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【航发科普】发动机和你一样,享受运动都离不开“关节”
发布:永利皇宫登录网址 来源:www.463.com       发布时间:2018-03-14

  气候转暖,正是舒筋活骨的好时节,大家开始纷纷走出户外,骑行,爬山,郊游……但是享受运动更要“安全第一”,尤其要护好关节等重要部位。因为人体关节发挥了支承、杠杆、缓冲等多重作用。几乎可以说,没有关节,人就无法运动。

  对于机械系统的“运动”而言,“关节”一样不可或缺,而人们习惯性地把“轴承”比作机械系统的“关节”。轴承就是给各种轴类结构(如转轴、传动轴等)起支承作用的部件的总称。

  古时候没有大型动力设备,人们为了移动大型石料(比如长城、金字塔上的巨石),通常在其底部放置若干圆木,推动石料,利用圆木的滚动实现石料的前移。这与现代滚动轴承的设计初衷是一致的——轴承是把具有相对转动,或者允许有相对转动的两个部件之间联系在一起,以高效、平稳的实现支承作用。

  早在欧洲文艺复兴时期,达芬奇就在绘制的手稿中展示过他所构想的轴承,与航空发动机的轴承结构非常接近。

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       轴承虽是零部件,但它的精度、性能、寿命和可靠性对航空发动机的精度、性能和可靠性起着决定性的作用。

  现代工业中,较为常见的轴承类型有滚动轴承、油膜轴承、电磁轴承、气浮轴承等。综合考虑传动效率、结构可靠性、振动、润滑等方面的要求,航空发动机采用的轴承主要是滚动轴承,集中应用在两个主要部位——传动系统和转子系统。

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       转子系统轴承支承着整个航空发动机最核心的系统,通常称作主轴承。先进航空发动机技术的发展要求动力传输系统要经得住高温、高速以及激烈的状态变化,这对发挥支承作用的主轴承提出了苛刻要求——发动机主轴承必须要有高DN值(轴承内径与转速的乘积大于3×106mm·r/min),工作温度达300℃ 以上,未来甚至要求重载工况承受的推力载荷大于45000N。

  如果把航空发动机转子系统比作一位芭蕾舞者,那么主轴承就是她的足尖,优雅的旋转、绝佳的平衡莫不与其息息相关。主轴承一旦失效,轻则导致系统精度降低、振动加剧和稳定性变差,重则可能导致轴承咬死使发动机受损。目前,一些先进航空发动机主轴承的寿命能达到1万小时以上。

  正如精湛的舞姿需要付出超常的努力,主轴承也需要经过千锤百炼,要克服材料选择、结构设计、润滑设计、可靠性设计等诸多难题,才能保证其绝佳性能。

  根据滚动体的形状,航空发动机主轴承又可以分为圆柱滚子轴承和角接触球轴承。主轴承的外圈通常都会加工出一些特殊的结构,这样处理既可以减重,又便于与发动机其他部件进行配装。

  轴承的内环通常做成分半式的,如角接触球轴承的内圈就是分成两半的。这种设计不仅仅是为了便于装配,更重要的是使轴承在承受机动载荷时仍能实现平稳可靠的支承作用。

  总之,轴承不仅仅只是表面上看起来几个组件装配而成的结构,这个小部件有一个大世界,它涉及材料、工艺、运动学、动力学、摩擦学、传热学、流体力学等诸多方面,而这些通常看不到的技术细节都是决定轴承性能的关键。(永利皇宫研究院 基础与应用研究中心 张学宁)
  

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