Cuscinetti per motori aeronautici
Cuscinettotipo
La velocità del mandrino del motore aeronautico è elevata, la temperatura dell'estremità calda è elevata e ilcuscinettodeve sopportare carichi assiali e carichi radiali, quindi il cuscinetto è diviso in due categorie: cuscinetto a fulcro di spinta e cuscinetto a fulcro mobile: il cuscinetto a fulcro di spinta utilizza solitamente un cuscinetto a sfere a contatto angolare a tre punti per sopportare il carico assiale e controllare il gioco assiale dello statore rotante; i cuscinetti a fulcro mobile sopportano solo carichi radiali e poiché il rotore si muoverà in direzione assiale a causa dell'espansione e della contrazione termica,cuscinetti a rulli cilindricidi solito si utilizzano anelli senza bordi, né sull'anello esterno né su quello interno.
I riduttori degli accessori dei motori aeronautici sono solitamente azionati da ingranaggi cilindrici, e i cuscinetti sopportano solo carichi radiali e l'espansione termica del rotore è piccola, quindicuscinetti a rulli cilindriciEcuscinetti a sfere a gola profondavengono principalmente selezionati.
Il riduttore trasmette una grande quantità di potenza, parte della quale utilizza ingranaggi elicoidali, e i cuscinetti devono sopportare carichi sia radiali che assiali, quindicuscinetti a rulli cilindrici, cuscinetti a sfere a gola profondae tre punticuscinetti a sfere a contatto angolarevengono principalmente selezionati.
I motori aeronautici utilizzano cuscinetti a sfera a contatto angolare a tre punti ecuscinetti a rulli cilindrici.
Cuscinetti a sfere a contatto angolare a tre punti
Quando il motore aeronautico è in funzione, sul mandrino si generano carichi radiali e assiali. Generalmente, un set di cuscinetti a sfera è posizionato nel punto di fulcro davanti al mandrino per sopportare il carico radiale generato dalla sovrapposizione delle forze di squilibrio di ciascun albero e dalla rotazione ad alta velocità, e allo stesso tempo per sopportare la differenza di carico assiale tra la forza pneumatica in avanti della ventola e del compressore e la forza pneumatica all'indietro della turbina.
Confrontando la struttura dei cuscinetti a sfere a gola profonda e dei cuscinetti a sfere a contatto angolare a tre punti, il centro della gola dell'anello interno del cuscinetto a sfere a contatto angolare a tre punti è dotato di un'eccentricità assiale Lo, che rende il suo gioco assiale Ga e la quantità di rotore in direzione assiale minore e più facile da controllare il gioco assiale del rotore del motore.
Il cuscinetto a sfere a contatto angolare a tre punti presenta una struttura a doppio semianello interno e il suo design con semianello interno separabile consente l'installazione di un maggior numero di sfere, aumentando significativamente la capacità di carico.
Confrontando la struttura dei cuscinetti a sfere a contatto angolare e dei cuscinetti a sfere a contatto angolare a tre punti, i cuscinetti a sfere a contatto angolare possono sopportare solo carichi assiali unidirezionali; se devono sopportare carichi assiali bidirezionali, è necessario combinarli, il che occupa più spazio e aumenta la massa. I cuscinetti a sfere a contatto angolare a tre punti, invece, grazie ai doppi anelli interni e ai mezzi anelli, possono sopportare direttamente carichi assiali bidirezionali, consentendo un risparmio di spazio e un miglioramento della qualità di circa il 50% rispetto ai cuscinetti a sfere a contatto angolare a doppia fila o a gruppi di supporti, e sono facili da installare, il che li rende più adatti alla progettazione dei motori.
Il gruppo gabbia e sfere del cuscinetto a sfere a contatto angolare a tre punti può essere separato dall'anello esterno, consentendo l'utilizzo di una gabbia monoblocco, che offre maggiore resistenza, è adatta ad alte velocità di rotazione e permette di ottenere una maggiore precisione di lavorazione. Allo stesso tempo, questa struttura semplifica anche l'installazione e l'ispezione dei cuscinetti.
Rispetto ai normali cuscinetti a rulli cilindrici meccanici, il diametro dei rulli dei cuscinetti a rulli cilindrici per motori aeronautici è inferiore, e i suoi vantaggi sono i seguenti:
1) Può ridurre la resistenza all'agitazione dell'olio del rullo durante il funzionamento ad alta velocità;
2) La forza inerziale è piccola;
3) Quando la forza radiale è piccola, è possibile mantenere una pressione di contatto sufficiente per evitare lo slittamento dei rulli;
4) Poiché i componenti della ghiera, del rullo e della gabbia possono essere separati, è possibile utilizzare una gabbia solida, che offre maggiore resistenza e stabilità alle alte velocità.
Cuscinetti a rulli cilindriciI cuscinetti senza flangia nell'anello interno presentano solitamente una larghezza maggiore per compensare il movimento assiale tra l'anello interno e quello esterno causato dall'allungamento dovuto alla dilatazione termica tra l'albero e l'anello interno del cuscinetto, nonché il disallineamento relativo tra l'anello interno e quello esterno causato dall'errore di assemblaggio assiale del rotore durante il montaggio. Se lo spazio di installazione è limitato o sussistono requisiti particolari, è possibile utilizzare direttamente l'albero o l'alloggiamento del cuscinetto al posto dell'anello interno senza flangia.
Motore aeronauticocuscinetti a rulli cilindriciSpesso si riscontrano condizioni di lavoro con carico radiale ridotto o nullo e velocità di rotazione molto elevata; i rulli sono soggetti a slittamento e attrito, quindi, per prevenire lo slittamento, si utilizzano spesso piste di rotolamento non circolari per realizzare il precarico radiale del cuscinetto, e si utilizza spesso la distribuzione del carico di due cuscinetti tipici con piste di rotolamento non circolari.
materiale per cuscinetti
La temperatura ambiente di esercizio del cuscinetto della turbina del motore è molto elevata, ed è solitamente necessario raffreddare il cuscinetto con un volume di olio lubrificante di diversi litri al minuto, ma la temperatura di esercizio del cuscinetto può comunque raggiungere circa 250 °C.
Per soddisfare le condizioni di lavoro ad alta temperatura, l'anello del cuscinetto utilizza solitamente acciaio 8Cr4Mo4V (M50) e altri acciai per cuscinetti ad alta temperatura, sottoposti a tempra ad alta temperatura. Anche se la temperatura del cuscinetto raggiunge i 400 °C dopo l'arresto del motore, le sue prestazioni rimangono garantite. Per soddisfare la durata a fatica di rotolamento, la durezza superficiale del materiale del cuscinetto deve generalmente essere non inferiore a 60 HRC a temperatura ambiente. L'acciaio 8Cr4Mo4V viene temprato mediante trattamento termico, ma la sua tenacità è inferiore a quella del materiale del componente strutturale, il che può portare alla rottura della ghiera quando la forza centrifuga della ghiera e la sollecitazione circonferenziale dell'albero sono elevate. Pertanto, per i cuscinetti con valore dn superiore a 2,5 × 10⁶ mm · giri/min è necessario utilizzare il materiale G13Cr4Mo4Ni4V (M50NiL), che presenta una maggiore tenacità del nucleo.
La gabbia dei cuscinetti per motori aeronautici è generalmente realizzata in acciaio strutturale come il 40CrNiMoA (4030) e deve essere argentata per ridurre l'usura durante la fase di avviamento. L'elemento volvente è realizzato con lo stesso materiale della ghiera e la sua durezza è generalmente la stessa di quella della ghiera, e in alcuni casi può essere di 1-2 HRC superiore. Talvolta, le sfere sono realizzate anche con materiali ceramici come nitruro di silicio, allumina e zirconia.
Data di pubblicazione: 8 giugno 2026
