圆柱滚子轴承安装工艺分析及改进

李鹏杰，袁同燕

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲412002）

装配是发动机轴承应用过程中的重要环节，如装配时滚动体承受冲击载荷，可能造成滚动体或套圈表面损伤，导致轴承早期失效[1]。一旦失效，会导致发动机转子失稳，后果不堪设想[2]。因此装配质量的好坏对轴承的安全可靠运行具有重要作用。

某型发动机在试验台试验后分解，发现支承燃气发生器的圆柱滚子轴承保持架侧梁处可见一处贯穿性裂纹，两颗滚子脱出，内圈引导边倒角处可见多处倒三角擦痕和两处几百微米大小的撞击损伤见图1。经故障分析，保持架断裂主要原因是装配不当导致轴承预损伤。通过分析原装配工艺轴承预损伤的形成原因，本文设计了一套工装并改进装配工艺，后续轴承装配后再出现类似故障。

图1 轴承结构简图及故障外观

1 装配工艺及原因分析

安装要求：轴承外圈组件（包括外圈、保持架、滚子）过渡配合固定在弹支上，内圈安装在涡轮轴上，设计过盈配合量8～19 μm，见图2。

图2 轴承装配关系示意图

1.1 原装配工艺

（1）将轴承内圈加热160℃保温15 min后装入涡轮轴上，使用0.03 mm塞尺检查内圈是否装到位。

（2）外圈及保持架组件装入弹支并安装在中介机匣内，在滚子表面涂抹凡士林，使得滚子紧靠外圈滚道。

（3）涡轮轴组件加热100℃保温15 min后，直接敲击涡轮轴装入转子连接轴。

（4）压紧锁紧螺母完成安装。

1.2 原因分析

文献[3]中规定了轴承安装游隙对寿命和载荷产生显著地影响，装配需考虑轴承配合和温升影响。装配前滚子与内圈之间的径向间隙a约0.65 μm～0.9 μm（实际测量的径向游隙 1.3 μm ～ 1.8 μm），当将内圈以过盈配合（设计最大过盈量19 μm）套入涡轮轴，半径膨胀约5 μm，加热涡轮轴到100℃，半径膨胀约23 μm。将涡轮轴装入转子连接轴时，a约-27 μm，说明内圈与滚子会干涉。另外滚子在保持架兜孔内有一定自由度，虽然用凡士林涂抹进行了固定，但可能发生个别滚子没有有效压在外圈滚道上的情况，个别滚子与内圈之间的间隙a会进一步减少。且涡轮轴与转子连接轴有两处过盈配合，强行敲击子造成冲击和振动，部分滚子会脱离外圈滚道，进一步加剧损伤见图1。

2 改进措施及工装

2.1 改进措施

（1）常温下进行涡轮轴装配。

（2）涡轮轴装配前增加检查滚子是否紧贴轴承外圈的工序，减少滚子和内圈引导面产生干涉的风险。

（3）直接敲击涡轮轴方法不当，需设计工装并改进装配工艺。

2.2 工装组成及装配工艺改进

新设计的工装主要包括大螺母、拉杆、压块、液压缸等，见图3。压块设计成工字形，与拉杆大间隙配合，方便拉杆在压块内孔中上下移动，工字形大端面直径比接触的涡轮轴端面直径稍大些，方便液压力的传递。压块上端依次放置液压缸、大螺母。大螺母与拉杆上端通过螺纹连接成整体。工作原理如下：液压缸产生液压力对涡轮轴进行装配，使得滚子平缓经过内圈引导面，减少冲击和振动。通过多次工艺试验发现液压力5 MPa时，涡轮轴可克服与转子连接轴处两处过盈在常温下装配到位。

基于新工装改进装配工艺，将原装配工艺工序3修改成以下操作，其余不变。

（1）穿过中心拉杆将拉杆装入引导套内螺纹，手旋转拉杆使其装配到底后再拧松1/4圈（拉杆装配、分解过程应注意不碰伤涡轮轴端齿）。

（2）穿过拉杆在涡轮轴去材料台阶上安装压块、液压缸、垫块及大螺母。

（3）拧紧大螺母至液压缸伸长量置零后拧松1/4圈螺纹，对涡轮轴打压，压力不大于5 MPa，卸除液压缸压力，拧松大螺母（每次打压中液压缸伸长量应不大于1 mm，目的在于尽可能减少滚子损伤）。

（4）按步骤2反复打压4～5次至涡轮轴装配到位。

（5）拆下工装。

工序1中的引导套内螺纹与图3中拉杆下端的外螺纹配合，引导套与压气机一级叶片盘转子轴前端的外螺纹配合，使得引导套、拉杆、压气机连接成一个整体。通过工序1和2，方便后续拉压工装施加液压力。工序3和4用连续打压的方式使得涡轮轴克服两处过盈装入转子连接轴。本文有两个拧松1/4圈，两者作用不同。工序1目的是防止打压过程中产生较大轴向力导致压气机轴组件与拉杆抱死，工序3中拧松1/4圈受液压缸最大行程1 mm限制，保护液压缸不受损坏，

装配改进后具有常温装配到位和液压力可调节和不会产生冲击力损害轴承的优势。

图3 改进工艺的装配示意图

采用上述改进措施后并组织现场操作人员进行培训，后续发动机装配后检查没有再出现类似轴承损伤。

3 结束语

某发动机的圆柱滚子轴承原装配工艺中加热并直接敲击涡轮轴容易导致轴承预损伤，通过设计工装和常温装配工艺解决了装配预损伤，建议今后其他类型轴承装配注重温升对轴承安装影响和设计实用简便工装，减少人为因素影响。