高可靠性陶瓷轴承技术研究进展

陶瓷轴承具有长寿命、耐高温、耐腐蚀和超高速等优异的综合性能,已经在航空航天及装备制造领域中得到应用.介绍了陶瓷轴承的发展背景,归纳了陶瓷材料技术研究进展,概括了陶瓷滚动体毛坯和成品的无损探伤技术和方法,阐述了陶瓷滚动体表面低损伤加工的必要性,探讨了陶瓷轴承的润滑行为和热行为,提出了陶瓷轴承的失效模式和设计准则,分析了陶瓷轴承的结构和性能设计方法,给出了部分典型应用和极限性能试验情况,展望了高性能陶瓷轴承技术的发展趋势.为继续深化陶瓷轴承技术研究、攻克极限工况下的陶瓷轴承关键技术、发展面向工况的轴承设计制造技术、实现高性能陶瓷轴承的技术转化和推广应用、解决高端装备的公共轴承技术难题提供技术基础.     

航空轴承技术现状与发展

航空轴承的技术水平和质量直接影响到航空发动机的工作性能,因此研制高可靠性的航空轴承对于保障航空装备性能和飞行员安全都尤为重要。简述国内外航空轴承技术的发展现状,从材料、设计、制造、试验、检测5个方面分析了国内外技术差距,并基于航空发动机高温、高载荷、高转速、长寿命与高可靠性的未来发展需求,提出了新材料应用、表面处理、结构设计与仿真、智能制造与检测、试验技术与评价、智能轴承技术等有待于解决和发展的航空轴承技术研究方向。     

气体动压止推轴承性能及实验

为了研究气体动压箔片止推轴承的动力特性,建立了刚性表面气体动压止推轴承模型,采用数值计算的方法找出了不同结构参数、转速等对刚性表面气体动压止推轴承性能的影响规律。综合衡量加工难度及数值计算结果中气体动压止推轴承性能表现,加工出刚性表面气体动压止推轴承。同时选用新型弹性箔片材料完成波箔、平箔的压制及热处理工艺,设计开发了箔片动压止推轴承。搭建了单侧气体动压止推轴承实验台,重点对轴承的承载力、起飞转速、摩擦力矩等进行监测与分析。通过实验研究明确了轴承启停过程,同时发现:起飞瞬间刚性表面气体动压止推轴承与弹性表面气体动压止推轴承位移响应方向相反,且在相同轴向载荷条件下,弹性表面气体动压止推轴承起飞转速较同种结构的刚性表面气体动压止推轴承有1/2~2/3的下降。      

箔片摩擦对波箔型径向气体轴承静刚度和悬浮转速影响实验

加工制造了两个不同轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度的波箔型径向气体轴承.在建立的波箔型径向气体轴承性能测试实验台上对预紧状态下两个波箔型径向气体轴承进行了静刚度测试实验,并利用摩擦力矩法测量了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,通过对比两个轴承的实验结果分析了波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦效应对轴承静刚度和悬浮转速的影响.结果表明:降低轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度能够减弱波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦,减小了轴承静刚度,进而在轴承载荷相同的条件下有效降低了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,减少了轴承表面磨损,对轴承结构设计和提高轴承寿命具有工程指导意义.此外,波箔型径向气体轴承的静刚度并不是线性的,而是随着箔片变形量的增大而增大,因此有必要在波箔型径向气体轴承理论建模时考虑箔片结构刚度的非线性特性.      

航空发动机主轴轴承滚道表面光饰强化处理

表面改性处理技术是一种提高航空发动机主轴轴承疲劳寿命的有效途径。在表面改性处理理论分析基础上,提出一种新的航空发动机主轴轴承滚道表面强化处理技术(即光饰强化处理)并研制了相应的光饰强化专用设备——离心强化机,试验结果表明:该技术可以有效地提高航空发动机主轴轴承滚道表面硬度,改善滚道表面粗糙度,并在滚道接触表层产生残余压应力,显著地提高航空发动机主轴轴承疲劳寿命和降低疲劳寿命离散性。      

离子注入技术在惯性导航器件材料及轴承材料中的应用

离子注入技术作为一种新兴的材料表面改性手段,得到普遍的重视和迅速的发展。本文着重介绍了在提高惯性器件和轴承材料表面硬度、降低摩擦系数、改善耐磨及润滑性能等方面国外学者所做的工作,并对一些典型试验方法做了介绍。     

电化学光整加工技术及在航空制造领域的应用探讨

介绍了轴承、齿轮、液压阀门、金属管道、自由曲面等几种典型机械零部件表面的电化学光整加工技术。根据航空飞行器性能要求,分析了电化学光整加工技术在航空飞行器特别是航空发动机方面的应用前景,以及需要解决的关键技术问题。     

油气混相回流泵送密封结构启动过程摩擦磨损性能试验

针对航空发动机轴承腔油气混相回流泵送密封（OG-RPS）结构启动过程中转速低于开启转速时密封端面易发生摩擦磨 损问题，采用Plint摩擦磨损试验机进行了摩擦学性能试验。选择浸锑石墨和浸树脂石墨2种典型软环，18Cr 2 Ni 4 WA钢、表面喷涂 Al 2 O 3 陶瓷和表面喷涂Cr 2 O 3 陶瓷3种典型硬环，改变转速和载荷模拟密封启动过程的速度和端面比压变化，监测密封端面摩擦系 数和温度，并与机械密封结构试验数据进行对比。结果表明：螺旋槽能有效提升摩擦副润滑特性，减少表面磨损，大幅降低摩擦系 数和温升，最高可分别降低73.02%和63.41%；表面喷涂陶瓷能有效提高密封面抗磨损性能，其摩擦面更平滑；对摩擦副组对浸树 脂石墨和表面喷涂陶瓷更容易获得超低摩擦系数（C OF <0.01）。研究结果可为航空发动机轴承腔OG-RPS密封环设计选材和性能 优化提供数据支撑。     

引入弹性箔片对动压轴承静动态特性影响数值研究

随着高速透平机械的快速发展，应用其中的动压轴承也在不断与时俱进。但刚性表面动压轴承和弹性箔片动压轴承的轴承特性对比尚不充分，所以本文系统性地比较了两种轴承的静动态特性并总结各自的优劣及其适用环境。基于中心差分法将可压缩Reynolds方程离散化后，分别与两种动压轴承的气膜厚度方程进行耦合迭代，求解获得静态特性结果。在静态特性的基础上，应用小扰动法求解各自的动态特性参数。将这两种动压轴承的静动态特性参数进行对比研究发现，刚性表面动压轴承的承载特性要优于弹性箔片动压轴承，但影响轴承稳定性的偏位角却不如后者；且刚性表面动压轴承的动态特性参数在大偏心、高转速的工况下均要优于弹性箔片动压轴承，但由于没有弹性箔片的保护，在启停过程中磨损较为严重。     

综合信息

北京航空航天大学与洛阳轴承研究所共同研制成功300000r/min气体浮环动静压混合轴承精密主轴,经天津手表厂、宁江机床厂、轴承研究所试磨证明,性能良好,磨削(?)1～(?)3mm孔,磨削表面可用干涉显微镜检测,表面粗糙度为R_z0.6～1.2μm.磨削效率均比类似滚动轴承的高速主轴高一倍.