Основы проектирования подшипников опоры двигателя

В опорах современных двигателей в основном применяются подшипники качения, которые ограниченны по надежности и ресурсу. Подшипники роторов двигателя работают при значительных нагрузках, больших угловых скоростях и повышенных температурных режимах. Например: радиальные осевые силы могут достигать на опорах, фиксирующих ротор, очень больших величин. Окружная скорость центров тел качения подшипников может достигать 100 м/с и более, температура их нагрева составляет 200-250 C⁰ , если m=2.5 то нагрев тел качения достигает 350 C⁰ и более. Требуемая наработка подшипников, которые устанавливаются на двигатель от 500 до 10000 часов, в зависимости от назначения самолета. В современных и перспективных двигателях температура газа перед турбиной постоянно увеличивается, увеличивается так же температура воздуха на выходе из компрессора, т.к. степень повышения давления современных компрессоров постоянно увеличивается. В связи с этим необходимо предусмотреть эффективную защиту подшипниковых узлов от проникновения к ним теплового потока, передаваемого при помощи теплопроводности, например: от диска турбины тепло передается на вал турбины и далее подшипнику и т.д. для уменьшения теплового потока, выступающего от нагретых элементов двигателя, применяется ряд конструктивных решений. Например: корпус опор покрывается теплоизоляцией, а для уменьшения кол-ва теплоты, проникающего от вала двигателя, подшипник устанавливается на вал через промежуточную втулку. Подшипники качения, которые применяются на двигателях имеют по сравнению с подшипниками скольжения следующие преимущества:

1. Способность работать на больших частотах вращения

2. Малые размеры по длине

3. Значительно меньшие коэффициенты трения, чем при трении скольжения, т.е. при трении выделяется меньшее кол-во теплоты, поэтому требуется меньшее кол-во масла для торможении

Для роторов АД используются шариковые и роликовые подшипники средник, легких и сверх легких серий (класс точности 4.5). для опор компрессоров и турбин применяются в основном шариковые и роликовые подшипники для опор компрессора и т применяются с точенным сепаратором. Точеный неразъемный сепаратор предназначен для исключения трения, непосредственно, между телами качения и для равномерного распределения тел качения по окружности. В двигателях применяются в основном подшипники, которые имеют разъемный наружный корпус или внутренний корпус. Разъем позволяет увеличить число тел качения, углубить беговые дорожки и использовать более прочный сепаратор. Увеличение числа шариков или роликов уменьшает контактное напряжение в точках контакта, что позволяет воспринимать большую нагрузку, такие подшипники обладают повышенной грузоподъемностью и применяются при значительных осевых усилиях, действующие на опоры двигателя, существуют различные модификации подшипников, которые позволяют облегчить сборку и разборку, например на наружном кольце делается буртик, позволяющий прижимать корпус подшипника. Для облегчения съема подшипника с вала внутреннее кольцо выполняется следующей конструкции:

Подшипники, применяемые в АД, выполняются таким образом, что конструкция подшипника должна позволять перемещать одно кольцо по отношению к другому, т.к. при нагреве деталей двигателя происходит различное удлинение ротора и корпуса двигателя. Кроме этого, данные подшипники должны обладать меньшим гидравлическим сопротивлением выходу масла из подшипников, это необходимо для уменьшения количества масла, подаваемого для охлаждения. Во многих случаях для уменьшения диаметральных размеров и массы подшипника внутренне кольцо отсутствует, в этом случае ролики подшипника устанавливаются на цементированной или азотированной поверхности вала, а поверхность вала выполняется с высокой точностью.