中國精密軸承獲突破轉速提高50% 或已裝備渦扇15航發

中國精密軸承獲突破轉速提高50% 或已裝備渦扇15航發
航空軸承是航空發動機的核NTN軸承心部件之一，具有高溫、高速、載荷大、受力復雜、工作環境苛刻等特點。從理論上說，目前提高航空發動機推力和燃油效率的最直接方法依然是提高渦輪進口溫度和轉子轉速，而提高轉速對航空軸承的極限轉速性能、耐溫能力、潤滑性能和承載能力均提出了更加嚴峻的要求。我國的軸承工業雖經過多年快速發展，目前已成為軸承產量和銷售金額位居世界第3的軸承大國，但是關鍵技術領域還有待加強，特別是航空軸承技術與世界軸承強國相比差距比較明顯，不能滿足我國航空裝備型號迅猛發展和性能大幅提升的要求。據公開資料披露，國外先進航空軸承產品的壽命一般為計算壽命的8倍以上（最高可達30倍以上），可靠性為98%以上，而我國航空軸承的壽命一般為計算壽命的3至5倍，可靠性為96%左右。
例如我國渦輪發動機主軸軸承壽命一般為500至1500小時左右，最大耐溫高度不超過200℃，傳動裝置斷油應急干運轉能力不超過半個小時，而西方發達國家可做到軸承壽命達到3000至6000小時，耐溫值為350℃，干運轉能力超過1個半小時，并且實FAG軸承際性能比上述指標還要好。正是由于我國高端軸承技術不足，致使國內航空軸承、高鐵軸承、機器人軸承等高端軸承領域基本上都是以進口軸承為主，在這些關鍵領域急需提高。因此在國家863計劃、973計劃、國家科技攻關計劃、國家自然科學基金等項目的聯合支持下，我國哈爾濱工業大學、哈爾濱軸承制造有限公司共同開展了Si3N4氮化硅陶瓷混合軸承的研究及產業化應用工作。
混合陶瓷軸承由內外圈軸承鋼+氮化硅陶瓷球+不銹鋼保持器等組合而成，它綜合了金屬和陶瓷兩者性能的優點。據公開資料介紹，在要求高性能的軸承應用領域，氮化硅陶瓷球被認為具有最佳的機械物理綜合性能。在高溫環境下軸承鋼球很容易喪失其硬度和強度，而氮化硅陶瓷球在400℃時可完全保持其原有硬度，只在達到800℃時，其硬度和強度才開始大幅下降。并且即使發生軸承失效，那么也是以類似于軸承鋼球失效的方式即局部剝落方式發生的，而其它類型的陶瓷材料則以災難性的碎裂方式損壞，這種情況在航空軸承領域是絕對不允許的。并且軸承中的陶瓷球具有無油自潤滑屬性，摩擦系數很小，可達到很高的轉速，是一般金屬軸承轉速1.5倍以上，能夠滿足發動機加大推力和提高燃燒效率的需求。
由于陶瓷球可以做到即使潤滑油脂干掉，軸承還是可以正常運行，這樣就避免了普通金屬軸承中因為油脂干掉導致的軸承過早損壞現象，極其適合航空NSK軸承發動機運行時的極端情況。據公開資料披露，推測混合陶瓷軸承或已經在我國新型渦扇15航空發動機及傳動領域得到了初步應用。為了提高我海軍艦艇的遠程有效打擊能力，某潛射/艦射反艦導彈提出了增加射程和速度的設計要求，其彈用渦輪機轉子必須達到120000轉/分鐘以上的額定轉速。在開展項目試驗初期，在采用某國產金屬航空軸承進行發動機運行試驗時，當試驗轉速達到40000轉/分鐘后，軸承很快發熱并引起周圍冒出煙霧。繼續運轉數分鐘后，軸承發出強烈噪聲，隨后抱軸停止，嚴重影響了導彈研制進度，不得不通過特殊渠道采購國外高速航空軸承來滿足導彈渦輪發動機轉子需求。
在后期改用哈工大研制的混合陶瓷軸承后，軸承一次性通過5小時連續運行壽命考核，在試驗過程中，軸承除了有輕微煙霧產生外，均無異常情況。試驗后軸承旋轉靈活，無異常。隨著我國直升機發動機傳動技術的不斷發展，陶瓷滾動體軸承以其優異的性能逐漸被應用于傳動系統高速輸入端、離合器、尾傳動軸和尾減速器槳距操縱桿以及行星輪系等部位，其中主減速器干運轉時間由原來的半個小時提升到一個小時，滿足了裝機使用要求。。隨著中航工業完成對哈爾濱軸承制造有限公司的收購，并大舉投資高性能航空軸承產業，預計在不久的將來，我國自行研制的混合陶瓷軸承將正式承INA軸承擔國家航空航天領域和高端裝備對高性能軸承的配套要求，成為繼瑞典、德國、日本、美國等少數幾家知名軸承公司之后，第五個可以大批量生產航空航天用陶瓷軸承的國家。