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Progettazione concettuale del cuscinetto per motore aeronautico

I motori aeronautici sono il cuore degli aeromobili e le loro prestazioni, sicurezza e affidabilità determinano direttamente le prestazioni, la durata e l'affidabilità degli aeromobili stessi. Le prestazioni dei cuscinetti rappresentano uno dei fattori più importanti che influenzano la durata e l'affidabilità dei motori aeronautici.

 

Motore aeronauticocuscinettihanno condizioni di lavoro difficili, soprattutto i cuscinetti del mandrino, che devono soddisfare i requisiti di alta temperatura, alta velocità, funzionamento stabile (adatto a carichi leggeri, carichi pesanti, accelerazione e decelerazione rapide, carichi d'urto, carichi di vibrazione, ecc.), elevata affidabilità e lunga durata. Attualmente, sono state condotte molte ricerche sui cuscinetti dei motori aeronautici, il tipo principale di cuscinetto e la progettazione dei parametri principali, il metodo di lubrificazione e la struttura della flangia, la struttura della tasca, l'angolo della guarnizione, la tecnologia di trattamento superficiale, il metodo di utilizzo della combinazione di cuscinetti, ecc. hanno un impatto significativo sulle sue prestazioni, una progettazione ragionevole può evitare guasti precoci dicuscinetti, migliorare le prestazioni di lavoro e prolungarne la durata. Questo articolo introduce le peculiarità dei cuscinetti per motori aeronautici e individua i fattori che influenzano tali prestazioni e che devono essere considerati nel processo di progettazione dei cuscinetti.

Particolarità dei cuscinetti dei motori aeronautici

Caratteristiche strutturali:

Cuscinetti per motori aeronautici: in base alla parte di utilizzo, si possono suddividere in tre categorie: cuscinetti per albero, cuscinetti per riduttore di trasmissione degli accessori e cuscinetti per riduttore di velocità.

1. Cuscinetto del mandrino

I cuscinetti del mandrino supportano i rotori delle ventole dei motori, i rotori dei generatori di gas e i rotori delle turbine di potenza, e solitamente utilizzano una combinazione di cuscinetti a sfere a contatto angolare a tre punti e cuscinetti a rulli cilindrici. I cuscinetti a sfere a contatto angolare a tre punti sopportano il carico assiale e radiale del rotore, mentre i cuscinetti a rulli cilindrici sopportano solo il carico radiale. Le caratteristiche operative dei cuscinetti del mandrino includono elevata velocità di rotazione (valore dn fino a 2,6 × 10⁶ mm · giri/min), alta temperatura (180 ~ 250 °C, con picchi superiori a 300 °C), elevato carico assiale, carico leggero a breve termine e sovraccarico in direzione radiale, cambio di direzione del carico assiale e ingombro ridotto. Pertanto, i cuscinetti del mandrino hanno elevati livelli di tolleranza, generalmente non inferiori al livello P4, e richiedono inoltre una precisione di lavorazione rigorosa per i rulli cilindrici. Inoltre, la lubrificazione dei cuscinetti del mandrino avviene principalmente tramite l'anello di lubrificazione, il che richiede una progettazione specifica.

 

2 Cuscinetto del cambio della trasmissione accessori

 

Il cuscinetto del riduttore di trasmissione dell'accessorio supporta il rotore dell'ingranaggio del sistema di trasmissione degli accessori e le sue caratteristiche di lavoro sono carico ridotto, bassa temperatura (120 ~ 150 °C) e bassa velocità di rotazione (il valore dn non è superiore a 1,5×10⁶ mm · giri/min).）。

 

3 Cuscinetto del riduttore

 

Il cuscinetto di supporto del riduttore di velocità supporta il gruppo ingranaggi del riduttore; le sue caratteristiche di funzionamento sono carico elevato, bassa velocità e bassa temperatura (120 ~ 150 °C).

 

Requisiti generali

A causa della particolarità dell'ambiente di utilizzo e delle condizioni operative dei motori aeronautici, i requisiti generali dei cuscinetti sono più stringenti rispetto a quelli dei cuscinetti ordinari, e i requisiti pertinenti sono i seguenti.

 

1. Resistente alle alte temperature durante il parcheggio

 

Quando il motore è in funzione, l'aria fredda viene immessa per raffreddare le pale, i cuscinetti e altre parti, e i cuscinetti vengono raffreddati anche dall'olio lubrificante. Tuttavia, dopo lo spegnimento, questi sistemi di raffreddamento non funzionano e il calore della turbina viene trasmesso ai cuscinetti attraverso l'alloggiamento e l'albero, provocando un rapido aumento della temperatura dei cuscinetti in un breve periodo di tempo. In particolare, la temperatura dei cuscinetti nella parte calda del motore aumenta in modo anomalo, e alcuni dati di monitoraggio del motore mostrano che la temperatura dei cuscinetti può raggiungere circa 350 °C.

 

2. Capacità di funzionamento in caso di interruzione dell'olio lubrificante

 

Le condizioni di alimentazione dell'olio lubrificante dei cuscinetti dei motori aeronautici si dividono principalmente in due categorie:

1) Prima che il motore inizi il normale funzionamento del sistema di lubrificazione, si trova in uno stato di funzionamento a freddo, a bassa velocità e con carico ridotto;

2) Quando il motore è in funzione, se il sistema di lubrificazione non può continuare a fornire olio per motivi particolari e il motore deve continuare a funzionare per un certo periodo di tempo, il cuscinetto si troverà in uno stato di scarsa lubrificazione o addirittura di funzionamento a secco, e non potrà essere adeguatamente lubrificato e raffreddato. Per garantire la sicurezza del volo, i cuscinetti devono essere in grado di continuare a funzionare normalmente per un certo periodo di tempo senza guasti, anche in assenza di olio lubrificante.

 

3. Buona fattura

 

Motore aeronauticocuscinettiÈ necessario possedere buone caratteristiche di lavorazione, assemblaggio e leggerezza. Per ridurre la difficoltà di assemblaggio, i motori aeronautici richiedono il minor numero possibile di componenti e il mandrino deve solitamente essere dotato di supporti elastici nella posizione di supporto per regolare la velocità critica del rotore, e gli smorzatori a film d'olio sono impostati per sopprimere le vibrazioni del rotore, entrambi i quali occupano spazio radiale. Per risparmiare spazio radiale, aumentare il numero di elementi volventi e migliorare la capacità di carico, l'anello esterno del cuscinetto è solitamente integrato con il supporto elastico a gabbia di scoiattolo e lo smorzatore a film d'olio. Per ridurre il numero di componenti e semplificare l'assemblaggio, il supporto a gabbia di scoiattolo, la flangia di montaggio e la scanalatura dell'anello di smorzamento a film d'olio sono integrati nell'anello esterno del cuscinetto, ma ciò comporta anche problemi quali una maggiore complessità di progettazione, una ridotta resistenza strutturale e una selezione dei materiali e un processo produttivo più rigorosi.

 

4 Sistema avanzato di garanzia della qualità

 

Oltre a concetti di progettazione avanzati e un'elevata precisione di lavorazione, è necessario affidarsi anche a un sistema di garanzia della qualità all'avanguardia che includa standard di processo, attrezzature di lavorazione, controllo qualità, operatori, verifica dei test, certificazione di qualità e altri elementi.