发动机和你一样，享受运动都离不开“关节”

气候转暖，正是舒筋活骨的好时节，大家开始纷纷走出户外，骑行，爬山，郊游……但是享受运动更要“安全第一”，尤其要护好关节等重要部位。因为人体关节发挥了支承、杠杆、缓冲等多重作用。几乎可以说，没有关节，人就无法运动。
 

 

对于机械系统的“运动”而言，“关节”一样不可或缺，而人们习惯性地把“轴承”比作机械系统的“关节”。轴承就是给各种轴类结构（如转轴、传动轴等）起支承作用的部件的总称。 

▲古人利用圆木滚动运石料

古时候没有大型动力设备，人们为了移动大型石料（比如长城、金字塔上的巨石），通常在其底部放置若干圆木，推动石料，利用圆木的滚动实现石料的前移。这与现代滚动轴承的设计初衷是一致的——轴承是把具有相对转动，或者允许有相对转动的两个部件之间联系在一起，以高效、平稳的实现支承作用。

早在欧洲文艺复兴时期，达芬奇就在绘制的手稿中展示过他所构想的轴承，与航空发动机的轴承结构非常接近。

 

 

▲达芬奇绘制的轴承手稿与现代航空发动机轴承

 

 

轴承虽是零部件，但它的精度、性能、寿命和可靠性对航空发动机的精度、性能和可靠性起着决定性的作用。 

 

现代工业中，较为常见的轴承类型有滚动轴承、油膜轴承、电磁轴承、气浮轴承等。综合考虑传动效率、结构可靠性、振动、润滑等方面的要求，航空发动机采用的轴承主要是滚动轴承，集中应用在两个主要部位——传动系统和转子系统。

▲商用航空发动机的主轴承位置

 

转子系统轴承支承着整个航空发动机最核心的系统，通常称作主轴承。先进航空发动机技术的发展要求动力传输系统要经得住高温、高速以及激烈的状态变化，这对发挥支承作用的主轴承提出了苛刻要求——发动机主轴承必须要有高ＤＮ值（轴承内径与转速的乘积大于３×10⁶mm·r/min），工作温度达300℃ 以上，未来甚至要求重载工况承受的推力载荷大于45000Ｎ。

如果把航空发动机转子系统比作一位芭蕾舞者，那么主轴承就是她的足尖，优雅的旋转、绝佳的平衡莫不与其息息相关。主轴承一旦失效，轻则导致系统精度降低、振动加剧和稳定性变差，重则可能导致轴承咬死使发动机受损。目前，一些先进航空发动机主轴承的寿命能达到１万小时以上。

 

正如精湛的舞姿需要付出超常的努力，主轴承也需要经过千锤百炼，要克服材料选择、结构设计、润滑设计、可靠性设计等诸多难题，才能保证其绝佳性能。 

 

▲双半内圈角接触球轴承

根据滚动体的形状，航空发动机主轴承又可以分为圆柱滚子轴承和角接触球轴承。主轴承的外圈通常都会加工出一些特殊的结构，这样处理既可以减重，又便于与发动机其他部件进行配装。

 

轴承的内环通常做成分半式的，如角接触球轴承的内圈就是分成两半的。这种设计不仅仅是为了便于装配，更重要的是使轴承在承受机动载荷时仍能实现平稳可靠的支承作用。 

总之，轴承不仅仅只是表面上看起来几个组件装配而成的结构，这个小部件有一个大世界，它涉及材料、工艺、运动学、动力学、摩擦学、传热学、流体力学等诸多方面，而这些通常看不到的技术细节都是决定轴承性能的关键。