Метрология / Том 1. Общие сведения. Основные параметры и требования. Конструктивные и силовые схемы / 4-4-Opory_rotorov_GTD

турбины, задняя опора 6. Наружный корпус и в- нутренний корпус камеры сгорания жестко соединены между собой стойками (штырями) 7. К силовой схеме газогенератора через разделительный корпус жестко присоединены силовые элементы наружного контура – опора 8 шарикоподшипника ротора низкого давления, наружный корпус 9 вентилятора, наружный корпус 10.

В двигателе применены трехопорная схема ротора ВД и трехопорная схема ротора НД. Опоры 11, 12, 13 – опоры ротора НД, причем опора 11 служит для восприятия осевого усилия и передачи его на корпус газогенератора. Опоры 14, 15, 16 – опоры ротора ВД, причем опора 15 служит для восприятия осевого усилия и передачи его на корпус газогенератора. В опорах 11 и 15 установлены радиально-упорные шарикоподшипники, в остальных опорах – роликовые подшипники.

Крепление двигателя ПС-90А к пилону самолета, передача силы тяги к силовым элементам пилона осуществлены деталями системы подвески (более подробно см. раздел 4.5).

4.4 – Опоры роторов ГТД

Опоры ГТД служат для передачи усилия от вращающихся роторов к корпусам. Опоры воспринимают значительные статические и динамические усилия от валов двигателя. Они должны обеспечи- вать достаточную жесткость силовой схемы дви-

гателя и необходимое центрирование валов во всем диапазоне реализуемых нагрузок.

В настоящее время получили распространение следующие типы опор:

-опоры жесткого типа, воспринимающие усилия во всех направлениях;

-упруго-демпферные опоры, устанавливаемые преимущественно на радиальные подшипники;

-опоры межроторного типа.

Êпреимуществам опор первого типа можно отнести достаточно простую конструкцию, возможность передачи значительных осевых и радиальных усилий. Недостатком жестких опор является их большая чувствительность к температурному градиенту, что приводит к значительному изменению посадки наружных колец подшипников. К опорам жесткого типа предъявляются высокие требования по точности механической обработки посадочных мест под подшипники.

Êпреимуществам опор второго типа можно отнести возможность самоустановки опоры в процессе работы, меньшую массу, чем у опор первого типа, возможность некоторого демпфирования передаваемых усилий, меньшую чувствительность

êтемпературным градиентам. Недостатки опор данного типа — относительная сложность конструкции, ограничение использования из-за гибкости. Проявление динамических явлений в таких опорах требует их доводки в процессе разработки.

Опоры межроторного типа не нуждаются в прямой связи с корпусами двигателя. Они передают нагрузку на силовые корпуса через тот ро-

тор, на который опираются. Опоры этого типа наиболее компактны, но требуют серьезной конструктивной проработки и доводки. Они имеют самую сложную систему подачи и отвода масла к подшипнику — детали систем подвода и отвода масла размещаются во вращающихся валах.

4.4.1 — Конструктивные элементы опор ГТД

Конструкции опор ГТД весьма разнообразны. Они учитывают индивидуальные особенности конкретного двигателя и практически не повторяются в различных разработках. Однако, при всем конструктивном разнообразии в конструкции опор всегда можно выделить группы элементов (или деталей), имеющих единое функциональное назна- чение.

В общем случае в своем составе опора ГТД (см. Рис. 4.18) обязательно содержит основные элементы – статорную и роторную части и подшипник. Статорная (корпусная) часть 1 опоры – передает усилия от неподвижного кольца подшипника на корпуса двигателя. Роторная часть 2 опоры – передает усилия от ротора двигателя на подвижное кольцо подшипника. Подшипник 3 опоры – сопрягает подвижный ротор и неподвижный корпус, передает усилия от роторной к статорной части

Рисунок 4.18 – Опора ГТД 1 – статорная часть опоры;

2 – роторная часть опоры;

3 – подшипник; 4 – фланец;

5 – опорная гайка

опоры. Все эти элементы опоры являются силовыми, они обеспечивают передачу усилий от ротора на статорную часть двигателя.

Кроме силовых элементов в состав опоры могут входить отдельные элементы систем обеспече- ния работоспособности подшипника, а именно:

-детали уплотнений масляной полости;

-детали системы смазки подшипника;

-детали наддува уплотнений масляной полости;

-детали системы охлаждения опоры. Деталями и узлами двигателя вокруг каждой

опоры создается замкнутое пространство, в котором организована подача масла на подшипники и откачка масла. Это замкнутое пространство называется масляной полостью опоры. Нередко конструкция двигателя предусматривает одну масляную полость для нескольких опор.

4.4.2 — Статорная часть опоры

Основное назначение статорной части опоры – установка неподвижного кольца подшипника и восприятие усилий от этого кольца для передачи на корпуса двигателя. На статорной части опоры расположено посадочное место неподвижного кольца подшипника. К точности его выполнения предъявляются специальные требования по ОСТ1 00323-79 [4.2].

При проектировании статорной части опоры необходимо учитывать, что жесткость опоры непосредственно влияет на величину допустимых зазоров по торцам лопаток компрессора и турбины, а следовательно - на к.п.д. этих узлов. Можно выделить две основные группы опор, в конструкции которых реализуются различные требования по жесткости. Первая группа – жесткие опоры. Вторая группа – опоры с упругими элементами, размещенными под неподвижным кольцом подшипника.

Жесткие опоры подшипника, входящие в статор двигателя, могут быть выполнены двумя различными способами. Они могут быть одним целым с корпусом узла двигателя, в котором размещена опора. При этом цельный корпус узла может быть литой, штампованной или сварной конструкции (примеры таких конструкций приведены на Рис. 4.34, 4.37).

По второму способу опоры могут иметь самостоятельный корпус с одним или более фланцевыми соединениями с любым корпусом статора двигателя (см. Рис. 4.40, 4.43).

Когда жесткая опора выполнена заодно с корпусом двигателя, в этот корпус нередко запрессо-

Рисунок 4.19 – Применение запрессованной гильзы в корпусе опоры ГТД 1 – подшипник; 2 – корпус узла двигателя; 3 - гильза

вывается стальная гильза, в которую и устанавливается неподвижное кольцо подшипника (см. Рис. 4.19).

Если корпус имеет в радиальном направлении большой градиент температуры, то для сохранения посадки гильзы в корпусе опоры может использоваться упругий элемент между холодной частью корпуса, омывающейся маслом, и наружной горячей частью корпуса.

При необходимости отстройки от резонансов изгибных колебаний ротора или для компенсации несоосности опор при многоопорных схемах роторов ГТД в непосредственной близости от неподвижного кольца подшипника могут размещаться упругие, демпферные (сухие или масляные) или упруго-демпферные элементы. Более подробно описание конструкции и работы упруго-демпфер- ных элементов приведено в разделе 4.5.7. Разнообразные конструктивные варианты таких опор представлены в разделе 4.4.7.1.

Следует напомнить, что реализация демпфирования требует увеличения радиальных зазоров по лопаткам компрессора и турбины, а это всегда нежелательно с точки зрения к.п.д. этих узлов.

Иногда с целью минимизации диаметральных размеров опоры беговая дорожка для тел качения подшипника организуется непосредственно на поверхности корпуса опоры (см. Рис. 4.43), т.е. применяются специальные так называемые интегральные подшипники.

4.4.3 — Роторная часть опоры

Основное назначение роторной части опоры

– установка подвижного кольца подшипника и передача усилия от вала ротора на это подвижное кольцо. На роторной части опоры расположено посадочное место подвижного внутреннего кольца подшипника. К точности выполнения посадоч- ного места предъявляются специальные требования по ОСТ1 00323-79 [4.2].

Кроме этого на роторной части опоры могут быть расположены детали подвода масла, если подача смазки организована через внутреннее кольцо подшипника. Конструктивное исполнение подобных решений представлено на Рис. 4.33, 4.43.

При установке подвижного кольца подшипника с помощью пакета деталей, одна из которых имеет резьбовое крепление к валу ротора, необходимо обеспечить высокую точность опорных торцев деталей пакета (минимальное биение) и стабильность этого биения в процессе эксплуатации.

В некоторых случаях для обеспечения ремонтопригодности вала под внутреннее кольцо подшипника запрессовывается стальная втулка (см.Рис. 4.33).

Для уменьшения размеров опоры так же, как и для статорной части применяются интегральные подшипники - вместо беговой дорожки подвижного кольца организуется беговая дорожка на поверхности вала или специальной втулки, размещенной на валу. Примеры таких конструкций приведены на Рис. 4.35, 4.44.

4.4.4 – Подшипники

Подшипники являются наиболее ответственными элементами опор ГТД - именно в них происходит непосредственный силовой контакт между ротором и статором двигателя. Подшипники ГТД должны обеспечивать безотказную работу в тече- ние требуемого ресурса при заданных уровнях скоростей и нагрузок. Поэтому для них необходимо обеспечить определенные условия смазки, охлаждения, а также защиты от внешних неблагоприятных воздействий (тепловых потоков, твердых частиц загрязнений и т.д.). Для осуществления этих функций предназначены механические компоненты, образующие масляную и внешние воздушные полости опор, система смазки, а также система наддува уплотнений и охлаждения опор.

4.4.4.1 – Типы подшипников ГТД и их обозначения

В современных ГТД, в основном, применяются подшипники качения, обладающие по сравнению с подшипниками скольжения рядом преимуществ: меньшим коэффициентом трения, большей устойчивостью к попаданию загрязнений и работе с перекосом, меньшими размерами по длине, меньшей потребностью в смазке, возможностью работы в широком диапазоне частот вращения.

Рисунок 4.20 – Типы подшипников ГТД а) шариковый подшипник – вос-

принимает все виды нагрузок; б) роликовый подшипник – воспри-

нимает только радиальные нагрузки

Рисунок 4.21 – Условное обозначение подшипника

Подшипники скольжения в ГТД применяются в конструкции отдельных элементов двигателя и агрегатов воздушной и масляной систем - в тех местах, где требуется конструктивно обеспечить минимальные радиальные размеры в зонах пар трения (поворотные лопатки компрессора, шестеренчатые насосы маслосистемы, заслонки воздушных систем и т.д.).

Подшипники качения классифицируют по следующим признакам:

1)по направлению воспринимаемой нагрузки относительно оси вала - радиальные, радиаль- но-упорные, упорные;

2)по форме тел качения - шариковые, роли-

ковые.

В опорах роторов ГТД применяются, как правило, однорядные шариковые и роликовые подшипники с сепараторами. Наличие сепаратора позволяет распределить тела качения (шарики, ролики) равномерно по окружности. При этом исключается их взаимное задевание (трение) и обеспечивается стабильный процесс распределения нагрузки.

Соотношение габаритных размеров подшипников качения определяет их серию: сверхлегкую, особо легкую, легкую, легкую широкую, среднюю, среднюю широкую и тяжелую.

В ГТД применяются преимущественно подшипники сверхлегкой, особо легкой, легкой и средней серий.

Для российских подшипников качения характеристика типа и исполнения, точности изготовления, его конструктивных особенностей заложена в условном обозначении, узаконенном государственным стандартом ГОСТ 3189-89[4.3].

Условное обозначение подшипника состоит из основного и вспомогательного(см. Рис. 4.21). Основное обозначение – цифровое, максимальное количество цифр – семь.

Порядковый номер цифр в основном обозна- чении считают справа налево.

*1 - внутренний диаметр подшипника. Число из первых двух цифр от 04 до 99 умно-

женное на 5 даст внутренний диаметр подшипника. Числа менее 04 обозначают внутренние диаметры: 00 - 10 мм, 01 - 12 мм, 02 - 15 мм, 03 - 17 мм.

*2 - серия подшипников по наружному диаметру:

9 и 8 – сверхлегкая,

1 и 7 – особолегкая,

2 – легкая,

5 – легкая широкая,

3 – средняя,

6 – средняя широкая,

4 – тяжелая,

5 – особо тяжелая (только для упорных подшипников).

*3 - тип подшипника (форма тел качения

èнаправление воспринимаемой нагрузки): 0 – шариковый радиальный однорядный,

1 – шариковый радиальный сферический двухрядный, 2 – роликовый радиальный с короткими цилинд-

рическими роликами, 3 – шариковый радиальный сферический двухрядный,

4 – роликовый радиальный с длинными цилиндрическими роликами или иглами, 5 – роликовый радиальный с витыми роликами,

6 – шариковый радиально-упорный,

7 – роликовый конический,

8 – шариковый упорный,

9 – роликовый упорный.

*4 - условное обозначение конструктивной разновидности подшипника.

*5 - условное обозначение серии по ширине

èвысоте подшипника.

*6 - условное обозначение материала деталей подшипника (например *8, *9 и т.д.).

*7 - условное обозначение специальных технических требований (например *10 и т.д.).

*8 - Р (Р1, Р2...) – детали подшипников из теплостойких сталей.

*9 - Л (Л1, Л2...) – сепаратор из латуни.

*10 - У (У1, У2...) – дополнительные технические требования к шероховатостям поверхности деталей, к радиальному зазору и осевой «игре», к покрытию.

Пример расшифровки обозначений подшипника. Подшипник 6-80202Т2С15 – шариковый радиальный однорядный с двумя защитными шайбами, изготовлен из стали ШХ-15 с габаритными размерами по ГОСТ 7242-70 [4.4], по 6 классу точ- ности, с радиальным зазором по основному ряду, с температурой отпуска 250°С (Т2), заполнен пластичной смазкой ВНИИ НП-207 (С15), 02 – внутренний диаметр подшипника, равный 15 мм; 2 – серия наружного диаметра - легкая;

0 – тип подшипника - радиальный шариковый;

08 – конструктивная разновидность - с двумя защитными шайбами; 0 – серия ширины: нормальная.

Дополнительно заводы-изготовители авиационных подшипников указывают индивидуальный номер подшипника и номер партии – год и месяц изготовления подшипника.

Перед постановкой в изделие заводы-изгото- вители авиационных двигателей маркируют подшипники: указывается место установки и номер двигателя (номер комплекта).

4.4.4.2 – Материалы подшипников

Кольца и тела качения подшипников работают при значительных сосредоточенных нагрузках, вызывающих высокие контактные напряжения, в условиях многоциклового воздействия. Одновременно рабочие поверхности этих деталей подвергаются истиранию вследствие проскальзывания, сопровождающего процесс вращения подшипника.

Контактные напряжения в рабочих зонах могут достигать весьма больших значений (порядка 4000 МПа).

В связи с этим к подшипниковым материалам предъявляется ряд специфических требований, основное из которых наличие высокой твердости. Твердость колец и тел качения подшипников, как правило, должна быть не менее 59 HRC. В ряде случаев для специфических условий применения, когда нагрузки на подшипники малы, допускается использование материалов, имеющих твердость в пределах 45…50 HRC. Кроме этого, подшипниковые материалы должны обладать высокими прочностными характеристиками, сопротивлением износу, удовлетворительными усталостными свойствами, вязкостью (сопротивлением хрупкому разрушению). Для определенной группы подшипников необходимо, чтобы материалы могли

противостоять воздействию повышенных температур и агрессивных сред (тепло- и коррозионностойкие подшипниковые материалы).

Материалы для деталей подшипников характеризуются высокой структурной и размерной стабильностью. Для достижения указанного комплекса свойств необходимо, чтобы подшипниковые материалы обладали минимальной загрязненностью неметаллическими вклю- чениями, удовлетворительной макроструктурой, отсутствием микронесплошностей, регламентированными структурными характеристиками перлита, мартенсита, карбидной составляющей и т.п. Принимая это во внимание, подшипниковые материалы можно разделить на три основные группы.

Первая группа — стандартные подшипниковые материалы, включающие в себя высокоуглеродистые хромистые твердокалящиеся стали и низкоуглеродистые легированные конструкционные стали с поверхностным упрочнением.

Вторая группа — теплопрочные и коррозион- но-стойкие высокоуглеродистые легированные стали и сплавы.

Третья группа — неметаллические материалы. При создании авиационных двигателей прослеживается тенденция к увеличению удельной мощности, снижению массы и повышению рабо- чей температуры деталей опор. Поэтому для деталей авиационных подшипников в большинстве случаев приходится использовать специальные материалы. Например, к низколегированным хромистым сталям, широко применяемым в общем машиностроении, прежде всего добавились коррозионностойкие стали, теплопрочные цементируе-

мые стали, а также различные виды керамики. Отечественная промышленность при произ-

водстве подшипников использует следующие материалы:

-ØÕ15-Ø – хромистая высокоуглеродистая твердокалящаяся сталь, изготавливаемая методом электрошлакового переплава. Подшипники, изготовленные из этой стали могут работать при температуре до 120 îС. Для повышения рабочей температуры подшипников необходима дополнительная термообработка стали (отпуск при более высокой температуре), но при этом твердость стали уменьшается. В этом случае подшипники из данной стали применяются при температурах эксплуатации ниже 200 îÑ.

-8Õ4Â9Ô2-Ø (ЭИ347Ш) – легированная вольфрамом теплопрочная подшипниковая сталь, изготавливаемая методом электрошлакового переплава. Подшипники, изготовленные из этой стали

могут работать при температуре до 450 îС, поэтому широко применяются в опорах основных валов ГТД. По сравнению со сталью ШХ15-Ш данная сталь менее технологична и имеет более высокую стоимость.

-95Õ18-Ø – коррозионно-стойкая высокохромистая сталь, изготавливаемая методом электрошлакового переплава. В зависимости от температуры эксплуатации подшипников применяют два варианта термообработки деталей: с низким отпуском 150…160 îС и с отпуском на вторичную твердость при 400…420 îС. Подшипники из данной стали применяются, как правило, в местах неимеющих циркуляционной смазки (шарнирные подшипники для крепления двигателя в мотогондоле, подшипники тросовой системы и т.п.).

В настоящее время для производства авиационных подшипников качения иностранные производители подшипников используют следующие материалы:

-AISI 52100 - высокоуглеродистая хромистая сталь, получаемая методом вакуумно-дугового переплава. Подшипники, выполненные из этой стали могут работать при температуре до 120 îС. Для стабильной работы при более высокой температуре (до 205 îС) необходима дополнительная термообработка стали, но при высокой температуре твердость стали уменьшается. Отечественный аналог — сталь ШХ15-Ш;

-М50 — молибденовая теплопрочная сталь. Высокая чистота материала достигается методом двойного вакуумного переплава (вакуумно-индук- ционная выплавка с последующим вакуумно-дуго- вым переплавом). В настоящее время М50 является преобладающей сталью, используемой для производства авиационных подшипников, работающих при высокой температуре. Подшипники, выполненные из этой стали, могут работать при температуре до 320 îС. У стали М50 существует «барьер», когда из-за большой скорости вращения (приблизительно при d•N = 2,4•106 (ìì•îá/ìèí), ãäå d - внутренний диаметр подшипника (мм), N - скорость вращения вала (об/мин)), натяга при посадке и изгибающих или деформирующих напряжений на дорожке качения подшипника появляются окружные растягивающие напряжения, превышающие величину 190 МПа. Эти напряжения увели- чивают общие напряжения материала, появляющиеся вследствие контакта при качении, что приводит

êусталостному выкрашиванию и растрескиванию вращающегося кольца. Подшипники, выполненные из стали М50 рекомендуется использовать при d•N äî 2•106 (ìì•об/мин). В отечественной подшипниковой промышленности применяется ана-

лог – высоковольфрамовая теплопрочная сталь ЭИ347-Ш;

-М50 Nil – цементируемая сталь, основанная на стали М50, со сниженным содержанием углерода (0,12%). Также, как и М50, сталь М50 Nil получается методом двойного вакуумного переплава. Эта сталь рекомендуется для применения при значении параметра d•N îò 2•106 äî 2,4•106 (ìì•об/ мин). Стойкость стали к напряжениям растяжения достигается благодаря тому, что при цементации

âцементируемом слое возникают остаточные сжимающие напряжения. В отечественной промышленности нет теплопрочных цементируемых подшипниковых сталей;

-М50 SuperNil – это сталь М50 Nil, термообработанная по специальному технологическому процессу. В результате специальной термообработки остаточные внутренние сжимающие напряжения получаются больше, чем у стали М50 Nil. М50 SuperNil рекомендуется для применения при d•N îò 2,5•106 äî 3•106 (ìì•îá/ìèí);

-AISI 440С – коррозионностойкая сталь, имеющая незначительную усталостную прочность в связи с низкой твердостью из-за особенностей структуры материала (наличие избыточных карбидов). Применение этой стали в авиационной промышленности ограничено. Отечественный аналог – сталь 95Х18;

-Cronidur 30 – азотируемая мартенситная нержавеющая сталь. Этот материал, созданный в Германии для подшипников качения, продемонстрировал улучшение коррозионной стойкости в сто раз по сравнению с AISI 440С и в пять раз увеличение срока службы подшипников по сравнению со сталью M50. Cronidur 30 отличается от применяемых для подшипников сталей высоким содержанием хрома.

Из керамических материалов, используемых для производства высокоскоростных подшипников каче- ния, лучше всего зарекомендовал себя нитрид кремния /Si3N4/. Особенности этого материала — высокая прочность, высокая твердость, коррозионная стойкость и низкая плотность — позволяют применять его при более высоких температурах и снизить массу. В то же время увеличение срока службы может быть достигнуто путем снижения тепловыделения, напряженности материала и износа подшипника. Коррозия может быть полностью исключена как причина отказа.

В настоящее время нитрид кремния широко используется для изготовления подшипников. Наибольший эффект дают комбинированные подшипники (подшипники с керамическими телами каче- ния и стальными кольцами).

Чисто керамические подшипники из-за высокой стоимости применяются только в особых слу- чаях: при работе без смазки в условиях очень высоких температур. Вследствие этого их применение в авиации в обозримом будущем ограничено.

Для изготовления сепараторов авиационных подшипников используются следующие материалы:

-безоловянистые бронзы,

-латунь,

-магниевый чугун,

-стали, имеющие закалку до 35…40 HRCÝ,

-алюминиевые сплавы,

-текстолит

При этом сепараторы из алюминиевых сплавов и текстолита используются в подшипниках, рабочая температура которых не превышает 150 îС. Для остальных материалов рабочая температура может быть 300 îÑ è âûøå.

В отдельных случаях (например, в подшипниках главных валов) на сепараторы наносят антифрикционное покрытие:

-свинцово-оловянистое (при рабочей температуре до 250 îÑ);

-серебро (при рабочей температуре 300 îÑ

èâûøå).

Коэффициент теплового расширения материала сепаратора должен быть близок, насколько это возможно, к коэффициенту теплового расширения материалов наружного и внутреннего колец, а также тел качения подшипника. Это необходимо для обеспечения стабильных (или минимально изменяемых) зазоров в подшипнике в процессе работы.

4.4.4.3 – Условия работы и особенности конструкции подшипников ГТД

ÂГТД подшипники опор работают в условиях сравнительно высоких радиальных и осевых нагрузок, высоких окружных скоростей. Кроме того, на работоспособность подшипников оказывают значительное влияние такие факторы, как температурное состояние опоры, организация подачи смазки на тела качения, наличие частиц загрязнений в масле, точность изготовления, а также конструктивные особенности непосредственно самих подшипников.

Âопорах роторов ГТД применяются исклю- чительно подшипники качения: однорядные шариковые – для восприятия радиальных и осевых нагрузок и однорядные роликовые – для восприятия радиальных нагрузок. Основные типы и конструктивные особенности шариковых подшипников показаны на Рис. 4.22.

Подшипник а) применяется как радиальноупорный. Радиус беговой дорожки в нем несколько больше радиуса шара. Под действием осевой силы в подшипнике линия контакта смещается на угол контакта α , величина которого и определяет величину нагрузки. Направление воспринимаемых нагрузок – радиальных и осевых – в обе стороны. Величина допустимой осевой нагрузки может достигать до 70% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки.

Подшипник б) имеет разъемное наружное кольцо с большой глубиной канавки и увеличенный угол контакта α , что позволяет воспринимать большие радиальную и осевую нагрузки. В таких подшипниках шарики имеют контакт с беговыми дорожками в трех точках, их называют трехточечными.

Подшипник в) имеет разъемное внутреннее кольцо с двумя точками контакта и неразъемное наружное кольцо со специальным профилем беговой дорожки, который также обеспечивает контакт с шариком в двух точках с увеличением угла контакта α . Такие подшипники (с четырехточечным контактом) могут воспринимать еще более высокие радиальные и осевые нагрузки. Однако следует учитывать, что увеличение точек контакта не проходит бесследно и приводит к увеличению тепловыделения при работе подшипника, что требует в свою очередь увеличения подачи масла для обеспечения съема тепла. Подшипники с четырехточеч- ным контактом обеспечивают восприятие максимальных радиальных и осевых нагрузок при минимальном осевом люфте подшипника.

Нередки случаи, когда отдельные элементы подшипников проектируются с учетом индивидуальных особенностей конструкции опор, требований технологии и т.д. На Рис. 4.22 приведены такие конструктивные особенности подшипников. Подшипник ã имеет наружное кольцо с отверстиями для подачи масла для смазки шаров. Аналогич- ные отверстия могут выполняться на внутренних кольцах подшипников.Наружное кольцо подшипника ä имеет фланец для крепления к корпусу опоры. Подшипник å имеет на наружном кольце специальный буртик для крепления съемного приспособления для демонтажа подшипника.

Основные типы роликовых подшипников, применяемых в ГТД, приведены на Рис. 4.23.

На подшипниках à è á осевая фиксация роликов осуществлена бортами, расположенными на подвижном внутреннем кольце и на неподвижном наружном кольце соответственно. У роликовых подшипников для компенсации значительных температурных перемещений вала или корпусных деталей внутреннее или наружное кольцо могут выполняться значительно более широкими. Учитывая большую степень интеграции подшипниковых узлов в конструкцию опор, довольно часто роль наружного или внутреннего кольца возлагают на детали корпуса или ротора, что позволяет уменьшить диаметральные размеры опор. В этом случае применяют подшипники â è ã. На этих же исполнениях на кольцах подшипника показаны отверстия для подвода масла на ролики.

Важным элементом конструкции подшипника, определяющим его работоспособность, являет-

Рисунок 4.24 – Места износа сепаратора роликового подшипника а) при центровке по наружному

кольцу; б) при центровке по внутреннему кольцу

ся сепаратор, в частности его центровка. Центрировать сепаратор можно как по наружному, так и по внутреннему кольцу. В каждом из этих способов есть свои преимущества и свои недостатки.

При центровке сепаратора по внутреннему кольцу (см. Рис. 4.24) происходит следующее: под действием неуравновешенной силы Ð, сепаратор прижимается к кольцу, его внутренняя поверхность будет изнашиваться в секторе, который был легким. Таким образом, легкая часть сепаратора будет становиться еще более легкой, а неуравновешенная сила сепаратора с центровкой по внутреннему кольцу в процессе износа будет увеличиваться. При центровке по внутреннему кольцу температурное расширение сепаратора приводит к увеличению зазора между кольцом и сепаратором, что исклю- чает возможность заклинивания последнего.

При центровке сепаратора по наружному кольцу (см. Рис. 4.24) явление износа сепаратора в «тяжелом» секторе приводит к уменьшению неуравновешенной силы. Отрицательной стороной такой центровки является то, что при изменении температурного режима работы подшипника возможно расширение сепаратора с уменьшением зазора между ним и наружным кольцом до нуля с последующим заклиниванием сепаратора в наружном кольце.

Необходимо отметить, что центровка сепаратора по наружному кольцу улучшает условия смазки, т.к. появляется возможность подачи масла в увеличенный зазор между сепаратором и внутренним кольцом, уменьшает удельное давление на поверхности центрирования, обеспечивает лучший отвод тепла от подшипника через более холодное наружное кольцо.

Для работы подшипника важное значение имеет точность и качество изготовления как самих подшипников, так и посадочных мест на валах

èкорпусах под эти подшипники, получение строго определенной геометрической формы, минимальной эксцентричности и требуемой шероховатости посадочных поверхностей.

Надежная работа подшипников обеспечивается правильным подбором зазоров между телами качения и кольцами с учетом необходимости работы в широком диапазоне нагрузок и температур. Заниженные зазоры, переходящие в натяг при определенных температурных условиях, могут привести к большим контактным напряжениям с последующим выкрашиванием материала тел качения

èколец. Завышенные зазоры могут привести к проскальзыванию тел качения с сопутствующими процессами повышенного износа.

Как показывает практика, на подшипники должны постоянно действовать нагрузки, достаточные

для предотвращения в них проскальзывания на всех рабочих и переходных режимах работы двигателя, в том числе и на режимах запуска и сброса частоты вращения. С достаточной для инженерной практики точностью можно считать, что 30…40% номинального натяга при посадке наружного кольца в - корпус опоры и 70…90% номинального натяга при посадке внутреннего кольца на вал идет на уменьшение начального радиального зазора в подшипнике. Как правило, процесс подбора зазора в подшипниках – это тонкий и длительный процесс, во многом определяемый опытной и экспериментальной доводкой авиационного двигателя.

В настоящее время широкое распространение получила практика проектирования специальных подшипников разработчиками двигателей. В этом случае подшипники индивидуальной конструкции оптимально интегрируются в опоры двигателя, позволяя упростить конструкцию, улучшить массовые характеристики при сохранении или даже улуч- шении показателей долговечности и надежности.

4.4.4.4 – Основные дефекты подшипниковых узлов

Выход из строя подшипников, является одним из самых тяжелых по своим последствиям проявлением дефектов авиационного двигателя.

В основном, выход подшипников из строя обусловлен усталостным выкрашиванием материала на дорожках качения колец и телах качения. Начальными дефектами, по которым развивается выкрашивание материала являются коррозия, намятины и риски, прорыв масляной пленки, высокие контактные напряжения, прижоги при проскальзывании, дефекты материала подшипников.

Кроме этого, к выходу подшипников из строя приводит разрыв сепаратора, фреттинг-коррозия по посадочным поверхностям, износ подшипников без усталостного выкрашивания.

Результаты анализа проявления дефектов подшипников, а также причины, вызывающие вышеперечисленные дефекты и способы их устранения представлены в таблице 4.1.

Кроме того, на работоспособность подшипника влияет ряд факторов, а именно:

1) производственные, обусловленные точностью изготовления и особенностями технологии сборки:

- перекосы внутреннего и наружногокольца подшипника относительно друг друга, изменяющие кинематику подшипника и, связанное с этим, дополнительное взаимодействие элементов подшипника;

-забоины на телах качения, наносимые при сборке из-за несовершенства технологии или невнимательности сборщика, влияющие на реальные (фактические) зазоры и возможный дополнительный распор в подшипнике, инициирующий нача- ло выкрашивания;

2) эксплуатационные, обусловленные попаданием в зону контакта между телами качения:

-фрагментов грязи, заносимых смазкой;

-твердых частиц – продуктов износа, выкрашивания или разрушения других элементов, заносимых смазкой или с наддуваемым опору воздухом;

3) дополнительные нагрузки в подшипнике при транспортировке, приводящие к микродеформации поверхности беговых дорожек колец подшипников.

Влияние этих вредных факторов устраняется следующими мероприятиями:

-соблюдение дополнительных конструкторс- ко-технологических требований к процессам изготовления, сборки, эксплуатации двигателя, введение в конструкцию двигателя регулировочных элементов для устранения несоосностей, перекосов подшипников;

-оснащение процесса сборки специальными приспособлениями, исключающими получение забоин на подшипниках;

-дополнительная очистка воздуха, подаваемого на наддув уплотнений;

-ужесточения условий транспортировки (например, запрет перевозки железнодорожным транспортом или контроль уровня перегрузок при транспортировке).

В большинстве случаев к выходу подшипников из строя приводит сочетание нескольких неблагоприятных факторов, например, сочетание высокой нагрузки, высокой температуры и нали- чия частиц загрязнения в масле и в воздухе, попадающем в масляную полость через лабиринтные уплотнения.

Говоря о дефектах подшипников необходимо отметить, что при работе подшипника в «комфортных условиях» (высокая чистота масла, относительно невысокие температуры и оптимальные нагрузки) подшипник качения становится практи- чески «вечным».

С целью своевременного диагностирования состояния подшипников на авиационных двигателях применяются специальные системы контроля, позволяющие отследить начальные стадии проявления дефекта. В частности, в линиях откачки масла от узлов подшипников устанавливаются фильтрысигнализаторы и магнитные сигнализаторы струж-