Основы проектирования подшипников в опорах двигателя.

В опорах современных двигателей в основном применяются подшипники качения, которые ограничены по надежности и ресурсу. Подшипники роторов работают при значительных нагрузках, при больших угловых скоростях и повышенных температурных режимах. Так радиальныо-осевые силы могут достигать на опорах, фиксирующих ротор от осевых перемещений, очень больших величин. Окружная скорость центров шариков или роликов в подшипниках может достигать 60 – 100 м/сек. Температура их нагрева составляет 200 – 250 ⁰С, а при скорости полета М = 2,5 нагрев шариков или роликов достигает 350 ⁰С и больше. Требуемая наработка подшипников от 500 до 10 тыс. часов и более. В зависимости от назначения самолета. В современных и перспективных двигателях температура газа перед турбиной постоянно увеличивается, увеличивается также и температура воздуха на выходе из компрессора, всвязи с увеличением П*, поэтому особенно актуально стоит вопрос о защите подшипниковых узлов от проникновения к ним теплового потока, передаваемого благодаря теплопроводности, например: от диска турбины на вал турбины и далее к подшипнику или теплоизлучение от диска, деталей КС, соплового аппарата, сопла или ФК. Для уменьшения теплового потока, поступающего от нагретых элементов двигателя, существует ряд конструктивных решений, например: корпус опор, покрывается теплоизоляцией, а для уменьшения теплопроводности от вала, подшипник устанавливается на вал через промежуточную втулку.

В авиационных двигателях применяются подшипники качения, которые несмотря не недостатки (большие радиальные размеры и большая масса) обладают в сравнении с подшипниками скольжения следующие преимуществами:

1. Способность работать на больших частотах вращения.

2. Малые размеры по длине.

3. Значительно меньшие коэффициенты трения, а меньшие трения требуют и меньшее количество масла для охлаждения.

Для роторов авиационных двигателей используются шариковые и роликовые подшипники, средних мелких и сверхмелких серий. Класс точности 4, 5. Для опор компрессора и турбины применяются в основном шариковые и роликовые подшипники с точенными неразъемными сепараторами. Конструкция подшипника представляет собой: внутренний корпус, в который подшипник устанавливается на вал, наружный корпус, между ними в специальных канавках находится тела качения, которые делятся точеными сепараторами по окружности, чтобы исключить трения непосредственно между телами качения. Существуют подшипники различной конструкции. Наиболее распространенные – подшипники с неразъемными корпусами. В авиационных двигателях применяются подшипники, которые имеют разъемный корпус: наружный или внутренний. Разъем позволяет увеличить число шариков, углубить беговые дорожки и использовать неразъемный, более прочный сепаратор. Увеличение числа шариков, уменьшает контактные напряжения в точках контакта, что позволяет воспринимать большую осевую силу по сравнению со стандартными подшипниками. Эти подшипники обладают повышенной грузоподъемностью и применяются при значительной осевой силе фиксирующих опор двигателя.

Подшипники, применяемые в двигателе сделаны таким образом, что конструкция подшипника дает возможность перемещения одного кольца по отношению к другому, при различных удлинениях ротора и корпуса двигателя, когда изменяются тепловой режим их работы. Эти подшипники обладают также меньшим гидравлическим сопротивлением выходу масла из подшипников. Благодаря этому рабочая температура обеспечивается при меньшем количестве подаваемого на охлаждение масла. В некоторых случаях для уменьшения диаметральных размеров и массы подшипника, внутреннее кольцо отсутствует. В этом случае ролики подшипника катаются по цементированной или азотированной поверхности вала. В этом случае поверхность вала выполняется с высокой точностью. Материал колец и тел качения выбирается в зависимости от рабочей температуры подшипника. При температуре 200 – 250 ⁰С, материал ШХ, 250 – 450 ⁰С – жаропрочная сталь ЭИ4З7. При высоких более высоких температурах – жаропрочные и жаростойкие сплавы. Сепараторы, которые работают при температурах ниже 120 ⁰С, изготовляются из термически обработанных алюминиевых сплавов, имеющих плохие антифрикционные свойства. Поэтому для уменьшения трения их трущиеся поверхности покрываются тонким слоем графита.

 

Основы проектирования упруго-дельферных опор. (УДО)

Большинство современных ГТД применяются с УДО. Основным назначение УДО является уменьшение общего уровня вибраций роторов и всего двигателя в целом и устранении опасных резонансных колебаний. С этой целью основные параметры и характеристики опор, коэффициенты жесткости, дельферующая способность, место расположения должны быть согласованы наилучшим образом с динамическими характеристиками роторов в системах двигателя. Такое согласование должно производится современными методами с применением современной вычислительной техники еще в процессе проектирования двигателя, т.к. изменение динамических характеристик уже построенного двигателя очень затруднительно и может потребовать существенной переделки его конструкции. Параметры и характеристики опор зависят от их конструкции, основных размеров, в напряжениях в определенных деталях. В качестве дополнительных требований можно указать следующие:

1. Ограничение больших радиальных деформаций в опорах под действие радиальных статических перегрузок. Это предупреждает возможность задевания лопаток ротора о корпус и задеваний в лабиринтных уплотнениях воздушного тракта и масляных полостей.

2. Обеспечение соосности расположения ротора в корпусе, путем смещения центра опоры на величину статической деформации ее упругих элементов от действия сил веса. При этом не должна нарушаться асимметричность упругих и дельферных характеристик опоры.

3. Обеспечение максимальной дельфирующей способности.

4. Обеспечение стабильности и определенности упруго-дельферных характеристик назначении допусков на изготовление деталей опоры и использование возможностей подбора деталей при сборке.

 

Сейчас широкое применение имеют опоры трех видов:

1. Опоры с кольцевыми упругими элементами

2. Опоры типа «беличье колесо».

3. Опоры гидродинамического типа.