某航空电机球轴承过热失效分析与改进研究

作     者：李世理 张文虎 李心庆 赵磊 邓波 LI Shili;ZHANG Wenhu;LI Xinqing;ZHAO Lei;DENG Bo

作者机构：河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 新乡航空工业集团河南新乡453000 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2024年第41卷第5期

页      面：747-760页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52105182) 

主　　题：电机运转寿命 球轴承 轴承过热失效机理 转轴受热变形 角接触球轴承 接触应力和温度场分析 润滑脂碳化 

摘      要：某航空电机在运转实验过程中出现异常噪音,拆解后发现电机轴系两端支撑球轴承已发生过热失效,出现润滑脂碳化、保持架断裂和内外套圈磨损等现象。为了解决某航空电机球轴承出现过热失效的问题,对电机轴系两端轴承进行了失效分析,并提出了改进方案。首先,根据经验对电机轴系两端球轴承进行了故障分析,并提出了多个结构改进方案;然后,采用COBRA AHS软件建立了热-应力耦合的航空电机轴承-转子仿真分析模型,分别对不同的改进方案进行了接触应力和温度场分析;最后,对比了不同条件下的仿真分析结果,得到了轴承过热失效机理,并提出了相应改进方案,结合实验对改进方案进行了验证。研究结果表明:转轴受热变形是导致该航空电机球轴承过热失效的主要原因,转轴受热变形后挤压两端轴承,使得滚动体与滚道之间最大接触应力可达2512.0 MPa;过载条件下,加剧了轴承摩擦生热,导致温度急剧上升,最高可达219.2℃,润滑脂因高温碳化失效,不良的润滑条件使轴承早期失效;将电机两端支撑轴承由深沟球轴承更换为角接触球轴承后,两端轴承最高温度为96.6℃,最大接触应力为1866.1 MPa,即降低了轴承工作温度,提高了轴承轴向承载能力,电机运转寿命超过1200 h。