能制造與檢測(cè)物聯(lián)網(wǎng)+

提高產(chǎn)品一致性是提高軸承可靠性的挑戰(zhàn)之一，主要有2個(gè)實(shí)現(xiàn)方式：（1）改善磨削加工的一致性，可以通過在數(shù)控磨床上增加一些過程傳感器和測(cè)量設(shè)備，來獲取一些信息。例如聲發(fā)射、磨削功率和磨削力等。再將這些信息發(fā)送到數(shù)控系統(tǒng)控制器，以便持續(xù)評(píng)估每個(gè)砂輪的過程狀態(tài)，并自動(dòng)且及時(shí)的調(diào)整機(jī)床設(shè)定。當(dāng)然，如何調(diào)整機(jī)床設(shè)定需要軸承企業(yè)總結(jié)多年來的制造經(jīng)驗(yàn)，即大數(shù)據(jù)來支撐。如果該方法得以實(shí)現(xiàn)，就意味著每個(gè)零件都有獨(dú)立的磨削參數(shù)，從而使每個(gè)零件的表面質(zhì)量完全一致。（2）提高產(chǎn)品檢測(cè)的自動(dòng)化程度，檢測(cè)是保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性的重要手段，因此理想狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品過程的100%檢測(cè)，但現(xiàn)階段檢測(cè)方式100%檢測(cè)無疑將大大降低生產(chǎn)效率，因此建議提高檢測(cè)自動(dòng)化程度，盡早實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)+，使檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)上傳、保存，減少人工因素干擾的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量追溯管理。

2.3.5 4級(jí)試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系

針對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累不足等問題，中國(guó)航發(fā)哈軸聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出了材料和工藝評(píng)價(jià)試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)軸承評(píng)價(jià)試驗(yàn)、全尺寸工況模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)和主機(jī)系統(tǒng)評(píng)價(jià)試驗(yàn)的“4級(jí)試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系”（見表4），旨在解決“我國(guó)長(zhǎng)期以來1、2級(jí)考核試驗(yàn)缺失，只進(jìn)行部分3級(jí)試驗(yàn)代替1、2級(jí)試驗(yàn)，致使加速等效試驗(yàn)，極限性能試驗(yàn)等考核方式無法進(jìn)行，可靠性系數(shù)無法確定”的難題。

表4 4級(jí)試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系與試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)情況

通過開展4級(jí)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，全方位考核軸承的材料、工藝、疲勞性能以及工況環(huán)境壽命與性能，大幅度提高軸承可靠性的同時(shí)，為自主研發(fā)正向設(shè)計(jì)形成數(shù)據(jù)支撐。

2.3.6 智能軸承技術(shù)

智能軸承技術(shù)是機(jī)械設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)未來的發(fā)展方向。智能軸承是在傳統(tǒng)軸承與不同用途的傳感器集成而形成的獨(dú)特結(jié)構(gòu)單元，由于傳感器比傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式更加接近故障發(fā)生源，不僅可大幅度提高信噪比以及早期故障診斷的成功率，而且還可對(duì)設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的綜合分析。目前一般采用軸承本體開槽的方式進(jìn)行軸承與復(fù)合傳感器的集成，但是不合理的溝槽勢(shì)必會(huì)影響軸承應(yīng)力分布，造成軸承性能降低，這與應(yīng)用智能軸承的初衷是相悖的。高航等[14-15]采用有限元法研究了嵌入式智能軸承外圈改造與結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)軸承承載能力與變形量的影響。目前智能軸承結(jié)構(gòu)的參數(shù)分析，主要分析外圈沿軸向的凹槽對(duì)軸承應(yīng)力和變形的影響，對(duì)外圈沿圓周方向的凹槽的研究較少，這也是未來技術(shù)攻關(guān)的方向之一。

3 結(jié)束語(yǔ)

航空軸承是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略物資，尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承，是制造裝備業(yè)的關(guān)鍵部件。新中國(guó)成立以來，我國(guó)軸承工業(yè)快速發(fā)展，已經(jīng)成為軸承產(chǎn)量和銷售額位居世界第3的軸承大國(guó)，但是我國(guó)軸承產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)，究其原因就是自主創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面存在較多矛盾和問題，因此，航空軸承作為軸承行業(yè)金字塔的頂端，必須從“我”做起，（1）著力技術(shù)自主創(chuàng)新、引進(jìn)社會(huì)優(yōu)勢(shì)資源、完善企業(yè)技術(shù)體系、加強(qiáng)能力建設(shè)、聚焦關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、建立共性技術(shù)發(fā)展平臺(tái)；（2）推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、打造“龍頭”優(yōu)勢(shì)企業(yè)、支持軍民融合發(fā)展、支持零件專業(yè)化和工藝專業(yè)化生產(chǎn)；（3）引進(jìn)數(shù)字智能制造、推進(jìn)軸承“設(shè)計(jì)研發(fā)信息化、制造裝備數(shù)字化、生產(chǎn)過程智能化、經(jīng)營(yíng)管理網(wǎng)絡(luò)化”、形成行業(yè)內(nèi)大數(shù)據(jù)庫(kù)；（4）完善產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系、切實(shí)開展標(biāo)準(zhǔn)化研究、建立標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)機(jī)制、提高實(shí)質(zhì)性參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作的能力、爭(zhēng)取標(biāo)準(zhǔn)化主動(dòng)權(quán)、話語(yǔ)權(quán)。

目前，借助“兩機(jī)”重大專項(xiàng)實(shí)施，航空軸承行業(yè)必須奮發(fā)圖強(qiáng)，搭乘航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)發(fā)展的快車道，著力加強(qiáng)自主創(chuàng)新，著力加強(qiáng)體系建設(shè)，顯著提高航空軸承的可靠性和一致性，大幅度提高航空領(lǐng)域重大裝備的自主化率，保障重要型號(hào)研制需求，實(shí)現(xiàn)“裝備強(qiáng)軍的中國(guó)夢(mèng)”。

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