国外航空自润滑关节轴承标准分析.pdf
45Oct.2013工作研究自润滑关节轴承以其结构简单，自润滑，免维护等特点目前在我国航空型号中的应用越来越广泛。其组成及常见的结构形式如图1所示。根据工作频率的高低，自润滑关节轴承又分为低速重载自润滑关节轴承和高速轻载自润滑关节轴承。其中高速轻载自润滑关节轴承一般只在直升机旋翼系统中使用，而低速重载自润滑关节轴承的应用范围相对较广。相对比较完善，尤其以美国SAE的标准体系比较健全，图2所示，包括了产品规范、产品标准、试验方法标准等。其主要产品标准如表1所示。国外航空自润滑关节轴承标准分析杨 昆1 林 晶2（1中航重机股份有限公司，北京 100022；2.中航工业综合技术研究所，北京 100028）摘要 分析了国外航空自润滑关节轴承标准，对标准的构成和主要的技术内容，包括尺寸、材料、粗糙度、表面处理、径向轴向静态承载能力、径向动态承载能力以及无载旋转启动力矩等进行了对比分析，指出了各标准之间存在的共同点和差异。关键词 自润滑；关节轴承；标准 中图分类号 V229+.2 文献标识码 C 文章编号 10036660（2013）05004505 a 外圈带挤压沟槽 b 外圈倒角图1 自润滑关节轴承结构图收修订稿日期 2013-07-04由于我国在该领域的研究起步较晚，与国外相比在技术上还存在着一定的差距，在标准体系的建设方面也有很大的差距，目前为止还没有形成完善的标准体系，尤其是在产品标准方面，还没有形成国内的航空自润滑关节轴承产品标准。本文通过对目前国外主要的航空低速重载自润滑关节轴承产品标准的技术内容进行分析，为编制我国的航空低速自润滑关节轴承产品标准提供一定的借鉴。1 标准体系分析国外的航空低速自润滑关节轴承的标准体系标准号名称AS 81820轴承，滑动，自调心，自润滑，低速摆动AS 14101轴承，关节，自润滑，自调心，低速，窄，外圈倒角，-65F 到325FAS 14102轴承，关节，自润滑，自调心，低速，宽，外圈开槽，-65F到325FAS 14103轴承，关节，自润滑，自调心，低速，宽，外圈倒角，-65F到325FAS 14104轴承，关节，自润滑，自调心，低速，窄，外圈开槽，-65到325AS 81820/1轴承，关节，自调心，自润滑，内孔衬垫，低速，窄，外圈倒角，-65F到325FAS 81820/2轴承，关节，自调心，自润滑，内孔衬垫，低速，宽，外圈开槽，-65F到325FAS 81820/3轴承，关节，自调心，自润滑，内孔衬垫，低速，宽，外圈倒角，-65F到325FAS 81820/4轴承，关节，自调心，自润滑，内孔衬垫，低速，窄，外圈开槽，-65F到325F表1 SAE自润滑关节轴承产品标准细目从SAE的标准体系分析可以看出，目前美国的航空低速重载自润滑关节轴承主要包含一般产品系列，即AS14101AS14104系列，这类产品为常用的航空低速自润滑关节轴承，分为宽系列和窄系列，其中又分外圈倒角和外圈带挤压沟槽的2种结构形式。另一大类为AS81820/1AS81820/4系列，这类产品与AS14101系列产品的主要区别在于其内球孔上也粘结了自润滑衬垫，其它的结构形式基本一致，也分为宽、窄系列和外圈倒角和带挤压沟槽的结构形式。标准介绍46Oct.2013 航空标准化与质量2013年第5期EN的产品标准中，主要包括了一般产品系列、减少启动力矩系列和英制系列。一般产品系列包括EN2584、EN2585和EN3048，这一系列轴承中按照结构的不同分为宽系列和窄系列以及轻系列，这些结构系列的设置主要为满足不同的使用需求，在同样的内径时，宽系列的结构尺寸最大，承载能力也相对较大，窄系列的相对较小，轻系列的最小，在这些结构形式中还可分为外圈倒角和带挤压沟槽的结构形式。减少启动力矩系包括EN4037EN4040系列产品，这一系列产品中，与EN2584系列的主要区别为其旋转启动力矩降低，同时增加了内圈加宽的系列轴承EN4040。英制系列的包括EN4613、EN4614和EN6096，EN46134614与公制的EN25842585相对应，EN6096为内圈加宽的产品系列。从标准组成看，SAE和EN的产品组成各有特点。其中SAE中包含了一类内圈带自润滑衬垫的产品，而EN中没有。但EN产品类别较多，除了一般系列外，还包括了减少启动力矩系列，而且有轻系列的产品以及内圈加宽系列的产品，这些产品在SAE中没有包括。2 标准技术内容分析目前国内外较常使用的航空低速重载自润滑关节轴承产品为AS14101AS14104系列，EN2584EN2585以及EN4037EN4039系列的产品，下面针对这些常用的产品系列，对其标准的主要的技术内容进行进一步的对比分析。2.1 尺寸系列从标准中可以看出，SAE系列产品的产品规格包含内径为0.19 in到1 in共11个规格，相当于公制的内径5 mm25 mm，EN的产品系列中包含5 mm50 mm共14个规格。从产品规格看，EN标准的产品系列多，尺寸范围广，最大可到50 mm。2.2 材料SAE和EN产品标准中材料及硬度的要求见表3。从对比可以看出，SAE和EN对于材料和硬度的SAE低速重载自润滑关节轴承通用规范 AS 14101 AS 81820 产品标准试验方法标准ARP 5448ARP 5448/1-ARP 5448/9AS 14102AS 14103AS 14104 AS 81820/1AS 81820/2AS 81820/3AS 81820/4 一般产品系列内球孔带自润滑衬垫系列图2 SAE自润滑关节轴承标准体系框图欧洲的航空低速重载自润滑关节轴承的标准体系也相对较为完善，包括了产品规范和系列产品标准等，如图3所示。其主要产品标准如表2所示。标准号名称EN2755航空航天系列-轴承-耐蚀钢关节轴承带自润滑衬垫-常温高载荷 EN2584航空航天系列-轴承-耐蚀钢关节轴承带自润滑衬垫-窄系列-常温高载荷-尺寸和载荷 EN2585航空航天系列-轴承-耐蚀钢关节轴承带自润滑衬垫-宽系列-常温高载荷-尺寸和载荷 EN3048航空航天系列-轴承-耐蚀钢关节轴承带自润滑衬垫-轻系列-常温高载荷-尺寸和载荷EN4037航空航天系列-轴承-耐蚀钢关节轴承带自润滑衬垫小启动力矩-轻系列-常温高载荷-尺寸和载荷 EN4038航空航天系列-轴承-耐蚀钢关节轴承带自润滑衬垫小启动力矩-通用窄系列-常温高载荷-尺寸和载荷EN4039航空航天系列-轴承-耐蚀钢关节轴承带自润滑衬垫小启动力矩-通用宽系列-常温高载荷-尺寸和载荷EN4040航空航天系列-轴承-耐蚀钢关节轴承带自润滑衬垫宽内圈-常温高载荷-尺寸和载荷表2 EN自润滑关节轴承产品标准细目图3 EN自润滑关节轴承标准体系框图 EN 2755EN 2584EN 2585EN 3048EN 4037EN 4038EN 4039EN 4040EN 4613EN 6096EN低速重载自润滑关节轴承通用规范 产品标准EN 4614一般产品系列减少启动力矩系列英制系列表3 材料及硬度要求部位SAE标准EN标准内球材料硬度材料硬度440CHRC 55-62FE-PM43（440C）HRC 5562PH13-8Mo最小HRC 43外圈17-4PH挤压前HRC 28-37FEM-PM3801（17-4PH）挤压前HRC 283747Oct.2013工作研究自润滑关节轴承外圈的表面处理主要是针对轴承有防腐蚀性能要求时，内球的表面处理除了考虑防腐蚀性能要求外，还需要考虑其摩擦学性能，因为内球是摩擦副的一部分。从对比中可以看出，SAE和EN标准在轴承的表面处理方法存在着一定的差异。在外圈的表面处理方面，SAE规定了镀铬和镀锌镍，其中镀镉有耐腐蚀性好、氢脆性小、润滑性好、附着力强等特点，但由于镉属于重金属，对环境有污染，因此在一些国家禁止使用。镀锌镍在防腐蚀等方面的性能与镀镉的性能相近，同时环境污染较小，因此可以替代镀镉。EN标准中规定有要求时进行镀铬处理。镀铬的工艺较为成熟，是一种常用的表面处理方法，其镀层硬度高，耐磨性好，同时也有一定的耐腐蚀性能。内球的表面处理中，考虑到耐腐蚀和摩擦学性能的要求，SAE规定了表面钝化和镀铬，表面钝化是不锈钢常用的一种表面处理方法，具有一定的耐腐蚀性能。镀铬对摩擦磨损性能也有一定的改善。EN标准中，内球的表面处理只规定了镀铬。2.5 径向静态承载能力自润滑关节轴承的静态承载能力是其关键的技术参数，包括径向和轴向极限载荷要求。轴承一般按照单位面积上的承载能力来设计的，承载面积为径向的投影面积。单位面积的径向静载荷的计算如式（1）所示，Pr=CrDh （1）式中:Pr单位面积的径向静载荷，MPa；Cr额定径向静载荷，N；D内球的直径，mm；h最小衬垫厚度，即外圈宽度减去衬垫缩进的距离，mm。按照式（1）计算了几个系列轴承的单位面积径向静载荷，结果如图4所示。要求基本一致。SAE中内球材料增加了PH13-8Mo,这种材料的抗冲击性能较好，可以在一些承受冲击载荷的部位选用。2.3 粗糙度SAE和EN产品标准中粗糙度的相关要求见表4。部位SAE标准EN标准内球外表面Ra0.2Ra0.2内球侧面Ra0.8Ra0.8内球孔Ra0.8Ra0.8外圈外表面Ra0.8Ra0.8其它Ra3.2Ra3.2表4 粗糙度要求从对比可以看出，SAE和EN标准对轴承的表面粗糙度的要求基本一致。其中内球外表面是摩擦副表面，因此粗糙度要求较高。内球孔、内球侧面以及外圈外表面属于安装配合表面，因此也有较高的要求。2.4 表面处理SAE和EN产品标准中表面处理的相关要求见表5。部位SAE标准EN标准外圈镀锌镍或镀镉（有要求时）镀铬（有要求时）内球钝化或镀铬（有要求时）镀铬（有要求时）表5 表面处理要求图4 单位面积径向静载荷对比从图4中可以看出，SAE和EN的产品标准中，轴承的单位径向载荷水平基本一致。尤其是规格8 mm以上的产品，非常接近，都在450 MPa左右。AS14102的0.19 in和0.25 in 2个小规格的轴承载荷水平相对较低，只有268MPa。2.6 轴向静态承载能力按照上述的方法分析了单位面积的轴向载荷，单位面积的轴向静载荷的计算如式（2）所示：Pa=Caph24 （2）标准介绍48Oct.2013 航空标准化与质量2013年第5期积径向动载荷水平基本一致。在规格8 mm22 mm时，载荷水平较高，在270 MPa左右，25 mm50 mm时的动载荷水平在230 MPa左右，有所降低。AS14101的规格为0.19 in的轴承载荷水平较低，只有160 MPa。由于额定动载荷是自润滑关节轴承的重要技术指标，是轴承研制和使用中主要关注的参数之一。从SAE和EN产品的分析结果可以看出，两者在技术水平上基本一致。2.8 无载旋转启动力矩无载旋转启动力矩是自润滑关节轴承的一项重要参数，用于评价轴承的灵活性，表6和表7为SAE和EN主要系列轴承的无载旋转启动力矩。从表中的数据可以看出，SAE和EN产品在无载式中:Pa单位面积的轴向静载荷，MPa；Ca额定轴向静载荷，N；h最小衬垫厚度，mm。各系列轴承的单位面积轴向静载荷如图5所示。图5 单位面积轴向静载荷对比从图5中可以看出，SAE和EN的产品标准中，轴承单位面积轴向载荷水平基本一致。都在200 MPa左右。AS14101的0.19 in小规格的轴承载荷水平相对较低，只有50 MPa。2.7 径向动态承载能力单位面积的径向动载荷计算公式如式（3）所示：Pd=CdDh （3）式中:Pd单位面积的径向动载荷，MPa；Cd额定径向静载荷，N；D内球的直径，mm；h最小衬垫厚度，mm。各系列轴承的单位面积径向动载荷如图6所示。从图6中可以看出，SAE和EN产品的单位面图6 单位面积径向动载荷表7 EN标准无载旋转启动力矩要求规格无载旋转启动力矩英制(in)公制(mm)英制(inlb)公制(Nm)0.194.8260.255.00.0280.560.256.3500.255.00.0280.560.31257.9380.258.00.0280.900.37509.5250.258.00.0280.900.437511.1120.258.00.0280.900.50012.7000.258.00.0280.900.625015.8750.258.00.0280.900.750019.0500.258.00.0280.900.875022.2250.2512.00.0281.361.00025.4000.2512.00.0281.36表6 SAE标准无载旋转启动力矩要求规格(mm)一般系列（EN25842585,EN3048）减少启动力矩系列（EN40374040）50.080.500.0050.06060.080.500.0050.06080.080.500.0050.060100.120.800.0080.100120.120.800.0080.100150.120.800.0080.100170.120.800.0080.100220.251.000.0150.250250.251.000.0150.250300.402.000.0200.400350.402.000.0200.400400.602.700.3000.600450.602.700.3000.600500.62.70.3000.60049Oct.2013工作研究旋转启动力矩方面的要求存在着一定的差异。SAE的产品系列与EN2584的产品系列相近规格轴承的无载旋转启动力矩要求相近，力矩的上限要求基本一致，但下限要求SAE相对较小，因此其力矩的范围要求相对较宽。EN中的减少启动力矩系列的无载启动力矩比较小，其力矩的上下限要求都明显小于一般产品的要求。3 结论通过对SAE和EN 航空低速重载自润滑关节轴承产品标准的分析可以看出，两者的技术体系和（编辑：劳边）k图一起发放实施。PDM系统及数据协同平台、网络的实施，为数据电子发放奠定基础。近几年来，文件、图样及其更改普遍实现了电子发放。5.1 对PDM系统中文件、图样更改管理时，反映出如下问题。5.1.1 归档更改如何及时电子发放？5.1.2 更改发放信息如何记录、反馈？5.1.3 更改发放后无法执行如何处理？5.1.4 如何确保更改后现场得到有效版本？5.2 在PDM系统应用过程中，提出如下解决措施5.2.1 制定相关制度，除特殊规定外，每周确定几个时间点定时发放归档的更改数据；零组件均更改，系统检测零件归档后，零组件同时发放。5.2.2 对PDM系统中的数据，首次发放数据时由档案部门建立发放数据库，后期的更改数据发放时，继承原发放单位发放信息避免遗漏，有增发时需通过“增发流程”补充发放数据库的相关信息；对发放的电子数据，从PDM系统导出发放数据清单形成“发放数据表”，发放数据与发放表同时发放，并要求对方反馈接收情况以确保发放完成，必要时还需反馈更改单执行情况，确保更改发放或实施受控。5.2.3 更改发放后，如发现更改单内容与更改前后版本内容有差异时，应按规定及时召回发放电子文件，修改完善PDM系统数据后再次进行发放。5.2.4 发放的更改单中应说明版本替换以明确其有k（编辑：雨晴）产品的技术水平基本一致。EN的产品规格相对较多，涵盖了内径5mm50mm的系列产品。且具有一般启动力矩和低启动力矩2个系列的产品，更好地满足了使用的需求。从对轴承的承载能力水平的分析可以看出，SAE和EN 自润滑关节轴承产品的技术水平一致，没有很大的差别。通过对国外自润滑关节轴承产品标准的分析，对于开展我国航空自润滑关节轴承产品标准的编制，确定产品的尺寸结构、材料、热表处理、机械性能等关键的技术参数具有重要的参考价值。（上接第30页）效版本；及时发放更改单及新修订版，接收单位应及时发放并对非最新有效版进行明确标识，确保现场使用有效版本。通过PDM系统中近几年电子文件的发放，厂所间已建立顺畅的发放渠道，提高了数据发放的效率，生产现场可及时采纳有效版本。6 总结PDM系统在本单位实施，有效地记录了过程数据文件，方便了更改过程数据的查询和追溯。在文件和图样更改过程中，反映出与上级标准不协调问题，已形成相关制度，经过验证解决措施或方法可行。随着MBD技术应用、产品技术状态管理软件等进一步推进，PDM系统更改控制还会出现新的问题。在数字化设计过程中，软件已成为不可缺的工具和手段，制度需适应形式不断完善，而GJB 9001B-2009的“文件控制要求”是软件实现和制度完善的基本依据，最终的解决措施必将确保电子文件版本的有效受控。标准介绍国外航空自润滑关节轴承标准分析国外航空自润滑关节轴承标准分析作者：杨昆，林晶作者单位：杨昆(中航重机股份有限公司,北京,100022)，林晶(中航工业综合技术研究所,北京,100028)刊名：航空标准化与质量 英文刊名：Aeronautic Standardization&Quality 年，卷(期)：2013(5)本文链接：http:/
