某型發(fā)動(dòng)機(jī)三聯(lián)軸承結(jié)構(gòu)改進(jìn)報(bào)告

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了某型發(fā)動(dòng)機(jī)三聯(lián)軸承磨損故障原因及結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，并對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算及滑油系統(tǒng)評(píng)估分析，更改后的結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑系統(tǒng)能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

關(guān)鍵詞：三聯(lián)軸承;磨損;滑油系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：V263???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??文章編號(hào)：1671-2064（2019）16-0000-00

1 概述

三聯(lián)軸承為某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)扭機(jī)構(gòu)的重要組成部分，本文分析了三聯(lián)軸承磨損的故障原因及其改進(jìn)方案（三聯(lián)軸承改為單個(gè)球軸承），并對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算及滑油潤(rùn)滑評(píng)估分析。

2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

三聯(lián)軸承（見(jiàn)圖1）由三個(gè)角接觸球軸承串聯(lián)而成，安裝在減速器中間齒輪腔后部，用于支撐測(cè)扭柱塞。該軸承內(nèi)、外環(huán)都有螺母壓緊。測(cè)扭柱塞內(nèi)部安裝有潤(rùn)滑導(dǎo)管，具體見(jiàn)圖2。

3 三聯(lián)軸承磨損原因分析

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和工作時(shí)，中間齒輪受到向前的軸向力，載荷通過(guò)三聯(lián)軸承傳遞給柱塞，并由柱塞前的滑油壓力平衡。發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí)，中間齒輪受到向后的軸向力。

三聯(lián)軸承這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了讓三聯(lián)軸承分擔(dān)中間齒輪向前的軸向力。三聯(lián)軸承為三個(gè)軸承的組合，因此要求三個(gè)軸承間組配間隙合理。三聯(lián)軸承如組配合格，三個(gè)內(nèi)、外環(huán)彼此相互貼緊，在中間齒輪向前的軸向力作用下，軸向游隙可以同時(shí)消除，此時(shí)可均勻分擔(dān)中間齒輪向前的軸向力。

所謂組配間隙是指三聯(lián)軸承中的每一個(gè)軸承都消除軸向游隙后，外環(huán)端面相對(duì)內(nèi)環(huán)端面的高度兩兩之差（見(jiàn)圖1）。

如果三聯(lián)軸承組配不合格，三個(gè)軸承將不能均勻分擔(dān)中間齒輪向前的軸向力，并最終導(dǎo)致1#軸承磨損失效。在組配間隙合格的情況，軸承接觸角的不一致也是導(dǎo)致軸承磨損剝落失效的潛在原因。由此可知，三聯(lián)軸承結(jié)構(gòu)對(duì)軸承的加工精度、裝配精度要求極高，極小的偏差就可能引起三個(gè)軸承載荷分配不均而導(dǎo)致磨損。

4 結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

圖2、3為三聯(lián)軸承改進(jìn)前、后結(jié)構(gòu)示意圖，改進(jìn)內(nèi)容如下：

（1）用1個(gè)球軸承代替原有的三聯(lián)軸承;

（2）將螺母4改為了自鎖形式;

（3）為滿足改進(jìn)后球軸承的裝配與潤(rùn)滑需要，對(duì)中間齒輪、柱塞、潤(rùn)滑導(dǎo)管進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)。

5滑油分析

軸承在工作時(shí)，滾珠與其滾道之間發(fā)生急劇的摩擦，產(chǎn)生摩擦熱，如果產(chǎn)生的摩擦熱不能有效地散發(fā)，軸承就會(huì)因過(guò)熱產(chǎn)生早期報(bào)廢，對(duì)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命產(chǎn)生影響。因此，滑油系統(tǒng)對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，既減緩滾珠與滾道之間的摩擦，也將大部分廢熱帶走。對(duì)于計(jì)算軸承的滑油量是否滿足要求，主要取決于滑油供給量和軸承發(fā)熱量。

5.1供給量分析

（1）公式：按照下式（1）計(jì)算，可得到滑油的供給量：

（1）

式中：

m-孔徑比系數(shù)，m= D2 ?/ d2 ?;

D-噴嘴內(nèi)徑;

d-潤(rùn)滑導(dǎo)管內(nèi)徑;

A0-噴嘴孔口面積，A0?=ЛD2 ?/4;

Cd-流量系數(shù)

ΔP-噴嘴油腔與機(jī)匣腔之間的壓力差

ρ-滑油密度

（2）供給量分析：除了潤(rùn)滑導(dǎo)管與供給量相關(guān)外，其余零部件的更改與滑油量的供給無(wú)關(guān)。由于潤(rùn)滑導(dǎo)管只是調(diào)整了噴嘴的位置，其余尺寸未變，且工作環(huán)境一致，滑油牌號(hào)未變，根據(jù)公式可知供給量未變。具體相關(guān)參數(shù)和結(jié)論見(jiàn)表1。

（3）小結(jié)：根據(jù)以上分析，結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后滑油供給量并未改變。

5.2載荷計(jì)算

5.2.1 受力分析

中間齒輪主要承受來(lái)自主動(dòng)齒輪的軸向力Fa1，徑向力Fr1，切向力Ft1;來(lái)自輸出齒輪的軸向力Fa2，徑向力Fr2，切向力Ft2;來(lái)自柱塞的軸向力Fa0（見(jiàn)圖4）。

圖4中間齒輪受力分析

根據(jù)齒輪所受切向力計(jì)算公式FT=2000*T/d及《齒輪手冊(cè)》中輪齒受力分析圖可知齒輪所受軸向力：

中間齒輪第一級(jí)斜齒軸向力：?????（2）

第二級(jí)斜齒軸向力：?????（3）

斜齒圓柱齒輪軸向力：Fa=Fa2-Fa1 ??????（4）

式中：T1、T2 ???— 中間齒輪大、小齒輪傳遞的扭矩

d1、d2 ???— 中間齒輪大、小齒輪分度圓直徑

β1、β2 ?— 中間齒輪大、小齒輪螺旋角

5.2.2 載荷分析

根據(jù)方案，改進(jìn)前的三聯(lián)軸承與改進(jìn)后的滾珠軸承所受的軸向力一致，相關(guān)參數(shù)和結(jié)論見(jiàn)表2。

5.2.3 小結(jié)

根據(jù)以上分析，結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后，軸承的所受載荷一致。

5.3需求量分析

此處滑油的供給主要用于潤(rùn)滑軸承，因此需對(duì)軸承的需求量進(jìn)行分析。軸承的需求量主要取決于摩擦力矩，形成正比例關(guān)系。在軸承的摩擦力矩中，一是由載荷產(chǎn)生的摩擦力矩，二是由潤(rùn)滑油粘性產(chǎn)生的力矩，其中第二個(gè)力很小，可忽略不計(jì)。

5.3.1 公式

按照下式（5）計(jì)算得到滾動(dòng)軸承摩擦力矩M，從而確定滑油需求量。

M=μ F d/2 ???????????????????????????（5）

式中：

μ?—摩擦系數(shù)

d —軸承內(nèi)徑

F —軸承所受載荷

5.3.2 需求量分析

根據(jù)軸承的工作狀況，兩處軸承所受載荷相同，工作環(huán)境一致，滑油牌號(hào)未變，根據(jù)公式可知軸承產(chǎn)生的力矩相同，而滑油的作用是通過(guò)滑油系統(tǒng)帶走熱量，滑油的需求量與力矩成正比例關(guān)系，滑油需求量未變，具體相關(guān)參數(shù)如表3。

5.3.3 小結(jié)

根據(jù)以上分析，結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，潤(rùn)滑軸承的滑油需求量不變。

5.4結(jié)論

根據(jù)以上分析可知，單個(gè)滾珠軸承結(jié)構(gòu)的滑油供給量和需求量保持不變，且潤(rùn)滑更加方便，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)能滿足設(shè)計(jì)要求。

6 強(qiáng)度分析

由于改進(jìn)前、后中間齒輪的齒面和幅板參數(shù)未變，且材料均為16Ni3CrMoE，因此只需要校核齒輪的內(nèi)腔。用ANSYS對(duì)改進(jìn)前、后的中間齒輪進(jìn)行有限元計(jì)算，更改前中間齒輪與更改后中間齒輪的最大當(dāng)量應(yīng)力處基本一致，均為大端齒與腹板的轉(zhuǎn)接處，分別為77.3 MPa和76.4 MPa，差異僅為1.16%。

對(duì)改進(jìn)前、后中間齒輪的前端、小端齒、后端的對(duì)應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)進(jìn)行分析，可知兩中間齒輪的應(yīng)力差異很小，且應(yīng)力值均不高，均在30MPa以下，滿足使用要求。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上滑油系統(tǒng)評(píng)估分析及強(qiáng)度分析可知，用一個(gè)球軸承代替三聯(lián)軸承承受載荷是可行的，能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]《齒輪手冊(cè)（上下冊(cè)）》[M].齒輪手冊(cè)委員會(huì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年2月1日.

收稿日期：2019-07-06

作者簡(jiǎn)介：張麗秀（1990—），女，漢族，福建漳州人，本科，技術(shù)員，工程師，研究方向：減速傳動(dòng)。