論我國(guó)重大技術(shù)裝備軸承的自主安全可控（1）——民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承

我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域需要大量的高端軸承為重大技術(shù)裝備配套，軸承行業(yè)應(yīng)著力進(jìn)行這些軸承的研發(fā)→工程化→產(chǎn)業(yè)化，“十四五”期間我國(guó)重大技術(shù)裝備配套軸承的開發(fā)任務(wù)涉及到的具體領(lǐng)域及軸承類型見表1。

1 民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承

1.1 研發(fā)基礎(chǔ)

我國(guó)航空配套軸承工業(yè)從20世紀(jì)50年代中期開始起步，主要面向軍用飛機(jī)，大致經(jīng)歷了修理更換，測(cè)繪仿制、試制生產(chǎn)、批量(定型)生產(chǎn)、全面發(fā)展、行業(yè)調(diào)整、技術(shù)提高等發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)航空軸承行業(yè)總體上形成了以“三廠一所一?！睘橹鞲闪α康男袠I(yè)布局。近年來，又有一些企業(yè)進(jìn)入了航空軸承領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)航空軸承行業(yè)已基本具備了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研制開發(fā)、加工制造和試驗(yàn)各類航空配套軸承的能力。近60年來，我國(guó)軸承行業(yè)先后研發(fā)生產(chǎn)了千余種、近一百萬套不同型號(hào)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)配套主軸軸承、飛機(jī)附件及發(fā)動(dòng)機(jī)附件軸承，其他航空配套軸承。我國(guó)軸承行業(yè)研發(fā)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承已具備了一定的基礎(chǔ)條件。

1.2 技術(shù)指標(biāo)及典型產(chǎn)品

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主軸軸承的典型產(chǎn)品及結(jié)構(gòu)如圖2所示，主軸軸承的技術(shù)指標(biāo)要求為：dn值大于3.0×10⁶ mm·r/min，耐高溫250~300 ℃，壽命15 000 h以上。

1-風(fēng)扇；2-中壓壓氣機(jī)；3-高壓壓氣機(jī)；4-高壓渦輪；5-中壓渦輪；6-低壓渦輪；7,12-低壓軸承；8,11-中壓軸承；9,10一高壓軸承。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承總體結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.1 General structure diagram of engine spindle bearings

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2 Structure diagram of engine spindle bearings

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承是軸承產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，其設(shè)計(jì)和制造技術(shù)涉及到軸承科技金字塔頂端的諸多硬科技，甚至黑科技，本文僅列出以下幾項(xiàng):

1)進(jìn)行包括熱分析、動(dòng)態(tài)特性分析及熱彈流分析的軸承動(dòng)力學(xué)分析并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)；

2)進(jìn)行包括疲勞壽命、磨損壽命、精度壽命、振動(dòng)壽命、摩擦壽命的軸承綜合壽命研究；

3)對(duì)造成軸承早期失效的潛在失效因素和失效模式進(jìn)行研究，采取對(duì)策，預(yù)防早期失效；

4)開發(fā)應(yīng)用新一代耐高溫400 ℃以上，接觸應(yīng)力2400 MPa以上的軸承鋼；

5)推行以改善軸承應(yīng)力分布，降低最大接觸應(yīng)力，延緩表面和次表面裂紋源形成和疲勞裂紋擴(kuò)張為要義的表面完整性制造和抗疲勞制造；

6)進(jìn)行以降低摩擦力矩，提高耐磨性，減輕打滑損傷為目標(biāo)的單元素或多元素離子注入等表面改性技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用；

7)進(jìn)行小樣本、概率分布未知條件下的靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的理論研究及試驗(yàn)方法、試驗(yàn)手段的研發(fā)應(yīng)用；

8)研發(fā)新一代模擬工況的軸承性能、耐久性和壽命試驗(yàn)裝備及技術(shù)。

1.4 市場(chǎng)預(yù)測(cè)

我國(guó)民用飛機(jī)年產(chǎn)量及相應(yīng)的配套軸承需求量見表2，其中按每架飛機(jī)需配套軸承2 000套(發(fā)動(dòng)機(jī)軸承900套)計(jì)算，每架直升機(jī)需配套軼承1 500套計(jì)算。

表2 我國(guó)民用飛機(jī)產(chǎn)量及相應(yīng)配套軸承需求量

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)民用客機(jī)保有量3250架，全球占比15%，預(yù)計(jì)2035年升至8684架，全球占比19%。如此大的客機(jī)保有量，需要維修的軸承數(shù)量也很巨大。

1.5 小結(jié)

盡管與國(guó)外先進(jìn)水平還有很大差距，我國(guó)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承已實(shí)現(xiàn)自主安全可控，而民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承則全部靠進(jìn)口，實(shí)現(xiàn)自主安全可控任重而道遠(yuǎn)。

（參考文獻(xiàn)略）

來源：《軸承》2022年1期（略有改動(dòng)）

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