國內外航空電機用深溝球軸承標準分析

趙穎春 林 晶

軸承是對飛機發展具有重要影響的關鍵配套產品，是用于傳遞運動、減小摩擦的重要零件。其中，電機軸承作為航空電機的關鍵零件，對于航空電機的性能具有重要影響，直接影響到飛機的飛行性能。

目前，航空電機所用軸承大部分均為深溝球軸承，深溝球軸承是滾動軸承的一類，是最常見的球軸承類型，軸承內外圈設計有滾道，滾道之間通過滾珠減小摩擦，其結構簡單，能夠達到較高轉速，可靠性較好。

航空電機用深溝球軸承結構形式如圖1所示。

國內的航空電機用深溝球軸承在使用方面，還存在諸多的問題，如一些型號的飛機在大修時，發現其電機的深溝球軸承存在游隙過大等問題。在標準體系的建設方面差距也比較大，目前為止還沒有形成完善的航空電機用軸承標準體系，缺少專門的規范和產品標準。

本文通過對目前國外主要的航空電機用深溝球軸承通用規范和產品標準的技術內容進行分析，與國內電機軸承標準進行對比，分析國內外標準技術內容之間存在的共同點和差異，為構建航空電機用深溝球軸承標準體系奠定基礎。

1 國內外標準介紹與分析

國外的航空電機用深溝球軸承的標準體系相對比較完善，尤其以美國機動車工程師學會（SAE）的標準體系比較健全。SAE標準中，航空電機用深溝球軸承通用規范為AS 22227B-2014《軸承，球，向心，發電機和電動機》，產品標準為AS 17107B《軸承，球，向心，主要用于航空電動機和發動機，標準輕，I型》、AS 17108B-2014《軸承，球，向心，主要用于航空電動機和發動機，寬，II型》和AS 17109A-2014《軸承，球，向心，主要用于航空電動機和發動機，薄超輕，III型》。SAE標準中，航空電機用深溝球軸承產品分為標準輕、寬、薄超輕3種系列，基本覆蓋了航空電機用深溝球軸承使用的主要規格。

目前國內航空電機用深溝球軸承標準主要為GJB 269B-2012《航空滾動軸承通用規范》。GJB 269B-2012中第3組軸承為附件傳動和航空電機、航空附件用軸承，其中對航空電機用深溝球軸承的技術要求進行了規定。GJB 269B-2012作為航空滾動軸承的頂層規范，其技術要求也都是從頂層出發，規定較為籠統。尤其對航空電機軸承這一類具體產品，技術要求比較寬泛。

此外，國內標準中，JB/T 8880-2010《滾動軸承 電機用深溝球軸承 技術條件》規定了民品電機用深溝球軸承的技術條件，包括材料及熱處理、保持架、密封圈及防塵蓋、公差、表面粗糙度、徑向游隙、配合、清潔度、殘磁、潤滑等技術要求。但JB/T 8880-2010僅適用于機械行業，不適用于航空電機用深溝球軸承這一類產品，其技術要求對航空電機用深溝球軸承僅具有一定的參考意義。

2 標準技術內容分析

針對目前國內外較常使用的航空電機用深溝球軸承的產品系列，對其標準的主要技術內容進行進一步的對比分析。

2.1 尺寸系列

SAE產品標準尺寸系列見表1。

表1 SAE產品標準尺寸系列

從表1中可以看出，SAE產品標準包含內徑10 mm到40 mm等規格。按照尺寸系列，標準輕系列產品包括內徑從10 mm到35 mm 8種規格，寬系列產品包括內徑從12 mm到40 mm 8種規格，薄超輕系列產品包括內徑從20 mm到35 mm 4種規格。其產品規格較多，基本覆蓋了國外使用的航空電機用深溝球軸承的使用規格。

GJB 269B-2012作為航空滾動軸承的通用規范，并未對航空電機用深溝球軸承的尺寸系列作出明確規定。同樣JB/T 8880-2010也未對電機用深溝球軸承的尺寸系列作出明確規定。目前國內尚缺乏航空電機用深溝球軸承的產品標準。

2.2 材料

SAE標準和GJB 269B-2012、JB/T 8880-2010中對軸承套圈和滾動體材料及硬度的要求見表2。

表2 套圈材料及硬度要求

AISI 52100、AISI 440C為美國材料標號。AISI 52100對應國內材料標號為GCr15軸承鋼，AISI 440C對應國內材料標號為9Cr18或9Cr18Mo不銹鋼。從表2可以看出，SAE標準和國內GJB 269B-2012、JB/T 8880-2010對于軸承材料的要求基本一致，硬度要求略有不同，但均要求軸承材料的硬度達到58 HRC以上。

對于保持架材料，SAE標準規定了兩種不同的材料：低碳鋼或酚醛樹脂。其中低碳鋼為AISI 1008或者AISI 1010，與國內08和10鋼對應。兩種保持架具有不同的用途，酚醛樹脂保持架極限轉速更高。國內標準中，JB/T 8880-2010規定保持架材料一般選用08或10鋼板，或選用工程塑料。GJB 269B-2012未對第3組軸承保持架材料作特殊規定，僅針對某些特定代號的軸承的保持架材料進行了要求。

SAE標準中規定密封圈材料應選用丁腈橡膠，與國內JB/T 8880-2010等標準要求基本一致。

2.3 公差

軸承公差反映了軸承的尺寸精度要求。AS 22227B中規定，除軸承內孔徑和外徑公差應為-0.0002～0in（-0.005～0 mm）外，其余公差應滿足美國軸承制造協會（ABMA）下的向心軸承工程協會（ABEC）標準5級公差的要求。JB/T 8880-2010規定軸承精度應不低于GB/T 307.1-2005《滾動軸承 向心軸承 公差》中6級公差的要求。GJB 269B-2012則僅針對某些特定規格軸承的公差進行了規定。

按GB/T 307.1-2005，我國軸承精度等級由低到高分為0、6、5、4、2共5個等級。ABEC 5級公差與GB/T 307.1-2005中5級公差對應。可以看出，SAE標準對公差精度要求高于國內機械行業標準的要求。

2.4 徑向游隙

徑向游隙是滾動軸承的一項重要參數，對軸承的動態性能、旋轉精度、使用壽命等具有很大影響。

SAE標準和JB/T 8880-2010對軸承徑向游隙都進行了明確規定，GJB 269B-2012僅針對特定型號的軸承的徑向游隙進行了規定。SAE標準和JB/T 8880-2010對徑向游隙的規定見表3。

表3 游隙要求

從表3可以看出，SAE標準規定的游隙值要小于JB/T 8880-2010，這可能是由于SAE標準中航空軸承轉速高，為避免軸承在高速轉動時發熱嚴重，增大了軸承的徑向游隙。

2.5 尺寸穩定性

尺寸穩定性反映了軸承耐高低溫沖擊的能力，如軸承在低溫和高溫下尺寸存在較大差異，則軸承游隙等參數在高低溫下沖擊下將發生很大變化，直接影響軸承的旋轉精度和動態性能。

SAE標準規定軸承滾動體和套圈應能承受低溫-62℃、高溫196℃環境的溫度變化。而國內標準中，對軸承的尺寸穩定性未作要求。

2.6 潤滑

良好的潤滑能夠有效減小軸承摩擦和磨損，保證軸承的動態性能。航空電機用軸承工作條件為高速轉動，如軸承填脂量過少則不能充分潤滑，填脂量過多則會增大軸承摩擦，造成軸承發熱嚴重。

SAE標準規定軸承的潤滑要求見表4。

JB/T 8880-2010未對潤滑脂填充作具體要求，GJB 269B-2012針對第3組各規格型號的軸承的填脂重量進行了要求。SAE標準中，除脂潤滑條件外，還規定可采用除去密封圈的油潤滑。因此從表4可以看出，SAE標準規定了潤滑劑的種類和填充要求，其要求相對國內標準較為詳細。

表4 潤滑要求

2.7 徑向基本額定靜載荷

深溝球軸承的徑向基本額定靜載荷是指最大載荷滾動體與滾道中心處產生與下述接觸應力相當的徑向靜載荷。該接觸應力下滾動體與滾道產生的永久變形量約為0.000 1倍的滾動體直徑。

滾動軸承的徑向基本額定靜載荷是其關鍵的技術參數，反映了軸承的靜態承載能力。

GB/T 4662-2012《滾動軸承 額定靜載荷》中給出了各類滾動軸承的基本額定載荷的計算方法，徑向基本額定載荷通過公式（1）計算得到：

式（1）中：:

C0r——徑向基本額定靜載荷，單位為N；

f0——與軸承零件幾何形狀及應力水平相關的系數；

i ——軸承中滾動體的列數；

Z ——單列軸承中的滾動體數，或每列滾動體相同的多列軸承中的每列滾動體數；

Dw——滾動體直徑，單位為mm；

α——軸承公稱接觸角，單位為°。

國內產品標準中軸承的基本額定靜載荷一般由用戶查手冊或通過公式（1）計算得到，不在標準中進行規定，給標準的使用帶來一定不便。

SAE標準中，軸承的徑向基本額定靜載荷在產品標準中列出，AS 17107B、AS 17108B、～AS 17109A產品標準中軸承的基本額定靜載荷如圖2所示。

從圖2可以看出，SAE產品標準中，標準輕系列（AS 17107B）與寬系列（AS 17108B）同規格軸承徑向基本額定靜載荷要求一致，僅尺寸規格范圍不同。薄超輕系列（AS 17109A）軸承徑向基本額定靜載荷較小。

2.8 基本額定動載荷

軸承的基本額定動載荷是指軸承的基本額定壽命恰好為100萬轉時，軸承能夠承受的載荷。基本額定動載荷是與滾動軸承壽命相關的參數。

與基本額定靜載荷類似，基本額定動載荷一般通過計算或查手冊得到，國內一般不在產品標準中進行規定。

SAE標準中，軸承的徑向基本額定動載荷在產品標準中列出，AS 17107B、AS 17108B、AS 17109A中軸承的基本額定動載荷如圖3所示。

從圖3可以看出，與基本額定靜載荷相同，SAE產品標準中，標準輕系列（AS 17107B ）與寬系列（AS 17108B）同規格軸承基本額定動載荷要求一致，僅尺寸規格范圍不同。薄超輕系列（AS 17109A）軸承基本額定動載荷較小。

2.9 極限轉速

極限轉速是指在一定負荷、潤滑條件下允許的最高轉速，與軸承的結構、尺寸、載荷、游隙等諸多參數相關。

SAE標準中對航空電機用深溝球軸承的極限轉速進行了規定，國內標準中未對極限轉速進行要求。

SAE標準分別規定了油潤滑和脂潤滑條件下的極限轉速。油潤滑條件下軸承DN值（以mm為單位的軸承內徑和以rpm為單位的轉速的乘積）應能夠達到300 000，脂潤滑條件下軸承的極限轉速如圖4所示。

從圖4可以看出，SAE軸承薄超輕系列（AS 17109A）極限轉速與寬系列（AS 17108B）基本相當，高于標準輕系列（AS 17107B）。脂潤滑極限轉速要低于油潤滑，其DN值一般在200 000～300 000之間。

3 結論

通過對SAE和國內航空電機用深溝球軸承標準進行分析，可以看出，國內外航空電機用深溝球軸承標準存在一定的差異。

在標準體系方面，國內尚缺乏專門的航空電機用深溝球軸承系列標準。在技術指標方面，國內標準在潤滑、承載能力、額定轉速等方面規定不夠詳細，國外標準對于技術指標的要求較為具體和全面，可為國內標準提供一定的借鑒。

通過對國內外航空電機用深溝球軸承標準的分析，對于確定航空電機用深溝球軸承產品的尺寸、材料、游隙、承載能力等關鍵的技術參數，開展我國航空電機用深溝球軸承標準的編制，建立航空電機用深溝球軸承標準體系具有重要的參考價值。