航空发动机轴承游隙对发动机振动的影响分析

王洪明

（沈阳黎明航空发动机有限责任公司，沈阳 110043）

0 前言

航空发动机轴承组件作为航空发动机的支撑点，连接着航空发动机的转子部件和静子部件，航空发动机的轴承状态影响着航空发动机的振动状态.航空发动机轴承游隙是航空发动机轴承的重要参数之一，当航空发动机轴承游隙过小时，航空发动机轴承可能出现“抱死”故障；当航空发动机轴承游隙过大时，可能导致航空发动机轴承打滑，使航空发动机轴承温度升高，加速航空发动机轴承的磨损，并且带来一系列非线性振动现象［1］.因此，为有效控制航空发动机的振动情况，研究航空发动机轴承游隙值与航空发动机振动之间的关系成为急需解决的问题.

Ehrich［2］通过理论和实验相结合的方式对轴承游隙进行了研究.Muszynska［3］充分考虑轴承游隙带来的刚性非线性特征，建立起间隙-碰撞和间隙-摩擦等模型.王晓凤［4］对齿轮箱中的轴承游隙的应用进行了研究.金茵等［5］对低温环境时交叉滚子轴承游隙所受的影响进行了研究.陈素姣等［6］对变速箱轴承游隙的测量与调整进行了分析.舒鹏程等［7］研究了影响轴承配合公差和径向工作游隙的几个因素.李志江［8］介绍了调整与检测滚动轴承游隙的方法，分析了影响游隙调整的因素.叶靓等［9］介绍了主轴装置的装配方法及装配顺序，研究了轴承游隙的测量和调整方法.莫易敏等［10］提出适当增大轴承游隙值可减小轴承摩擦，此项研究为轴承游隙的选择提供了参考.弥红斌［11］介绍了有关影响轴承游隙的因素，并通过实例计算分析了各因素的影响程度，提出了提高轴承疲劳寿命应注意的问题.徐淑萍等［12］试验得径向游隙下轴承内各位置滚子的载荷，建立载荷与游隙关系.

1 航空发动机轴承装配游隙的计算

图1 航空发动机轴承游隙图

假设航空发动机轴承为滚柱轴承，航空发动机轴承的外套内径尺寸为D1，航空发动机轴承内套外径尺寸为D2，滚柱的直径为d，如图1所示.则航空发动机最小轴承游隙e为：

式中：e为航空发动机最小轴承游隙，mm；R1为航空发动机轴承外套最小半径，mm；R2为航空发动机轴承内套最大外半径，mm；d为航空发动机轴承滚柱直径，mm.

当航空发动机最小轴承游隙e＜0时，在这种小的负游隙状态时，轴承将达到较佳的工作状态，但是，在工作过程中，由于使用条件的变化，轴承的负游隙增大，使轴承出现“抱死”故障，危害发动机的使用寿命；当航空发动机最小轴承游隙e＞0时，使航空发动机轴承打滑，轴承磨损加剧，发动机振动加剧，降低了航空发动机轴承的使用寿命.

2 航空发动机轴承游隙对发动机振动峰值的影响分析

统计100台次航空发动机轴承游隙值，分析发动机的试车振动峰值，发动机的振动峰值是发动机振动状态的体现，一般以振动量B作为分界线，振动峰值在B以下的认为发动机振动峰值合格，振动峰值在B以上的认为振动峰值超差.

将航空发动机轴承游隙值以0.005 mm为一组，统计发动机在不同航空发动机轴承游隙值下的振动峰值情况，如图2所示.根据图2可知，当航空发动机轴承游隙值在0.065 mm以下时，发动机试车振动峰值合格率基本相当，振动峰值合格率较高，表明航空发动机轴承游隙对发动机振动状态影响不明显；当航空发动机轴承游隙值在0.066～0.07 mm时，发动机试车振动峰值合格率骤降，振动峰值合格率较低，表明航空发动机轴承游隙值对发动机振动峰值影响较大.因此，控制航空发动机轴承游隙在0.065 mm以下，发动机振动峰值合格率较高.

图2 航空发动机轴承游隙对发动机振动峰值影响

图3 航空发动机轴承游隙对发动机振动峰值影响

对统计的100台次航空发动机的试车振动峰值重新进行分组，以振动量B1作为分界线，振动峰值在B1以下的认为发动机振动峰值优秀，振动峰值在B1以上的认为振动峰值非优秀.

同样将航空发动机轴承游隙值以0.005 mm为一组，统计发动机在不同航空发动机轴承游隙值下的振动峰值表现情况，如图3所示.根据图3可知，当航空发动机轴承游隙值在0.06 mm以下时，发动机试车振动峰值优秀率基本相当，振动峰值优秀率较高，表明航空发动机轴承游隙对发动机振动峰值影响不明显；当航空发动机轴承游隙值在0.061～0.07 mm时，发动机试车振动峰值优秀率逐渐下降，振动峰值优秀率较低，表明航空发动机轴承游隙值对发动机振动峰值影响较大.因此，控制航空发动机轴承游隙在0.06 mm以下，发动机振动峰值优秀率较高.

3 航空发动机轴承游隙对发动机振动变化的影响分析

图4 航空发动机轴承游隙对发动机振动变化影响

统计100台次航空发动机轴承游隙值，分析发动机的振动变化表现，发动机的振动变化值是发动机振动状态的主要体现之一，一般以振动变化量C作为分界线，振动变化值在C以下的认为发动机振动变化值合格，振动变化值在C以上的认为振动变化值超差.

将航空发动机轴承游隙值以0.005 mm为一组，统计发动机在不同航空发动机轴承游隙值下的振动变化情况，如图4所示，当航空发动机轴承游隙值在0.065 mm以下时，发动机振动变化合格率高于发动机振动变化超差率，除航空发动机轴承游隙值在0.051～0.055 mm外，其余时发动机振动变化合格率基本相当，并且振动变化合格率较高，表明航空发动机轴承游隙对发动机振动变化影响不明显；当航空发动机轴承游隙值在0.066～0.07 mm时，发动机试车振动变化合格率骤降，发动机振动变化合格率较低于发动机振动变化超差率，表明航空发动机轴承游隙值对发动机振动变化影响较大.因此，控制航空发动机轴承游隙在0.065 mm以下，尽量避开航空发动机轴承游隙值在0.051～0.055 mm，发动机振动合格率较高.

图5 航空发动机轴承游隙对发动机振动变化影响

对统计的100台次航空发动机的振动变化重新进行分组，以振动变化量C1作为分界线，振动变化值在C1以下的认为发动机振动变化优秀，振动变化值在C1以上的认为振动变化非优秀.

同样将航空发动机轴承游隙值以0.005 mm为一组，统计发动机在不同航空发动机轴承游隙值下的振动变化表现情况，如图5所示.根据图5知，当航空发动机轴承游隙值在0.065 mm以下时，除航空发动机轴承游隙值在0.051～0.055 mm外，发动机试车振动变化优秀率基本相当，振动变化优秀率较高，表明航空发动机轴承游隙对发动机振动变化影响不明显；当航空发动机轴承游隙值在0.066～0.07 mm时，发动机试车振动变化优秀率逐渐下降，振动变化优秀率较低，表明航空发动机轴承游隙值对发动机振动变化影响较大.因此，控制航空发动机轴承游隙值在0.065 mm以下，尽量避开航空发动机轴承游隙在0.051～0.055 mm，发动机振动变化优秀率较高.

4 结论

（1）控制航空发动机轴承游隙在0.065 mm以下，发动机振动峰值合格率较高；

（2）控制航空发动机轴承游隙在0.06 mm以下，发动机振动峰值优秀率较高；

（3）控制航空发动机轴承游隙在0.065 mm以下，尽量避开航空发动机轴承游隙值在0.051～0.055 mm，发动机振动合格率较高；

（4）控制航空发动机轴承游隙在0.065 mm以下，尽量避开航空发动机轴承游隙值在0.051～0.055 mm，发动机振动变化优秀率较高.