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首先說下現在主要的航空發動機——也就是渦輪式發動機,在燃燒室溫度通常都可以達到1500度以上,渦輪葉片的轉速接近2萬轉最高達到3萬多轉。在航空發動機中對機械部件的運行環境就是十分苛刻的一種環境。
但要注意的一點,這種1500度的高溫其實是發生在燃燒室和后噴管的。并不是在軸承的位置。
先看一下一個典型的噴氣發動機的結構,這里我們可以看到整個的發動機溫度最高的部分其實就是紅色的部分,而真正在紅色部分下參與動作的只有一組燃氣渦輪。
也就是說只有圖上畫圈的這個渦輪會在環形燃燒室的出口邊緣部分受到高溫燃氣的作用。這就導致軸承可以有很大的“生存空間”。
繼續分解這根軸,我們可以發現軸承的位置距離渦輪還有很長的一段距離。
當然這個是一個比較簡單的渦輪噴氣發動機,但其實更復雜的渦輪噴氣發動機的軸承也是遠離渦輪的。
這就導致了真正傳遞到軸承上的溫度其實并不很高,僅僅有300度左右。是不是并不比很多人想的要高呢?
因此,在這部分軸承上大范圍的使用了高硬度耐高溫的M50Nil鋼材作為軸承的主要材料。
同時很多人說航空軸承是以滲氮工藝制成提高硬度的,其實并不完全——那是20多年前的技術了,現在以中國自己來說是用的氮化鈦涂層。這是一種人造陶瓷材料。
硬度接近于鉆石,熔點達到了2930度。這種材料是目前最好的發動機軸承材料(沒有之一)。所以上面圖片中這些金色的軸承部件后也是一種航發穩定性的基本觀測要素了。
其次是潤滑油。
在航空發動機的油路設計中,潤滑油對軸承不僅僅有潤滑作用,還有“水冷”作用,利用大量的潤滑油沖刷帶走軸承的熱量。
我們看到的航空發動機潤滑油的分布主要是在三個軸承上面,這三個軸承中的潤滑油被加熱后就會進入潤滑油冷卻器(滑油冷卻器)中進行散熱,這樣,作用在發動機軸承的大部分熱量就會由潤滑油攜帶和散發掉。
主軸承有兩類,一類是全浮動軸承,一類是止推軸承,全浮動只受軸徑向的力,只傳遞轉矩,不受其他力(其他非軸向推力由角接觸軸承分擔),全浮動軸承沒有剛性接觸,由潤滑油填滿間隙所以能跑高速。軸向推力全部由止推軸承承受并傳遞給發動機支架整套軸承都有良好的潤滑和散熱系統,軸承的精度和材料要求非常高一直是工業難題。
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