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飞机发动机都用什么样的轴承,如何做到耐高温和润滑?

电脑版   2020-11-26 09:04  

飞机发动机都用什么样的轴承,如何做到耐高温和润滑?:谢邀。首先,了解一下飞机发动机的运行工况:1.高转速,一般飞机发动机的转速在18000转/分钟以上,这么高

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谢邀。

首先,了解一下飞机发动机的运行工况:

1.高转速,一般飞机发动机的转速在18000转/分钟以上,这么高的转速对材料的要求是很高的。

2.高温,发动机运行温度非常的高,轴承的运行温度也可能达到300°C,轴承材料需要能耐受高温。

3.高可靠度,不管是民用飞机还是战斗机对可靠度的要求都是非常高的,稍有差池就是人命关天啊。

知道轴承的运行工况了,就可以选取适应该工况的轴承了,由于轴承运行温度很高,外圈采用耐高温且高温稳定性好的AISI M50材料,这种材料在300°C时硬度仍可达到58HRC。

当高速运转时,由于轴承内圈是转动的,离心力非常大,轴承内圈截面承受环向拉应力,所以内圈表面不能有任何的微观裂纹,以避免在拉应力下裂纹扩展,因此常采用AISI M50NiL 材料做内圈。

由于转速非常之高,为了降低钢球由于离心力带来的额外载荷,一般采用质量比较轻的,硬度比较高的陶瓷材料,比如氮化硅(Si3N4)或者碳化钛(TiC)等作为钢球材料,有时为了增加轴承内外圈的耐磨性和降低摩擦力,内-外圈滚道也喷镀陶瓷。

轴承就是这个样子的。

这还没完,发动机温度可不止300°C啊,最高要1500°C以上,轴承温度怎么才300°C,这就是润滑系统的功劳了,其实轴承润滑系统还有一个主要的功能就是冷却作用了,下面看看发动机轴承的润滑系统:





这么多管路,一部分就是润滑用的,发动机轴承润滑其实和一般轴承的润滑差不多,由于轴承转速太高,无法采用接触密封,所以发动机轴承采用的是迷宫密封方式,只是他用的润滑油要好很多,因为运行温度太高了,一般的润滑油很容易氧化变质,所以一般都是用的合成油MIL-PRF23699HTS。
下面欣赏两发动机轴承结构图吧。

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谢邀,材料和润滑油都是关键。

首先说下现在主要的航空发动机——也就是涡轮式发动机,在燃烧室温度通常都可以达到1500度以上,涡轮叶片的转速接近2万转最高达到3万多转。在航空发动机中对机械部件的运行环境就是十分苛刻的一种环境。

但要注意的一点,这种1500度的高温其实是发生在燃烧室和后喷管的。并不是在轴承的位置。

先看一下一个典型的喷气发动机的结构,这里我们可以看到整个的发动机温度最高的部分其实就是红色的部分,而真正在红色部分下参与动作的只有一组燃气涡轮。

也就是说只有图上画圈的这个涡轮会在环形燃烧室的出口边缘部分受到高温燃气的作用。这就导致轴承可以有很大的“生存空间”。

继续分解这根轴,我们可以发现轴承的位置距离涡轮还有很长的一段距离。

当然这个是一个比较简单的涡轮喷气发动机,但其实更复杂的涡轮喷气发动机的轴承也是远离涡轮的。

这就导致了真正传递到轴承上的温度其实并不很高,仅仅有300度左右。是不是并不比很多人想的要高呢?

因此,在这部分轴承上大范围的使用了高硬度耐高温的M50Nil钢材作为轴承的主要材料。

同时很多人说航空轴承是以渗氮工艺制成提高硬度的,其实并不完全——那是20多年前的技术了,现在以中国自己来说是用的氮化钛涂层。这是一种人造陶瓷材料。

硬度接近于钻石,熔点达到了2930度。这种材料是目前最好的发动机轴承材料(没有之一)。所以上面图片中这些金色的轴承部件后也是一种航发稳定性的基本观测要素了。

其次是润滑油。

在航空发动机的油路设计中,润滑油对轴承不仅仅有润滑作用,还有“水冷”作用,利用大量的润滑油冲刷带走轴承的热量。

我们看到的航空发动机润滑油的分布主要是在三个轴承上面,这三个轴承中的润滑油被加热后就会进入润滑油冷却器(滑油冷却器)中进行散热,这样,作用在发动机轴承的大部分热量就会由润滑油携带和散发掉。

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泻药,简短答一下。主轴承有两类,一类是全浮动轴承,一类是止推轴承,全浮动只受轴径向的力,只传递转矩,不受其他力(其他非轴向推力由角接触轴承分担),全浮动轴承没有刚性接触,由润滑油填满间隙所以能跑高速。轴向推力全部由止推轴承承受并传递给发动机支架整套轴承都有良好的润滑和散热系统,轴承的精度和材料要求非常高一直是工业难题。

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润滑方面另一位答主已经解释了,这里主要说航空轴承。

在飞机涡扇发动机中,涡轮轴的航空轴承要能承受超过10,000 rpm的转速,附件齿轮箱的航空轴承要能承受超过30,000 rpm的转速,可以在超过200摄氏度的温度下长时间稳定工作。

涡轮轴航空轴承要满足高转速,低扭矩,防水,耐高温和抗震等要求,所以通常由使用真空电弧重熔制造的金属材料制成。原材料有M50钢(AMS6491),碳铬钢(AMS6444),耐腐蚀AMS5930,440C不锈钢,氮化硅陶瓷材料,碳化钛可用于滚子涂层处理。外环的整个表面可镀有薄致密铬(TDC)。同时这些涂层也可起到润滑作用,包括上面举例的TiC或铬,均属于固体薄膜润滑。

涡轮轴使用轴承主要为:滚珠轴承,圆柱滚子轴承,

圆锥滚子轴承,调心滚子轴承。业界主要制造商有Barden,Fafrir,MPB,SKF,Kaydon,FAG,ND,KOYO,NSK,RMB,KBC,SMT,GMN。

有更多航空航天方面的问题或疑惑,欢迎提问。

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耐高温聚合物润滑。

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飞机发动机的的轴承跟随发动机叶片,压气机,涡轮,和轴一起工作,转数可以说相当高,最高可达一两万转每分钟,更有些发动机的最高转数可达到三万转。

发动机燃油在燃烧室燃烧,推动涡轮,最后排出发动机,整个过程中向发动机轴承传递了很高的热,发动机的涡轮叶片经常可以看到被烧的不成样子,最终传递到轴承上热也是不容小视。

为了润滑轴承,降低轴承温度,发动机的轴承腔时刻存在着润滑油的输入和输出,输出的润滑油还要通过发动机的气油热交换器,燃油和滑油交换器的热交换器,来时刻降低滑油的温度。

当今,高端轴承的研发,制造,和销售,基本上被世界四大轴承巨头所垄断,美国,日本,瑞典,和德国。

我国虽然也可以造高端轴承,但在精度,可靠性,和成本上与上述几个国家的轴承制造商还有些差距。国家的发动机是离不开这些高端轴承的,任重道远。

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