国内外航空电机用深沟球轴承标准分析

赵颖春 林 晶

轴承是对飞机发展具有重要影响的关键配套产品，是用于传递运动、减小摩擦的重要零件。其中，电机轴承作为航空电机的关键零件，对于航空电机的性能具有重要影响，直接影响到飞机的飞行性能。

目前，航空电机所用轴承大部分均为深沟球轴承，深沟球轴承是滚动轴承的一类，是最常见的球轴承类型，轴承内外圈设计有滚道，滚道之间通过滚珠减小摩擦，其结构简单，能够达到较高转速，可靠性较好。

航空电机用深沟球轴承结构形式如图1所示。

国内的航空电机用深沟球轴承在使用方面，还存在诸多的问题，如一些型号的飞机在大修时，发现其电机的深沟球轴承存在游隙过大等问题。在标准体系的建设方面差距也比较大，目前为止还没有形成完善的航空电机用轴承标准体系，缺少专门的规范和产品标准。

本文通过对目前国外主要的航空电机用深沟球轴承通用规范和产品标准的技术内容进行分析，与国内电机轴承标准进行对比，分析国内外标准技术内容之间存在的共同点和差异，为构建航空电机用深沟球轴承标准体系奠定基础。

1 国内外标准介绍与分析

国外的航空电机用深沟球轴承的标准体系相对比较完善，尤其以美国机动车工程师学会（SAE）的标准体系比较健全。SAE标准中，航空电机用深沟球轴承通用规范为AS 22227B-2014《轴承，球，向心，发电机和电动机》，产品标准为AS 17107B《轴承，球，向心，主要用于航空电动机和发动机，标准轻，I型》、AS 17108B-2014《轴承，球，向心，主要用于航空电动机和发动机，宽，II型》和AS 17109A-2014《轴承，球，向心，主要用于航空电动机和发动机，薄超轻，III型》。SAE标准中，航空电机用深沟球轴承产品分为标准轻、宽、薄超轻3种系列，基本覆盖了航空电机用深沟球轴承使用的主要规格。

目前国内航空电机用深沟球轴承标准主要为GJB 269B-2012《航空滚动轴承通用规范》。GJB 269B-2012中第3组轴承为附件传动和航空电机、航空附件用轴承，其中对航空电机用深沟球轴承的技术要求进行了规定。GJB 269B-2012作为航空滚动轴承的顶层规范，其技术要求也都是从顶层出发，规定较为笼统。尤其对航空电机轴承这一类具体产品，技术要求比较宽泛。

此外，国内标准中，JB/T 8880-2010《滚动轴承 电机用深沟球轴承 技术条件》规定了民品电机用深沟球轴承的技术条件，包括材料及热处理、保持架、密封圈及防尘盖、公差、表面粗糙度、径向游隙、配合、清洁度、残磁、润滑等技术要求。但JB/T 8880-2010仅适用于机械行业，不适用于航空电机用深沟球轴承这一类产品，其技术要求对航空电机用深沟球轴承仅具有一定的参考意义。

2 标准技术内容分析

针对目前国内外较常使用的航空电机用深沟球轴承的产品系列，对其标准的主要技术内容进行进一步的对比分析。

2.1 尺寸系列

SAE产品标准尺寸系列见表1。

表1 SAE产品标准尺寸系列

从表1中可以看出，SAE产品标准包含内径10 mm到40 mm等规格。按照尺寸系列，标准轻系列产品包括内径从10 mm到35 mm 8种规格，宽系列产品包括内径从12 mm到40 mm 8种规格，薄超轻系列产品包括内径从20 mm到35 mm 4种规格。其产品规格较多，基本覆盖了国外使用的航空电机用深沟球轴承的使用规格。

GJB 269B-2012作为航空滚动轴承的通用规范，并未对航空电机用深沟球轴承的尺寸系列作出明确规定。同样JB/T 8880-2010也未对电机用深沟球轴承的尺寸系列作出明确规定。目前国内尚缺乏航空电机用深沟球轴承的产品标准。

2.2 材料

SAE标准和GJB 269B-2012、JB/T 8880-2010中对轴承套圈和滚动体材料及硬度的要求见表2。

表2 套圈材料及硬度要求

AISI 52100、AISI 440C为美国材料标号。AISI 52100对应国内材料标号为GCr15轴承钢，AISI 440C对应国内材料标号为9Cr18或9Cr18Mo不锈钢。从表2可以看出，SAE标准和国内GJB 269B-2012、JB/T 8880-2010对于轴承材料的要求基本一致，硬度要求略有不同，但均要求轴承材料的硬度达到58 HRC以上。

对于保持架材料，SAE标准规定了两种不同的材料：低碳钢或酚醛树脂。其中低碳钢为AISI 1008或者AISI 1010，与国内08和10钢对应。两种保持架具有不同的用途，酚醛树脂保持架极限转速更高。国内标准中，JB/T 8880-2010规定保持架材料一般选用08或10钢板，或选用工程塑料。GJB 269B-2012未对第3组轴承保持架材料作特殊规定，仅针对某些特定代号的轴承的保持架材料进行了要求。

SAE标准中规定密封圈材料应选用丁腈橡胶，与国内JB/T 8880-2010等标准要求基本一致。

2.3 公差

轴承公差反映了轴承的尺寸精度要求。AS 22227B中规定，除轴承内孔径和外径公差应为-0.0002～0in（-0.005～0 mm）外，其余公差应满足美国轴承制造协会（ABMA）下的向心轴承工程协会（ABEC）标准5级公差的要求。JB/T 8880-2010规定轴承精度应不低于GB/T 307.1-2005《滚动轴承 向心轴承 公差》中6级公差的要求。GJB 269B-2012则仅针对某些特定规格轴承的公差进行了规定。

按GB/T 307.1-2005，我国轴承精度等级由低到高分为0、6、5、4、2共5个等级。ABEC 5级公差与GB/T 307.1-2005中5级公差对应。可以看出，SAE标准对公差精度要求高于国内机械行业标准的要求。

2.4 径向游隙

径向游隙是滚动轴承的一项重要参数，对轴承的动态性能、旋转精度、使用寿命等具有很大影响。

SAE标准和JB/T 8880-2010对轴承径向游隙都进行了明确规定，GJB 269B-2012仅针对特定型号的轴承的径向游隙进行了规定。SAE标准和JB/T 8880-2010对径向游隙的规定见表3。

表3 游隙要求

从表3可以看出，SAE标准规定的游隙值要小于JB/T 8880-2010，这可能是由于SAE标准中航空轴承转速高，为避免轴承在高速转动时发热严重，增大了轴承的径向游隙。

2.5 尺寸稳定性

尺寸稳定性反映了轴承耐高低温冲击的能力，如轴承在低温和高温下尺寸存在较大差异，则轴承游隙等参数在高低温下冲击下将发生很大变化，直接影响轴承的旋转精度和动态性能。

SAE标准规定轴承滚动体和套圈应能承受低温-62℃、高温196℃环境的温度变化。而国内标准中，对轴承的尺寸稳定性未作要求。

2.6 润滑

良好的润滑能够有效减小轴承摩擦和磨损，保证轴承的动态性能。航空电机用轴承工作条件为高速转动，如轴承填脂量过少则不能充分润滑，填脂量过多则会增大轴承摩擦，造成轴承发热严重。

SAE标准规定轴承的润滑要求见表4。

JB/T 8880-2010未对润滑脂填充作具体要求，GJB 269B-2012针对第3组各规格型号的轴承的填脂重量进行了要求。SAE标准中，除脂润滑条件外，还规定可采用除去密封圈的油润滑。因此从表4可以看出，SAE标准规定了润滑剂的种类和填充要求，其要求相对国内标准较为详细。

表4 润滑要求

2.7 径向基本额定静载荷

深沟球轴承的径向基本额定静载荷是指最大载荷滚动体与滚道中心处产生与下述接触应力相当的径向静载荷。该接触应力下滚动体与滚道产生的永久变形量约为0.000 1倍的滚动体直径。

滚动轴承的径向基本额定静载荷是其关键的技术参数，反映了轴承的静态承载能力。

GB/T 4662-2012《滚动轴承 额定静载荷》中给出了各类滚动轴承的基本额定载荷的计算方法，径向基本额定载荷通过公式（1）计算得到：

式（1）中：:

C0r——径向基本额定静载荷，单位为N；

f0——与轴承零件几何形状及应力水平相关的系数；

i ——轴承中滚动体的列数；

Z ——单列轴承中的滚动体数，或每列滚动体相同的多列轴承中的每列滚动体数；

Dw——滚动体直径，单位为mm；

α——轴承公称接触角，单位为°。

国内产品标准中轴承的基本额定静载荷一般由用户查手册或通过公式（1）计算得到，不在标准中进行规定，给标准的使用带来一定不便。

SAE标准中，轴承的径向基本额定静载荷在产品标准中列出，AS 17107B、AS 17108B、～AS 17109A产品标准中轴承的基本额定静载荷如图2所示。

从图2可以看出，SAE产品标准中，标准轻系列（AS 17107B）与宽系列（AS 17108B）同规格轴承径向基本额定静载荷要求一致，仅尺寸规格范围不同。薄超轻系列（AS 17109A）轴承径向基本额定静载荷较小。

2.8 基本额定动载荷

轴承的基本额定动载荷是指轴承的基本额定寿命恰好为100万转时，轴承能够承受的载荷。基本额定动载荷是与滚动轴承寿命相关的参数。

与基本额定静载荷类似，基本额定动载荷一般通过计算或查手册得到，国内一般不在产品标准中进行规定。

SAE标准中，轴承的径向基本额定动载荷在产品标准中列出，AS 17107B、AS 17108B、AS 17109A中轴承的基本额定动载荷如图3所示。

从图3可以看出，与基本额定静载荷相同，SAE产品标准中，标准轻系列（AS 17107B ）与宽系列（AS 17108B）同规格轴承基本额定动载荷要求一致，仅尺寸规格范围不同。薄超轻系列（AS 17109A）轴承基本额定动载荷较小。

2.9 极限转速

极限转速是指在一定负荷、润滑条件下允许的最高转速，与轴承的结构、尺寸、载荷、游隙等诸多参数相关。

SAE标准中对航空电机用深沟球轴承的极限转速进行了规定，国内标准中未对极限转速进行要求。

SAE标准分别规定了油润滑和脂润滑条件下的极限转速。油润滑条件下轴承DN值（以mm为单位的轴承内径和以rpm为单位的转速的乘积）应能够达到300 000，脂润滑条件下轴承的极限转速如图4所示。

从图4可以看出，SAE轴承薄超轻系列（AS 17109A）极限转速与宽系列（AS 17108B）基本相当，高于标准轻系列（AS 17107B）。脂润滑极限转速要低于油润滑，其DN值一般在200 000～300 000之间。

3 结论

通过对SAE和国内航空电机用深沟球轴承标准进行分析，可以看出，国内外航空电机用深沟球轴承标准存在一定的差异。

在标准体系方面，国内尚缺乏专门的航空电机用深沟球轴承系列标准。在技术指标方面，国内标准在润滑、承载能力、额定转速等方面规定不够详细，国外标准对于技术指标的要求较为具体和全面，可为国内标准提供一定的借鉴。

通过对国内外航空电机用深沟球轴承标准的分析，对于确定航空电机用深沟球轴承产品的尺寸、材料、游隙、承载能力等关键的技术参数，开展我国航空电机用深沟球轴承标准的编制，建立航空电机用深沟球轴承标准体系具有重要的参考价值。