Lagers voor vliegtuigmotoren
Handelswijzetype
De spindelsnelheid van een vliegtuigmotor is hoog, de temperatuur aan de hete kant is hoog, en dehandelswijzeHet lager moet zowel axiale als radiale belastingen kunnen dragen, daarom worden lagers onderverdeeld in twee categorieën: druklagers en meebewegende lagers. Druklagers gebruiken meestal driepunts hoekcontactkogellagers om axiale belastingen op te vangen en de axiale speling van de roterende stator te regelen; meebewegende lagers dragen alleen radiale belastingen, omdat de rotor door thermische uitzetting en krimp in axiale richting beweegt.cilindrische rollagersEr worden doorgaans ringen gebruikt zonder randen aan de buiten- of binnenzijde.
De tandwielkasten van de hulpversnellingsbakken van vliegtuigmotoren worden meestal aangedreven door rechte tandwielen, de lagers dragen alleen radiale belastingen en de thermische uitzetting van de rotor is gering, duscilindrische rollagersEndiepgroefkogellagersworden voornamelijk geselecteerd.
De reductiekast brengt een grote hoeveelheid vermogen over, waarvan sommige gebruikmaken van spiraalvormige tandwielen, en de lagers moeten zowel radiale als axiale belastingen kunnen dragen, duscilindrische rollagers, diepgroefkogellagersen driepunthoekcontactkogellagersworden voornamelijk geselecteerd.
Vliegtuigmotoren maken gebruik van driepunts hoekcontactkogellagers encilindrische rollagers.
Drie-punts hoekcontactkogellagers
Tijdens het draaien van de vliegtuigmotor ontstaan er radiale en axiale belastingen op de as. Meestal zijn er kogellagers geplaatst op het draaipunt vóór de as om de radiale belasting op te vangen die ontstaat door de combinatie van de onbalanskrachten van elke as en de hoge rotatiesnelheid. Tegelijkertijd vangen ze het verschil in axiale belasting op tussen de pneumatische kracht van de ventilator en compressor aan de voorzijde en de pneumatische kracht van de turbine aan de achterzijde.
Bij een vergelijking van de structuur van diepgroefkogellagers en driepunts hoekcontactkogellagers, blijkt dat het midden van de binnenringgroef van het driepunts hoekcontactkogellager is voorzien van een axiale excentriciteit Lo. Hierdoor is de axiale speling Ga en de mate van rotorbeweging in axiale richting kleiner, wat het controleren van de axiale speling van de roterende schoep van de motor vergemakkelijkt.
Het driepunts hoekcontactkogellager heeft een dubbele half-binnenringstructuur, en dankzij het scheidbare ontwerp van de half-binnenring kunnen er meer kogels worden geplaatst, waardoor het draagvermogen aanzienlijk wordt verhoogd.
Bij een vergelijking van de structuur van hoekcontactkogellagers en driepuntshoekcontactkogellagers blijkt dat hoekcontactkogellagers slechts axiale belastingen in één richting kunnen dragen. Als ze axiale belastingen in beide richtingen moeten dragen, moeten ze gecombineerd worden, wat meer ruimte in beslag neemt en het gewicht verhoogt. De dubbele en halve binnenringen van driepuntshoekcontactkogellagers kunnen daarentegen direct axiale belastingen in beide richtingen dragen. Dit bespaart ongeveer 50% ruimte en gewicht in vergelijking met dubbele rijen of groepen hoekcontactkogellagers, en ze zijn bovendien eenvoudig te installeren, wat handig is bij het ontwerpen van motoren.
De kooi en de kogels van het driepunts hoekcontactkogellager kunnen van de buitenring worden gescheiden, waardoor een massieve kooi uit één stuk kan worden gebruikt. Deze kooi heeft een hogere sterkte, is geschikt voor hoge rotatiesnelheden en maakt het gemakkelijker om een hogere bewerkingsnauwkeurigheid te bereiken. Tegelijkertijd vereenvoudigt deze constructie ook de installatie en inspectie van de lagers.
Vergeleken met gewone mechanische cilindrische rollagers is de roldiameter van cilindrische rollagers voor vliegtuigmotoren kleiner, en dit biedt de volgende voordelen:
1) Het kan de olieroerweerstand van de rol tijdens hogesnelheidsbedrijf verminderen;
2) De traagheidskracht is klein;
3) Bij een geringe radiale kracht kan voldoende contactdruk worden gehandhaafd om slip van de rol te voorkomen;
4) Omdat de ferrule, de rol en de kooicomponenten van elkaar gescheiden kunnen worden, kan een massieve kooi gebruikt worden, die een betere sterkte en stabiliteit bij hoge snelheden biedt.
Cilindrische rollagersLagers zonder flens in de binnenring hebben doorgaans een grotere binnenringbreedte om de axiale beweging tussen de binnen- en buitenring op te vangen. Deze beweging wordt veroorzaakt door de rek als gevolg van thermische uitzetting tussen de as en de binnenring van het lager, evenals de relatieve uitlijningsfout tussen de binnen- en buitenring die ontstaat door axiale montagefouten van de rotor tijdens de montage. Indien de beschikbare ruimte beperkt is of er specifieke eisen gelden, kan in plaats van een flensloze binnenring direct een as of lagerhuis worden gebruikt.
Vliegtuigmotorcilindrische rollagersVaak worden lagers geconfronteerd met werkomstandigheden met een kleine of geen radiale belasting en een zeer hoge rotatiesnelheid, waardoor de rollen gevoelig zijn voor slippen en wrijving. Om slippen te voorkomen, worden vaak niet-cirkelvormige loopbanen gebruikt om de radiale voorspanning van het lager te realiseren. De lastverdeling over twee typische niet-cirkelvormige loopbanen wordt vaak toegepast.
Lagermateriaal
De bedrijfstemperatuur van het turbinelager van de motor is erg hoog, en het is meestal nodig om het lager te koelen met een hoeveelheid smeerolie van enkele liters per minuut. Desondanks kan de bedrijfstemperatuur van het lager nog steeds oplopen tot ongeveer 250 °C.
Om te voldoen aan de hoge bedrijfstemperaturen, wordt de lagerring meestal gemaakt van 8Cr4Mo4V (M50) staal en ander hittebestendig lagerstaal, dat vervolgens wordt getemperd. Zelfs als de lagertemperatuur na het uitschakelen van de motor 400 °C bereikt, blijft de prestatie van het lager gewaarborgd. Om de vereiste rolvermoeidheidslevensduur te behalen, moet de oppervlaktehardheid van het lagermateriaal bij kamertemperatuur doorgaans minimaal 60 HRC bedragen. Hoewel 8Cr4Mo4V staal door warmtebehandeling gehard is, is de taaiheid lager dan die van het constructiemateriaal. Dit kan leiden tot scheurvorming in de lagerring bij grote centrifugale krachten en omtrekspanningen van de as. Daarom moeten lagers met een dn-waarde van meer dan 2,5 × 10⁶ mm·r/min worden gemaakt van G13Cr4Mo4Ni4V (M50NiL) materiaal, dat een betere kerntaaiheid heeft.
Het kooimateriaal van vliegtuigmotorlagers is over het algemeen gemaakt van constructiestaal zoals 40CrNiMoA (4030), en de kooi moet verzilverd zijn om slijtage tijdens de opstartfase te verminderen. Het rolelement is van hetzelfde materiaal als de ferrule en heeft doorgaans dezelfde hardheid, in sommige gevallen 1 tot 2 HRC hoger. Soms worden er ook keramische materialen gebruikt voor de kogels, zoals siliciumnitride, aluminiumoxide en zirkoniumoxide.
Geplaatst op: 8 juni 2026
