李鵬杰，袁同燕

（中國航發(fā)湖南動力機(jī)械研究所，湖南 株洲412002）

裝配是發(fā)動機(jī)軸承應(yīng)用過程中的重要環(huán)節(jié)，如裝配時滾動體承受沖擊載荷，可能造成滾動體或套圈表面損傷，導(dǎo)致軸承早期失效[1]。一旦失效，會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子失穩(wěn)，后果不堪設(shè)想[2]。因此裝配質(zhì)量的好壞對軸承的安全可靠運(yùn)行具有重要作用。

某型發(fā)動機(jī)在試驗(yàn)臺試驗(yàn)后分解，發(fā)現(xiàn)支承燃?xì)獍l(fā)生器的圓柱滾子軸承保持架側(cè)梁處可見一處貫穿性裂紋，兩顆滾子脫出，內(nèi)圈引導(dǎo)邊倒角處可見多處倒三角擦痕和兩處幾百微米大小的撞擊損傷見圖1。經(jīng)故障分析，保持架斷裂主要原因是裝配不當(dāng)導(dǎo)致軸承預(yù)損傷。通過分析原裝配工藝軸承預(yù)損傷的形成原因，本文設(shè)計了一套工裝并改進(jìn)裝配工藝，后續(xù)軸承裝配后再出現(xiàn)類似故障。

圖1 軸承結(jié)構(gòu)簡圖及故障外觀

1 裝配工藝及原因分析

安裝要求：軸承外圈組件（包括外圈、保持架、滾子）過渡配合固定在彈支上，內(nèi)圈安裝在渦輪軸上，設(shè)計過盈配合量8～19 μm，見圖2。

圖2 軸承裝配關(guān)系示意圖

1.1 原裝配工藝

（1）將軸承內(nèi)圈加熱160℃保溫15 min后裝入渦輪軸上，使用0.03 mm塞尺檢查內(nèi)圈是否裝到位。

（2）外圈及保持架組件裝入彈支并安裝在中介機(jī)匣內(nèi)，在滾子表面涂抹凡士林，使得滾子緊靠外圈滾道。

（3）渦輪軸組件加熱100℃保溫15 min后，直接敲擊渦輪軸裝入轉(zhuǎn)子連接軸。

（4）壓緊鎖緊螺母完成安裝。

1.2 原因分析

文獻(xiàn)[3]中規(guī)定了軸承安裝游隙對壽命和載荷產(chǎn)生顯著地影響，裝配需考慮軸承配合和溫升影響。裝配前滾子與內(nèi)圈之間的徑向間隙a約0.65 μm～0.9 μm（實(shí)際測量的徑向游隙 1.3 μm ～ 1.8 μm），當(dāng)將內(nèi)圈以過盈配合（設(shè)計最大過盈量19 μm）套入渦輪軸，半徑膨脹約5 μm，加熱渦輪軸到100℃，半徑膨脹約23 μm。將渦輪軸裝入轉(zhuǎn)子連接軸時，a約-27 μm，說明內(nèi)圈與滾子會干涉。另外滾子在保持架兜孔內(nèi)有一定自由度，雖然用凡士林涂抹進(jìn)行了固定，但可能發(fā)生個別滾子沒有有效壓在外圈滾道上的情況，個別滾子與內(nèi)圈之間的間隙a會進(jìn)一步減少。且渦輪軸與轉(zhuǎn)子連接軸有兩處過盈配合，強(qiáng)行敲擊子造成沖擊和振動，部分滾子會脫離外圈滾道，進(jìn)一步加劇損傷見圖1。

2 改進(jìn)措施及工裝

2.1 改進(jìn)措施

（1）常溫下進(jìn)行渦輪軸裝配。

（2）渦輪軸裝配前增加檢查滾子是否緊貼軸承外圈的工序，減少滾子和內(nèi)圈引導(dǎo)面產(chǎn)生干涉的風(fēng)險。

（3）直接敲擊渦輪軸方法不當(dāng)，需設(shè)計工裝并改進(jìn)裝配工藝。

2.2 工裝組成及裝配工藝改進(jìn)

新設(shè)計的工裝主要包括大螺母、拉桿、壓塊、液壓缸等，見圖3。壓塊設(shè)計成工字形，與拉桿大間隙配合，方便拉桿在壓塊內(nèi)孔中上下移動，工字形大端面直徑比接觸的渦輪軸端面直徑稍大些，方便液壓力的傳遞。壓塊上端依次放置液壓缸、大螺母。大螺母與拉桿上端通過螺紋連接成整體。工作原理如下：液壓缸產(chǎn)生液壓力對渦輪軸進(jìn)行裝配，使得滾子平緩經(jīng)過內(nèi)圈引導(dǎo)面，減少沖擊和振動。通過多次工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液壓力5 MPa時，渦輪軸可克服與轉(zhuǎn)子連接軸處兩處過盈在常溫下裝配到位。

基于新工裝改進(jìn)裝配工藝，將原裝配工藝工序3修改成以下操作，其余不變。

（1）穿過中心拉桿將拉桿裝入引導(dǎo)套內(nèi)螺紋，手旋轉(zhuǎn)拉桿使其裝配到底后再擰松1/4圈（拉桿裝配、分解過程應(yīng)注意不碰傷渦輪軸端齒）。

（2）穿過拉桿在渦輪軸去材料臺階上安裝壓塊、液壓缸、墊塊及大螺母。

（3）擰緊大螺母至液壓缸伸長量置零后擰松1/4圈螺紋，對渦輪軸打壓，壓力不大于5 MPa，卸除液壓缸壓力，擰松大螺母（每次打壓中液壓缸伸長量應(yīng)不大于1 mm，目的在于盡可能減少滾子損傷）。

（4）按步驟2反復(fù)打壓4～5次至渦輪軸裝配到位。

（5）拆下工裝。

工序1中的引導(dǎo)套內(nèi)螺紋與圖3中拉桿下端的外螺紋配合，引導(dǎo)套與壓氣機(jī)一級葉片盤轉(zhuǎn)子軸前端的外螺紋配合，使得引導(dǎo)套、拉桿、壓氣機(jī)連接成一個整體。通過工序1和2，方便后續(xù)拉壓工裝施加液壓力。工序3和4用連續(xù)打壓的方式使得渦輪軸克服兩處過盈裝入轉(zhuǎn)子連接軸。本文有兩個擰松1/4圈，兩者作用不同。工序1目的是防止打壓過程中產(chǎn)生較大軸向力導(dǎo)致壓氣機(jī)軸組件與拉桿抱死，工序3中擰松1/4圈受液壓缸最大行程1 mm限制，保護(hù)液壓缸不受損壞，

裝配改進(jìn)后具有常溫裝配到位和液壓力可調(diào)節(jié)和不會產(chǎn)生沖擊力損害軸承的優(yōu)勢。

圖3 改進(jìn)工藝的裝配示意圖

采用上述改進(jìn)措施后并組織現(xiàn)場操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，后續(xù)發(fā)動機(jī)裝配后檢查沒有再出現(xiàn)類似軸承損傷。

3 結(jié)束語

某發(fā)動機(jī)的圓柱滾子軸承原裝配工藝中加熱并直接敲擊渦輪軸容易導(dǎo)致軸承預(yù)損傷，通過設(shè)計工裝和常溫裝配工藝解決了裝配預(yù)損傷，建議今后其他類型軸承裝配注重溫升對軸承安裝影響和設(shè)計實(shí)用簡便工裝，減少人為因素影響。