УЗЕЛ МЕЖВАЛЬНОГО ПОДШИПНИКА Российский патент 1994 года по МПК F16C19/26 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям узлов межвального подшипника, например двухвального газотурбинного двигателя.

Известен узел межвального подшипника, содержащий концентрично расположенные валы с цапфами и смонтированный между валами на упомянутых цапфах радиальный роликовый подшипник качения с сепаратором, центрированным по наружном кольцу с бортами.

Недостатком известного узла является возникновение при работе межвального подшипника нерасчетных динамических нагрузок при переходе его из ненагруженного состояния с проскальзыванием роликов в нагруженное.

Процесс возникновения динамических нагрузок заключается в следующем.

Межвальный подшипник после прохождения роторами критических оборотов при запуске двигателя и при отсутствии эволюций самолета, не несет никакой расчетной нагрузки по причине гироскопической стабилизации положения осей быстровращающихся валов. При вращении роторов и связанных с ними колец межвального подшипника ролики прижимаются центробежной силой к наружному кольцу, теряют контакт с внутренним кольцом и начинают двигаться вместе с центрированным по наружному кольцу сепаратором как единое целое, проскальзывая без вращения над гладким без бортов внутренним кольцом. На критических оборотах или при эволюции самолета подшипники межвальных узлов могут нагружаться максимальной расчетной нагрузкой. Время перехода от ненагруженного к максимально нагруженному состоянию может быть весьма мало - возможно ударное нагружение. При нагружении ролики межвального подшипника, первыми попавшие под нагрузку, должны мгновенно раскрутиться и ударом изменить скорость вращения тяжелого, бронзового, кованого сепаратора с присоединенной к нему массой роликов еще не попавших под нагрузку. Только после того, как все ролики раскрутятся, начнется нормальная работа межвального подшипника. Процесс перехода межвального подшипника от проскальзывания к нормальной работе сопровождается значительными нерасчетными динамическими нагрузками и интенсивным износом с задирами роликов, колец и гнезд сепаратора. Задиры сопрягаемых поверхностей в подшипнике повышают его рабочую температуру, уменьшают зазор между сепаратором и наружным кольцом, по которому он центрируется, приводят к заеданию сепаратора и заклиниванию подшипника.

Целью изобретения является уменьшение динамических нерасчетных нагрузок межвального подшипника при переходе его из ненагруженного состояния с проскальзыванием роликов в нагруженное, предотвращение заклинивания межвального подшипника.

Это достигается тем, что в узле межвального подшипника, содержащем концентрично расположенные валы с цапфами и смонтированный между валами на упомянутых цапфах радиальный роликовый подшипник качения, в качестве последнего использован радиальный роликовый подшипник качения с сепаратором, центрированным по внутреннему кольцу.

При этом внутреннее кольцо может быть с бортами или без бортов.

На фиг. 1 представлен узел межвального подшипника с центрированием сепаратора по внутреннему кольцу; на фиг. 2 - вариант использования узла с внутренним кольцом, имеющим борты; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - узел I на фиг. 3.

Узел межвального подшипника содержит концентрично расположенные наружный 1 и внутренний 2 валы с цапфами. Наружный вал 1 опирается на подшипники 3 и 4, наружные кольца которых, установлены в неподвижных корпусах. Внутренний вал 2 имеет на одном своем конце схематично изображенную инерционную массу диска турбины 5 и опорный подшипник 6, наружное кольцо которого установлено в неподвижный корпус. На другом конце внутреннего вала 2 расположен межвальный подшипник, имеющий наружное кольцо 7, внутреннее кольцо 8, сепаратор 9 и ролики 10.

Узел работает следующим образом.

При вращении валов по причине гироскопической стабилизации положения оси быстровращающегося вала 2 нагрузка на межвальный подшипник уменьшается ниже допустимой. Но и при нулевой нагрузке раскручивание роликов происходит от действия на них крутящего момента пары сил трения (фиг. 4). Одна из сил трения F1 возникает в результате прижатия роликов центробежной силой к наружному кольцу, которое движется со скоростью, отличающейся от скорости внутреннего кольца. Другая сила возникает либо при трении центрированного по внутреннему кольцу сепаратора, притормаживающего ролики F2, либо при трении торцов роликов о борты внутреннего кольца F₃, либо того и другого одновременно.

Раскрутка роликов силами трения между деталями ненагруженного межвального подшипника вызывает их дополнительный износ. Но этот износ меньше чем износ нормально работающего под нагрузкой подшипника. Силы трения обеспечивают одновременно и непрерывную раскрутку роликов, уменьшают их проскальзывание и нерасчетные динамические нагрузки в момент перехода к нормальной работе под нагрузкой. Уменьшение динамических нагрузок устраняет повышенный износ с задирами на кольцах, роликах и сепараторе подшипника. Износ происходит равномерно. Отсутствие интенсивного износа с задирами на рабочих поверхностях деталей подшипника уменьшает его нагрев во время работы. Нагрев для подшипников с сепаратором центрированным по внутреннему кольцу не так опасен, как при сепараторе, центрированном по наружному кольцу, так как не приводит к заеданию сепаратора при его тепловом расширении и заклиниванию подшипника по этой причине.

Как видно из описания, технический результат достигается повышением трения в межвальном подшипнике, который ранее всегда старались всемерно уменьшать. Замена типа подшипника в узле межвального подшипника с "хорошего", имеющего наименьшее трение между деталями, на "плохой", имеющий большее трение, позволяет улучшить работу узла.

Использование изобретения позволяет устранить разрушение узлов межвальных подшипников и, в частности, связанные с ними авиакатастрофы, без изменения конструкции серийно выпускаемых двухвальных газотурбинных двигателей, только за счет применения другого типа подшипника. (56) Руководство по технической эксплуатации двигателя Д-30КУ, М. : Воздушный транспорт, 1987 г. , с. 108, рис. 79, рис. 72 вкладка, поз. 129.

Использование: в машиностроении, в частности в узлах межвальных подшипников двухвального газотурбинного двигателя. Сущность: в узле межвального подшипника использован радиальный роликовый подшипник с сепаратором, центрированным по внутреннему кольцу. Радиальный роликовый подшипник смонтирован на цапфах концентрично расположенным валам. Внутреннее кольцо подшипника выполнено безбортовым или с бортами. Технический результат изобретения: предотвращение задиров на роликах, кольцах и сепараторе, увеличение ресурса и предотвращение заклинивания подшипника, уменьшение динамических, нерасчетных нагрузок роликового радиального подшипника при переходе его из ненагруженного состояния с проскальзыванием роликов в нагруженное. 4 ил.

УЗЕЛ МЕЖВАЛЬНОГО ПОДШИПНИКА, содержащий концентрично расположенные валы с цапфами и смонтированный между валами на упомянутых цапфах радиальный роликовый подшипник качения, отличающийся тем, что в качестве подшипника качения использован радиальный роликовый подшипник качения с сепаратором, центрированным по внутреннему кольцу, при этом внутреннее кольцо подшипника выполнено безбортовым или с бортами.