ข่าว

แบริ่งเครื่องยนต์อากาศยาน

แบริ่งพิมพ์

ความเร็วรอบแกนหมุนของเครื่องยนต์อากาศยานสูง อุณหภูมิปลายร้อนสูง และแบริ่งเนื่องจากต้องรับทั้งแรงตามแนวแกนและแรงตามแนวรัศมี ตลับลูกปืนจึงแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ ตลับลูกปืนรับแรงตามแนวแกนและตลับลูกปืนเคลื่อนที่: ตลับลูกปืนรับแรงตามแนวแกนโดยทั่วไปจะใช้ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสามจุดเพื่อรับแรงตามแนวแกนและควบคุมระยะห่างตามแนวแกนของสเตเตอร์ที่หมุนอยู่ ส่วนตลับลูกปืนเคลื่อนที่นั้นรับเฉพาะแรงตามแนวรัศมีเท่านั้น และเนื่องจากโรเตอร์จะเคลื่อนที่ในทิศทางตามแนวแกนเนื่องจากการขยายตัวและการหดตัวจากความร้อนตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอกโดยปกติจะใช้แบบที่ไม่มีขอบทั้งวงแหวนด้านนอกและด้านใน

 

โดยปกติแล้ว ชุดเกียร์เสริมของเครื่องยนต์อากาศยานจะขับเคลื่อนด้วยเฟืองตรง และตลับลูกปืนรับเฉพาะแรงในแนวรัศมีเท่านั้น และการขยายตัวทางความร้อนของโรเตอร์มีขนาดเล็ก ดังนั้นตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอกและตลับลูกปืนร่องลึกส่วนใหญ่จะถูกคัดเลือก

 

ชุดเกียร์ทดรอบส่งกำลังปริมาณมาก ซึ่งบางส่วนใช้เฟืองเกลียว และตลับลูกปืนต้องรับทั้งแรงในแนวรัศมีและแนวแกน ดังนั้นตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอก, ตลับลูกปืนร่องลึกและสามแต้มตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมส่วนใหญ่จะถูกคัดเลือก

 

เครื่องยนต์อากาศยานใช้ตลับลูกปืนเม็ดกลมแบบสัมผัสเชิงมุมสามจุด และตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอก

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสามจุด

เมื่อเครื่องยนต์อากาศยานทำงาน จะเกิดแรงในแนวรัศมีและแรงในแนวแกนบนแกนหมุน โดยทั่วไปแล้วจะมีการติดตั้งตลับลูกปืนไว้ที่จุดหมุนด้านหน้าแกนหมุนเพื่อรับแรงในแนวรัศมีที่เกิดจากการซ้อนทับของแรงที่ไม่สมดุลของแต่ละเพลาและการหมุนด้วยความเร็วสูง และในขณะเดียวกันก็รับแรงในแนวแกนที่แตกต่างกันระหว่างแรงดันลมของพัดลมและคอมเพรสเซอร์ที่พัดไปข้างหน้าและแรงดันลมของกังหันที่พัดไปข้างหลัง

 

เมื่อเปรียบเทียบโครงสร้างของตลับลูกปืนร่องลึกและตลับลูกปืนสัมผัสเชิงมุมสามจุด พบว่าศูนย์กลางของร่องวงแหวนด้านในของตลับลูกปืนสัมผัสเชิงมุมสามจุดมีการเยื้องศูนย์ตามแนวแกน Lo ซึ่งทำให้ระยะห่างตามแนวแกน Ga และปริมาณของโรเตอร์ในทิศทางตามแนวแกนน้อยลงและควบคุมระยะห่างตามแนวแกนของแกนหมุนของเครื่องยนต์ได้ง่ายขึ้น

 

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสามจุดมีโครงสร้างวงแหวนด้านในครึ่งวงคู่ และการออกแบบวงแหวนด้านในครึ่งวงที่สามารถแยกออกจากกันได้ช่วยให้สามารถติดตั้งเม็ดลูกปืนได้มากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักได้อย่างมาก

 

เมื่อเปรียบเทียบโครงสร้างของตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแบบแถวคู่และตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแบบสามจุด ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแบบแถวคู่สามารถรับแรงตามแนวแกนได้เพียงทิศทางเดียว หากต้องการรับแรงตามแนวแกนแบบสองทิศทาง จะต้องนำมาประกอบกัน ซึ่งจะทำให้เปลืองพื้นที่และเพิ่มน้ำหนัก ในขณะที่ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแบบสามจุดที่มีวงแหวนด้านในสองวงครึ่ง สามารถรับแรงตามแนวแกนแบบสองทิศทางได้โดยตรง ซึ่งช่วยประหยัดพื้นที่และคุณภาพได้ประมาณ 50% เมื่อเทียบกับตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแบบแถวคู่หรือแบบกลุ่ม และยังติดตั้งง่าย ซึ่งสะดวกต่อการออกแบบเครื่องยนต์

 

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสามจุดสามารถแยกกรงและลูกปืนออกจากวงแหวนรอบนอกได้ ทำให้สามารถใช้กรงแบบชิ้นเดียวที่มีความแข็งแรงสูงกว่า เหมาะสำหรับความเร็วรอบสูง และง่ายต่อการได้ความแม่นยำในการกลึงที่สูงขึ้น ในขณะเดียวกัน โครงสร้างนี้ยังทำให้การติดตั้งและการตรวจสอบตลับลูกปืนสะดวกยิ่งขึ้นอีกด้วย

 

ตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอก

เมื่อเปรียบเทียบกับตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอกเชิงกลทั่วไป ตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอกสำหรับเครื่องยนต์อากาศยานจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางลูกกลิ้งเล็กกว่า และมีข้อดีดังต่อไปนี้:

1) ช่วยลดแรงต้านการกวนน้ำมันของลูกกลิ้งในระหว่างการทำงานด้วยความเร็วสูง

2) แรงเฉื่อยมีขนาดเล็ก

3) สามารถรักษาแรงกดสัมผัสที่เพียงพอได้เมื่อแรงในแนวรัศมีมีขนาดเล็ก เพื่อป้องกันการลื่นไถลของลูกกลิ้ง

4) เนื่องจากสามารถแยกส่วนประกอบของปลอก ลูกกลิ้ง และกรงออกจากกันได้ จึงสามารถใช้กรงแบบแข็งได้ ซึ่งมีความแข็งแรงและเสถียรภาพที่ความเร็วสูงได้ดีกว่า

 

ตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอกโดยทั่วไปแล้ว ตลับลูกปืนแบบไม่มีขอบในวงแหวนด้านในจะมีขนาดความกว้างของวงแหวนด้านในที่กว้างกว่า เพื่อรองรับการเคลื่อนที่ตามแนวแกนระหว่างวงแหวนด้านในและด้านนอกที่เกิดจากการยืดตัวเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนระหว่างเพลาและวงแหวนด้านในของตลับลูกปืน รวมถึงการเยื้องศูนย์สัมพัทธ์ระหว่างวงแหวนด้านในและด้านนอกที่เกิดจากข้อผิดพลาดในการประกอบตามแนวแกนของชุดประกอบโรเตอร์ในระหว่างการประกอบ หากพื้นที่ติดตั้งมีจำกัดหรือมีข้อกำหนดพิเศษ สามารถใช้เพลาหรือตัวเรือนตลับลูกปืนแทนวงแหวนด้านในแบบไม่มีขอบได้โดยตรง

 

เครื่องยนต์อากาศยานตลับลูกปืนลูกกลิ้งทรงกระบอกบ่อยครั้งต้องเผชิญกับสภาวะการทำงานที่มีแรงกดในแนวรัศมีน้อยหรือไม่มีเลย และความเร็วในการหมุนสูงมาก ทำให้ลูกกลิ้งมีแนวโน้มที่จะลื่นไถลและเสียดสี เพื่อป้องกันการลื่นไถล จึงมักใช้รางวิ่งที่ไม่เป็นวงกลมเพื่อสร้างแรงกดล่วงหน้าในแนวรัศมีของแบริ่ง และมักใช้แบริ่งรางวิ่งที่ไม่เป็นวงกลมสองแบบที่มีการกระจายแรงโหลดแบบทั่วไป

 

วัสดุรองรับ

อุณหภูมิแวดล้อมในการทำงานของแบริ่งกังหันเครื่องยนต์นั้นสูงมาก และโดยปกติแล้วจำเป็นต้องระบายความร้อนแบริ่งด้วยน้ำมันหล่อลื่นปริมาณหลายลิตรต่อนาที แต่ถึงกระนั้นอุณหภูมิในการทำงานของแบริ่งก็ยังสามารถสูงถึงประมาณ 250 องศาเซลเซียสได้

 

เพื่อให้ตรงตามสภาวะการทำงานที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปแล้ววงแหวนแบริ่งจะใช้เหล็ก 8Cr4Mo4V (M50) และเหล็กแบริ่งทนความร้อนสูงอื่นๆ และผ่านการอบชุบด้วยความร้อนสูง แม้ว่าอุณหภูมิของแบริ่งจะสูงถึง 400 °C หลังจากเครื่องยนต์หยุดทำงานแล้ว ก็ยังคงสามารถรับประกันประสิทธิภาพของแบริ่งได้ เพื่อให้ได้อายุการใช้งานที่ทนทานต่อความล้าจากการหมุน ความแข็งของพื้นผิวของวัสดุแบริ่งโดยทั่วไปต้องไม่น้อยกว่า 60 HRC ที่อุณหภูมิห้อง และเหล็ก 8Cr4Mo4V ทั้งหมดจะถูกทำให้แข็งขึ้นด้วยการอบชุบความร้อน แต่ความเหนียวจะต่ำกว่าวัสดุของชิ้นส่วนโครงสร้าง ซึ่งจะนำไปสู่การแตกร้าวของปลอกเมื่อแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของปลอกและความเค้นตามแนวเส้นรอบวงของเพลามีขนาดใหญ่ ดังนั้น แบริ่งที่มีค่า dn เกิน 2.5×10⁶ มม.·รอบ/นาที จำเป็นต้องทำจากวัสดุ G13Cr4Mo4Ni4V (M50NiL) ซึ่งมีความเหนียวของแกนกลางที่ดีกว่า

 

โดยทั่วไปแล้ว วัสดุของกรงแบริ่งเครื่องยนต์อากาศยานทำจากเหล็กโครงสร้าง เช่น 40CrNiMoA (4030) และกรงจะต้องเคลือบด้วยเงินเพื่อลดการสึกหรอในช่วงเริ่มต้นการทำงาน ส่วนประกอบลูกกลิ้งทำจากวัสดุชนิดเดียวกับปลอก และความแข็งโดยทั่วไปจะเท่ากับปลอก หรือในบางกรณีอาจสูงกว่าปลอก 1-2 HRC บางครั้งลูกบอลก็ใช้เซรามิก เช่น ซิลิคอนไนไตรด์ อลูมินา และเซอร์โคเนีย