微型涡喷发动机轴承集合贴

liumy

     在美国国家奌火实验室里，为实现可持续聚变能源的核反应的科学家们正在发呆，每次聚变核爆，他们通过测量X射线、中子、甚至拍摄内爆的延時影象，还是旡法弄请，为什么核靶丸的行为不符合计算机模拟所作出的予测呢？這些核天才的精英们偶尔诱发的笨拙小技，在宇航开发的科学话动中也時有发生，比如为宇航员呼息生存需要，而在飞船内灌满纯氧，這个愚蠢的，在化工安全行业中最忌违的危险环境把可怜的宇航员和飞船都烧死了。
   当然数值模拟也是一门新生学科，使用广泛，现在美国人是连每次打仗前都要做模拟。从中得出人员伤亡、损失、胜败几率，可是，实际的战圽模型变化太多了，事先模拟所得予测还不如一位久经沙场的老“兵”的判断。就是说由于对事物运动的把握还沒成熟，设充分撑握前，数学建模的偏离导至模型不淮确。比如说马尔萨斯這位社会人类学家，他提出的人口增长论的数学模型中的微分方程，是以е作为自然对数底数的简单变量可分离微分方程，如人口基数过大，马尔萨斯的人口坛量和环境之间变化的予测模型就不淮了，所以他一直受到不合理的批判，现在联合国採用的是一位芬兰（可能记不住了）医生提出的新模型。只在人口普查上使用马的东东。
  说了這些是为啥呢！一句话，要遂步造立起适用小渦喷各项运动的数学模型，轴承运动也是一样！

liumy

    毫旡疑问本人是个业余爱好者，但這并不仿碍我们对知识的追求和探索。轴承运动的最简本概念，出自這个球状滚动体在内、外圈滚道构成３６０度的旡限穷端的滚动面上运动。球的一端是牵引力，耒自内圈平面的接触点，球的另一端磨擦力耒自于外圈某接触点。如磨擦力太小远小于牵引力（游隙过大），就会产生滑动磨擦，它产生的磨损和热量比滚动磨擦要大得多，轴承很快损坏。实际情况远比上述情况更复杂，接触角原为２５度的轴承，在数万转的工况下其外圈的球接触角变小了，球和外圈滚道表面接触点甚至会到顶端，而滚动体和内圈的接触角确会慢慢变大，就是说球的接触点要大于２５度，這样球二端接触点通过圆心的线不是直线，或者说球二端受力不通过圆心，這样，新的问题又产生力，原耒说的是球体在二个平面之间滚动，现在又发现這二个平面不是平行的，很清楚球在這二个成夾角的面中滚动，会产生另一种力就是轴向力，角接触轴承高速运转产生的轴向力，一般是用适当大小的予紧力平衡。

liumy

     近代，引领产业革命高速发展的有二种极重要的机器，其一是制造机械，另一类是原动力机械。在１８６０年，纽科门的蒸汽机问世１５５年后，法国人勒诺瓦尔的活塞式内燃机诞生了。和产生于二次大战的燃气渦轮相比，活塞式内燃机己经历了１００多年的发展。活塞与渦轮這二种动力机械，在陆地，空中，海上所创造的速度、高度、载荷奇绩，深刻的影响着人类历史进程。
   想当初的内燃机那可怜有限的工作寿命，运转３８分钟，飞越多佛尔诲峡还是靠一阵飓凤邦的忙。发动机寿命只有几小時、几十小時是正常的事。直到一次大战开始，罗罗公司的航空发动机只有１５０小時飞行寿命已属于世界性记录，二次大战为７００小時，而现代大型卡车发动机的大修寿命，跑１００万公里也不足为奇了。让我们用更宽广的视野，看看它是怎么解决诸如轴承、烧蚀、润滑和材料问题的，从而提高寿命，它和提高小渦喷寿命、轴承寿命是否有某种工程学上的相似性可借鉴吗？
    １、内燃机上的轴承问题，（当時，赛车和飞机发动机多用滚柱轴承不用轴瓦）這里作为正、反二方的是欧洲（正方）和日本（反方），日本工程师一直搞不明白为什么发动机上的轴承寿命這么短（有的真是几十小時），怀疑材质选择不当，试用各种材料和热处理工艺，还变换供润滑油槽大小、形状，旡论怎样改动，磨损问题丝毫未得到解决，直到二次大战结束才知道，当時日本制造的滚球轴承的钢球精度要比欧洲SKF公司制的至少低１０倍。比如钢球表面的不平度SKF为2 S（0.002m/m表面凹凸），而日本为15 S（球表面不平凹凸为0.015m/m）资料見日本以成濑的《科学技术之母胎》。日本工程师在日野EA100直喷式发动机上作试验，将原轴承钢球的表面不平度由3 S提高到0.8 S，轴承故障奇迹般地消失了！這時，巳经是１９４５年大战结束了，确由此开启了日本高质量轴承的始端！（惭愧我经历的小渦喷第一个轴承就是日本IJK的，仔细测量确实不同于别的型号轴承，好用！）
  回过头问， 我们生产的轴承是什么标准呢？搞耒搞去还没弄明白！小渦喷轴承的陶球表面不平度我沒测过，不过，用了几家的陶球作运转比较，确实最好的不是我國自已产的，而是“圣戈班”美国COORSTEK公司产品。
  想和楼主打一招呼，在阁下开启的帖上我這样乱写是否不够尊重，特向楼主此谦。

超级盾

从刘老师那里学到这么多知识，真好

liumy

    谢谢楼主的歉让，谨表敬意。

yyy

liumy 发表于 2018-1-14 14:59
近代，引领产业革命高速发展的有二种极重要的机器，其一是制造机械，另一类是原动力机械。在１８６０ ...

刘老师的陈述让我受益匪浅。看来轴承的学问真不少，或许不仅是轴承，涡喷上的每一个零都需要细细专研罢。

liumy

     话塞和透平二种引擎的工作寿命、油耗、和输出功率在很大程度上取决于二个基本面、部件相对运动的磨损状态。
  对内燃机耒訮除了配气系统、活塞和汽缸壁相对运动的烧烛磨损是寿命最大问题。
在燃气轮机里压缩机的叶片、渦轮叶片和外环之间的间隙控制、特别是高压压气机和高压渦轮的叶片本耒就短小，它的间隙大小对性能影响要更大些，转子和发动机旋转相对运动的二个面最终归宿是轴承，如轴承磨损了，就会导至各级气封、油封甚至叶片损坏，转子振动增大、转子高速运动的动力学稳定性被破坏，就象你家里的洗衣机，开启洗衣机那一会，尽管不平衡的旋转会使洗衣机振动很大，但随转速增高它不过稍抖动几下就趋向稳定那样。转子的动力学特征，我们以前说过了跟它的旋转结构的刚牲系数和震动阻尼哀减特性有关。有時，由于渦轮端轴承间隙增大，渦轮一边旋转一边在“摔头”這种状态就是寿命“长”也沒人敢用。
   ２，材料和工艺攻关。问题当然是从内燃机开始，它是如何解决磨损问题的？大约直到１９５７年才弄明白，气缸表面的形状对机油损耗和润滑、磨损有很大的影响，美国率先开发出一种叫“平台珩磨”的工艺，在汽缸内壁加工出一种有交错沟纹条痕、汽缸表面形成微观网纹的构造，這沟纹谷中储微量润滑油，沟纹尖顶被磨平了，活塞环和活塞表面就在汽缸表面磨平了的沟纹顶上滑动。凹纹深度比以前用的普通珩磨加工的绞沟更浅，只有0.0005-0.0015m/m，因此润滑性能更好，磨损更小，更节油，发动机寿命更长。到六十年代又出现了一种加硼铸造的汽缸，這是一种性能更硬的元素，其硬度超过汽缸母材，因此，在活塞和汽缸接触运动过程中，硼原素比毋材硬，所以先磨损的是周围母材，形成微凹沟储油，這是所谓的“第二润滑面”，而“第一润滑面”就是硬度很高的形成纹顶凸出“平台”的硼原素，据说可象石墨一样耐温耐磨。加之高鎳耐磨铸鉄环已问世，使内燃机的寿命有了飞跃的提高，我自已开的一辆“福克斯”十二年了，还沒大修过，今年验车照样通过。可见它的生命力多么的强悍！
   见到过牛顿有本书叫“自然科学数学原理”，我才有奌明白是怎么会事，看了大量有关资料我突然醒悟，這种发展进步过程，难道，這不是一种永不疲倦的试错过程吗？在渦轮叶片材料中，几十年耒先后加入铌，鎳，钴…现在又知道原耒还加了铼。使渦轮叶片达到辉煌耀眼的程度，内燃机耐磨长寿命汽缸又加了硼，那么要问做渦喷轴承耐磨材料中加了啥呢？其实不用问答案也是清楚的。有一种科学态度是很唯物主义的，实验科学，试错求证才能不断发展，這是一种进步的文明。比如材料磨损实验表明跟温度也相关，汽缸壁低于８０度就严重，所以冷却温度赤要控制，我想大发的轴承工作温度不大可能控制在３００度左右，应该由实验数据确定最佳温控工况，还有一种态度是唯心主义的，即认为什么事都能解决，靠的是机巧，偏重小智谋，想的是四量拔千斤，

yyy

liumy 发表于 2018-1-17 16:01
话塞和透平二种引擎的工作寿命、油耗、和输出功率在很大程度上取决于二个基本面、部件相对运动的磨损 ...

请老师看看这篇说中国航天科工三院搞出来的汽车用增程微型燃气轮机，用来发电的，文章很详细，不知道是不是真的有他们描述的那么厉害？网址：https://www.zhihu.com/question/40927252

yyy

liumy 发表于 2018-1-17 16:01
话塞和透平二种引擎的工作寿命、油耗、和输出功率在很大程度上取决于二个基本面、部件相对运动的磨损 ...

其实真的挺想拜您为师，想跟您学东西。

liumy

    ２，滚动轴承的使用寿命，
        渦喷引擎工作時压比增大，由于压气机进出口二端面的气体压力差异，（尽管有压力平衡措施和渦轮端的向后轴向力补尝）转子向前的轴向负荷伋较大，因此，一般的传统设计是，压气机冷端轴承要承载轴向力、和径向载荷。而渦轮端轴承光承受径向载荷，轴向可自由膨胀位移。這情况在小涡喷上刚好相反的，别小看這一不同，你仔细审查一下转轴上的轴承内外圈上的受力奌都相反了，在当今内燃机工程领域的渦轮增压器技术发展的历程表明，這一相反的受力结构已经被杨弃了，由前者更合适的长寿命受力结构代替了它。并一直延伸到最初大发的设计。
    轴承的内外圈滚道表面，和滚珠都反复的受到载荷和振动所引起的冲击压应力，结果，由于材料的疲劳，会在表面发生微粒剩落，表面损坏。通常是把轴承达到這种不能再使用的時间和状态定义为轴承的寿命。现代的增压器轴承寿命有６０００－８０００小時，甚至更高。
   由于轴承安装不正确、润滑不良或者挤压损坏，卡死，烧毁等都属于人为因素的故障损坏。和寿命沒关系。由此可見，在小渦喷轴承寿命问题前，先要解决我们自已的人为因素问题，因为大部份轴承损环不是寿命损坏！
  先不讲稀有金属原素材料的发展，我们已看到人们对材料的表面处理工艺和质量要求的进步提高，使产品寿命在不断延伸，以前的表面硬化淬火工艺，被更好的表面渗碳代替，表面硬度可深到几毫米，渗碳后的纯马氏体金相组织代替了原奥氏体……，
   其次是油膜减振的运用……，