■ 謝雪騰 徐震 伍登峰 劉方舉 王添 馬紹興 竇海/中國航發(fā)貴陽所

借用“梯田蓄水、開源引渠”的思路，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種集成式油兜潤滑冷卻軸承裝置，此裝置將強(qiáng)制潤滑結(jié)構(gòu)與集油潤滑結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，不僅可以收集附件傳動機(jī)匣內(nèi)旋轉(zhuǎn)零部件飛濺的少量滑油，還可以收集強(qiáng)制潤滑后的大量循環(huán)滑油，有效地解決了以往單一集油潤滑結(jié)構(gòu)造成的集油量少、軸承潤滑不充分等問題。

航空器附件傳動機(jī)匣的軸承潤滑方式主要有強(qiáng)制噴油潤滑、淌油潤滑、集油潤滑、飛濺潤滑等。附件傳動機(jī)匣采用的集油潤滑裝置的核心結(jié)構(gòu)是由擋油板、機(jī)匣殼體、軸承安裝座以及相鄰的加強(qiáng)筋組成的半封閉空間——油兜，見圖1中的藍(lán)色區(qū)域。它可以收集回轉(zhuǎn)零部件工作時(shí)形成的少量飛濺霧化小油滴，然后儲存起來。當(dāng)收集的滑油量達(dá)到軸承座開孔同一水平面時(shí)，便通過油孔流入需要潤滑的軸承腔內(nèi)，隨著軸承腔內(nèi)滑油液面積累到一定高度后，滑油通過軸承保持架與內(nèi)外圈的縫隙進(jìn)入軸承內(nèi)部潤滑冷卻軸承。

圖2 貴州省黔東南苗族侗族自治州加榜梯田

圖1 現(xiàn)有集油潤滑裝置

這種集油方式存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：受加強(qiáng)筋空間布置限制，油兜體積有限，收集量較小；飛濺滑油量不可量化，按固定噴油點(diǎn)被打散后成球體分布來評估，進(jìn)入油兜內(nèi)的滑油量占比小；擋油板與加強(qiáng)筋結(jié)合面存在少量滲油的可能，油兜收集后有效進(jìn)入軸承腔內(nèi)的滑油極少；當(dāng)航空器做姿態(tài)飛行時(shí)，軸承腔內(nèi)的滑油會流出，待滑油再次收集到一定液面高度潤滑軸承時(shí)，期間會存在較長的斷油潤滑期。

為減小因集油裝置收集能力有限對發(fā)動機(jī)研制帶來的風(fēng)險(xiǎn)，中國航發(fā)貴陽所的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)。

集成式油兜潤滑結(jié)構(gòu)總體方案

梯田蓄水思路

如圖2所示，梯田是云貴川地區(qū)獨(dú)具特色的生態(tài)水系，在雨水易流失的山區(qū)，人們會在半山腰挖水塘蓄水，再利用梯田地形和溝渠進(jìn)行分級蓄水和作物灌溉。多雨時(shí)節(jié)，每一級梯田依靠自身蓄水能力和上級梯田滲透作用可以滿足自然灌溉；后期降水量少時(shí)，則可以將前期水塘積存的雨水通過溝渠引流逐級分配，從而保證四季澆灌源源不斷。梯田蓄水解決了山區(qū)“耕地有限”和“水資源有限”的難題，也成為了當(dāng)?shù)匾坏漓n麗風(fēng)景線。

“耕地有限”對應(yīng)著附件傳動機(jī)匣“結(jié)構(gòu)緊湊”的要求，“水資源有限”對應(yīng)著滑油系統(tǒng)“限量而高效潤滑”的要求。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)充分借用“梯田”蓄水的創(chuàng)意思路，針對現(xiàn)有集油潤滑裝置存在收集飛濺滑油有限、集油空間小、有效進(jìn)入軸承腔內(nèi)的滑油少、斷油時(shí)間長等缺點(diǎn)，在不增加任何滑油油路和噴嘴前提下，借鑒梯田蓄水的開源引渠思路，巧妙設(shè)計(jì)集油結(jié)構(gòu)、提高集油能力、增強(qiáng)潤滑冷卻效果，來滿足連續(xù)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承潤滑，為航空器附件傳動機(jī)匣設(shè)計(jì)和制造帶來顯著的性能提升和經(jīng)濟(jì)效益。

集成式油兜潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

結(jié)合型號研制過程中的實(shí)際情況，利用有限的滑油供給量潤滑冷卻附件傳動機(jī)匣內(nèi)全部軸承，對附件傳動機(jī)匣內(nèi)軸承潤滑形式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。經(jīng)過多次分析，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提出了集成式油兜潤滑軸承新結(jié)構(gòu)。

圖3 集成式油兜潤滑軸承結(jié)構(gòu)

如圖3所示，新結(jié)構(gòu)主要由上方出油孔、導(dǎo)流筋、擋油板、集油腔、下方進(jìn)油孔、下方軸承腔、下方出油孔、軸承襯套和殼體組成。對于傳動機(jī)匣殼體上采用聯(lián)動潤滑結(jié)構(gòu)部位的兩個(gè)軸承座上分別設(shè)有上方出油孔和下方進(jìn)油孔，油孔大小、方位需綜合考慮軸承的型別和參數(shù)來做相應(yīng)的調(diào)整。在兩個(gè)油孔之間設(shè)有導(dǎo)流筋，導(dǎo)流筋盡可能與油孔貼合，保證更好的集油和導(dǎo)油效果。設(shè)計(jì)的擋油板與軸承襯套同心并通過螺柱、螺母、及壓緊鎖片固定，以貼合導(dǎo)流筋和不干涉其他零部件作為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，形成封閉關(guān)系，防止收集的滑油從導(dǎo)流筋和擋油板結(jié)合面縫隙中流出，根據(jù)油路的布局可設(shè)計(jì)簡單可行、形態(tài)各異的擋油板。

在實(shí)際工作過程中，對相對位置在上方的軸承采取強(qiáng)制潤滑噴油，循環(huán)潤滑油經(jīng)過軸承零件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動最終將從出油孔排出。在軸承襯套與傳動機(jī)匣殼體之間設(shè)有擋油板，并與機(jī)匣導(dǎo)流筋組合構(gòu)成集油腔，滑油集中流到油腔中，當(dāng)油面高于進(jìn)油孔的水平面時(shí)，將流入下一個(gè)軸承腔再次進(jìn)行潤滑冷卻軸承，最后經(jīng)出油孔流向機(jī)匣殼體。這樣的聯(lián)動結(jié)構(gòu)不僅可以收集機(jī)匣環(huán)境下的少量飛濺滑油，還可以儲存大量潤滑軸承流淌的循環(huán)油，從來源上提高集油率，解決收集滑油量途徑單一的問題。

項(xiàng)目應(yīng)用情況

圖4 集成式油兜潤滑示意圖

表1 附件機(jī)匣蓋側(cè)軸承潤滑對比

表2 附件機(jī)匣殼體側(cè)軸承潤滑對比

基于以上思路，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將集成式油兜潤滑軸承結(jié)構(gòu)應(yīng)用在一型附件傳動機(jī)匣上。由于軸承的潤滑和冷卻所需滑油量與轉(zhuǎn)速關(guān)系較大，在設(shè)計(jì)過程中，對于高轉(zhuǎn)速軸（如電機(jī)傳動鏈）的所有軸承采用強(qiáng)制噴油潤滑方式，對于低轉(zhuǎn)速軸（如液壓泵傳動鏈）的軸承均采用油兜潤滑方式。該型號附件機(jī)匣蓋側(cè)和殼體上對稱分布了9對關(guān)聯(lián)式油兜潤滑結(jié)構(gòu)，如圖4所示。所需滑油量理論值與采用集成式油兜結(jié)構(gòu)后供油量的對比情況見表1、表2。

以附件機(jī)匣蓋側(cè)305號軸承為例，維持該軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需滑油量計(jì)算值為0.022L/ min，集成后可以收集滑油量0.049L/ min，遠(yuǎn)高于該軸承所需滑油量理論值。計(jì)算結(jié)果表明，各軸承采用集成式油兜結(jié)構(gòu)后，收集能力大幅提高，平均提高收集滑油量1.5倍以上。集成式油兜潤滑裝置實(shí)現(xiàn)了高/低轉(zhuǎn)速的軸承潤滑結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，形成連續(xù)雙效供給的油路通道。

目前，采用新構(gòu)思的集成式油兜結(jié)構(gòu)后，附件傳動機(jī)匣初步使用情況良好，能夠滿足連續(xù)高效的軸承潤滑要求。整體油路系統(tǒng)的簡化降低了設(shè)計(jì)—模具—加工的復(fù)雜性，提高了機(jī)匣殼體鑄件成品率，保守估計(jì)每臺附件機(jī)匣可以節(jié)約加工成本2萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

結(jié)束語

本項(xiàng)目采取結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)潤滑方式，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)制噴油潤滑和飛濺潤滑雙效集成，在不擴(kuò)充油兜容積的情況下，拓寬收集能力范圍，集油率平均提高1.5倍以上。利用出油孔、油兜和進(jìn)油孔形成自然的油路通道，替代了按需分配的油路和強(qiáng)制潤滑結(jié)構(gòu)數(shù)量，對于該型號，節(jié)省了9條油路及9個(gè)噴射點(diǎn)，可以減輕質(zhì)量1kg左右，零部件的減少可以為其他功能性指標(biāo)創(chuàng)造彈性空間。在后續(xù)的發(fā)動機(jī)附件機(jī)匣研發(fā)過程中，將參考和借鑒此次項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路和創(chuàng)新理念。未來，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)還將不斷挖掘結(jié)構(gòu)潛力，繼續(xù)深入鉆研“輕量化、高效率”的軸承潤滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。