новости

Подшипники авиационных двигателей

Несущийтип

Скорость вращения шпинделя авиационного двигателя высока, температура горячего конца высока, инесущийНеобходимость восприятия осевой и радиальной нагрузки приводит к тому, что подшипники делятся на две категории: упорные и подвижные: в упорных подшипниках обычно используются трехточечные радиально-упорные шарикоподшипники для восприятия осевой нагрузки и регулирования осевого зазора вращающегося статора; подвижные подшипники воспринимают только радиальные нагрузки, поскольку ротор будет перемещаться в осевом направлении из-за теплового расширения и сжатия.цилиндрические роликовые подшипникиОбычно используются кольца без бортиков на внешнем или внутреннем кольце.

 

В редукторах вспомогательных агрегатов авиационных двигателей обычно используются прямозубые шестерни, подшипники воспринимают только радиальные нагрузки, а тепловое расширение ротора невелико, поэтомуцилиндрические роликовые подшипникииШариковые подшипники с глубоким пазомв основном отобраны.

 

Редуктор передает большую мощность, в некоторых случаях используются косозубые шестерни, а подшипники должны выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки, поэтомуцилиндрические роликовые подшипники, Шариковые подшипники с глубоким пазоми трехочковыйрадиально-упорные шарикоподшипникив основном отобраны.

 

В авиационных двигателях используются трехточечные шарикоподшипники с угловым контактом.цилиндрические роликовые подшипники.

Шарикоподшипники с трехточечным угловым контактом

При работе авиационного двигателя на валу возникают радиальная и осевая нагрузки. Как правило, в точке опоры перед валом устанавливается набор шарикоподшипников, воспринимающих радиальную нагрузку, возникающую в результате суммирования неуравновешенных сил каждого вала и высокоскоростного вращения, а также разницу осевых нагрузок между пневматической силой, создаваемой вентилятором и компрессором в прямом направлении, и пневматической силой, создаваемой турбиной в обратном направлении.

 

При сравнении конструкции шарикоподшипников с глубоким пазом и трехточечных радиально-упорных шарикоподшипников, центр внутреннего кольцевого паза трехточечного радиально-упорного шарикоподшипника снабжен осевым эксцентриситетом Lo, что уменьшает его осевой зазор Ga и величину вращения ротора в осевом направлении, а также облегчает контроль осевого зазора вращающегося ротора двигателя.

 

Трехточечный радиально-упорный шарикоподшипник имеет двойную полукольцевую конструкцию, а его разборная полукольцевая структура позволяет устанавливать больше шариков, значительно увеличивая несущую способность.

 

Сравнивая конструкцию радиально-упорных шарикоподшипников и трехточечных радиально-упорных шарикоподшипников, можно отметить, что радиально-упорные шарикоподшипники способны выдерживать только односторонние осевые нагрузки; если необходимо выдерживать двусторонние осевые нагрузки, требуется их комбинирование, что занимает больше места и увеличивает массу. Двух- и полукруглые внутренние кольца трехточечных радиально-упорных шарикоподшипников позволяют напрямую выдерживать двусторонние осевые нагрузки, что экономит около 50% места и повышает качество по сравнению с двухрядными или групповыми радиально-упорными шарикоподшипниками, а также упрощает установку, что удобно при проектировании двигателей.

 

В трехточечном радиально-упорном шарикоподшипнике сепаратор и шарикоподшипник могут быть отделены от наружного кольца, что позволяет использовать цельный, прочный сепаратор, подходящий для высоких скоростей вращения и обеспечивающий более высокую точность обработки; в то же время такая конструкция упрощает установку и проверку подшипников.

 

Цилиндрические роликовые подшипники

По сравнению с обычными механическими цилиндрическими роликовыми подшипниками, диаметр роликов в цилиндрических роликовых подшипниках авиационных двигателей меньше, и их преимущества заключаются в следующем:

1) Это позволяет снизить сопротивление перемешиванию масла роликом во время работы на высоких скоростях;

2) Сила инерции мала;

3) Достаточное контактное давление может поддерживаться при малой радиальной силе, чтобы избежать проскальзывания роликов;

4) Поскольку наконечник, ролик и сепаратор можно разделить, можно использовать цельный сепаратор, обладающий большей прочностью и стабильностью на высоких скоростях.

 

Цилиндрические роликовые подшипникиВ подшипниках без фланца на внутреннем кольце обычно используется большее внутреннее кольцо, чтобы компенсировать осевое перемещение между внутренним и наружным кольцами, вызванное удлинением из-за теплового расширения между валом и внутренним кольцом подшипника, а также относительное смещение между внутренним и наружным кольцами, вызванное осевой погрешностью сборки ротора во время монтажа. Если монтажное пространство ограничено или имеются особые требования, вместо внутреннего кольца без фланца можно использовать вал или корпус подшипника.

 

Авиационный двигательцилиндрические роликовые подшипникиЧасто приходится сталкиваться с условиями работы, когда радиальная нагрузка мала или отсутствует, а скорость вращения очень высока, в результате чего ролики склонны к проскальзыванию и трению. Для предотвращения проскальзывания часто используются подшипники с некруглыми дорожками качения, обеспечивающие радиальную предварительную нагрузку, и часто применяется распределение нагрузки между двумя типичными подшипниками с некруглыми дорожками качения.

 

Материал подшипника

Рабочая температура подшипника турбины двигателя очень высока, и обычно требуется охлаждать подшипник смазочным маслом объемом в несколько литров в минуту, но при этом рабочая температура подшипника может достигать около 250 °C.

 

Для обеспечения работы в условиях высоких температур в подшипниковых кольцах обычно используется сталь 8Cr4Mo4V (M50) и другие высокотемпературные подшипниковые стали, прошедшие высокотемпературную закалку. Это гарантирует работоспособность подшипника даже при достижении температуры 400 °C после остановки двигателя. Для обеспечения усталостной прочности при качении твердость поверхности подшипникового материала обычно должна быть не менее 60 HRC при комнатной температуре. Вся сталь 8Cr4Mo4V подвергается термообработке, но её ударная вязкость ниже, чем у конструкционного материала, что может привести к растрескиванию наконечника при больших центробежных силах наконечника и окружных напряжениях вала. Поэтому подшипники с показателем dn, превышающим 2,5×10⁶ мм·об/мин, должны быть изготовлены из стали G13Cr4Mo4Ni4V (M50NiL), обладающей лучшей ударной вязкостью.

 

В подшипниках авиационных двигателей сепаратор обычно изготавливается из конструкционной стали, такой как 40CrNiMoA (4030), и для уменьшения износа на этапе запуска сепаратор необходимо покрыть серебром. Материал шариков аналогичен материалу наконечника, и их твердость, как правило, такая же, как у наконечника, а в некоторых случаях может быть на 1-2 HRC выше. Иногда в шариках также используются керамические материалы, такие как нитрид кремния, оксид алюминия и диоксид циркония.