航空發動機主軸介紹

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顧名思義，軸承就是給各種軸類結構（如轉軸、心軸、傳動軸）起支承作用的部件的總稱。從原理上說，軸承是把具有相對轉動，或者允許有相對轉動的兩個部件之間聯系在一起，以高效、平穩地實現支承作用。軸承就像實現肢體運動的關節一樣不可或缺，人們形象地把它比作機械系統的“關節”?，F代工業中，較為常見的軸承類型有滾動軸承、油膜軸承、電磁軸承、氣浮軸承等（如圖1）

值得指出的是，軸承的雛形很早就已經形成了。在沒有大型動力設備的古代社會，人們為了移動大型石料，通常在其底部放置若干圓木，推動石料，利用圓木的滾動實現石料的前移。這種樸素的思想所蘊含的基本道理與現代滾動軸承的設計初衷是一致的。文藝復興時期偉大的畫家和科學家達·芬奇就在繪制的手稿中展示過他所構想的軸承（如圖2）?？梢钥闯?，這種設計與現代滾動軸承的結構非常接近。

達·芬奇繪制的軸承手稿

隨著近代工業文明的到來，軸承迎來了發展歷史上的春天。巨大的需求推動著軸承技術高歌猛進，也成就了軸承工業的蓬勃發展。單就滾動軸承而言，種類繁多，甚至可以用眼花繚亂來形容。它的體量跨度很大，大者直徑可達數米（如圖3），小則只有借助放大鏡才能完成裝配過程；它的轉速范圍很寬，從靜止到每分鐘上百萬轉的轉速都可以運轉自如；它的應用范圍很廣，天上的飛機、火箭，地面的汽車、輪船，地下開掘隧道的盾構機等都離不開它，其蹤跡可謂“上窮碧落下黃泉”。

 大型球面滾子軸承

通常來說，滾動軸承由滾動體、保持架、內滾道和外滾道組成。此外，為了防止潤滑油的泄漏和污染，密封圈也是很多滾動軸承都會配裝的零件。根據滾動體、保持架、內滾道、外滾道的結構形狀、材料、裝配形式等的不同，滾動軸承可以進行不同的分類。比如，以滾動體的結構形狀進行分類，滾動軸承可以分為：深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、球面滾子軸承、圓錐滾子軸承和推力圓錐滾子軸承等。此外，為了能承受較大的載荷，有些滾動軸承還會做成兩排或多排的形式，如雙列角接觸球軸承和四列圓錐滾子軸承。

航空發動機是現代工業技術的集大成者，軸承在航空發動機中發揮著重要的作用。綜合考慮傳動效率、結構可靠性、振動、潤滑等方面的要求，航空發動機采用的軸承主要是滾動軸承。而且滾動軸承集中應用在兩個主要部位——傳動系統和轉子系統（如圖4）。

商用航空發動機的主軸承位置

航空發動機傳動系統中所用的軸承與其他領域應用的普通軸承相比，結構相似，但是轉速比較高，對重量和可靠性的要求也更加苛刻，如圖5所示是航空發動機齒輪箱中所用的軸承。另外，某些大涵道比渦扇發動機所采用的齒輪驅動風扇結構，也是采用滾動軸承實現行星架和行星齒輪之間的運動聯系。

航空發動機附件傳動齒輪箱軸承

航空發動機轉子系統軸承支承著整個發動機最核心的系統，是發動機中最重要的軸承，通常稱作主軸承。航空發動機主軸承具有轉速高、工作環境溫度高、載荷復雜的特點。如果把航空發動機轉子系統比作一位跳芭蕾的舞者，主軸承就是她的足尖，優雅的旋轉、絕佳的平衡莫不與其息息相關。正如精湛的舞姿需要付出超常的努力一般，主軸承也是經過了千錘百煉以后才練就了一身絕技?？茖W家和工程師們本著“親量圭尺，躬察儀漏，目盡毫厘，心窮籌策”的科學精神與工匠精神，克服了材料選擇、結構設計、潤滑設計、可靠性設計等諸多難題，才成就了主軸承超凡的工作性能。

根據滾動體的形狀，主軸承可以分為圓柱滾子軸承（如圖6）和角接觸球軸承。但它們與其他旋轉機械中相同類型的軸承有明顯的區別。通常來說，無論是圓柱滾子型主軸承還是角接觸型主軸承，結構都比較復雜。主軸承的外圈通常都會加工出一些特殊的結構，這樣處理既可以減重，又便于與發動機其他部件進行配裝。此外，軸承的內環通常做成分半式的，這種設計不僅僅是為了便于裝配，更重要的是使軸承在承受機動載荷時仍能實現平穩可靠的支承作用。

航空發動主軸圓柱滾子軸承

實際上軸承絕不僅僅是大家通常所見到的幾個組件裝配而成的結構，這個小部件也有一個大世界，它涉及材料、工藝、運動學、動力學、摩擦學、傳熱學、流體力學等諸多方面，而這些通?？床坏降募夹g細節才是決定軸承性能的關鍵。軸承這個小部件之所以能發揮這么廣泛而重要的作用，與科技工作者們精益求精、追求完美的精神是分不開的。

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