燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(第二版)第5章

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)（第二版）第5章軸承，封嚴(yán)，附件傳動(dòng)劉成英5.1轉(zhuǎn)子支承方案轉(zhuǎn)子支承方案在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子通過支承結(jié)構(gòu)支承于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣上。轉(zhuǎn)子上承受的各種負(fù)荷（如氣體軸向力、重力、慣性力及慣性力矩等）由支承結(jié)構(gòu)承受并傳至發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣上，最后由機(jī)匣通過安裝節(jié)傳至飛機(jī)構(gòu)件中。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子采用幾個(gè)支承結(jié)構(gòu)（支點(diǎn)），安排在何處，稱為轉(zhuǎn)子支承方案。作用在轉(zhuǎn)子上的力轉(zhuǎn)子支承方案的表示方法（簡圖和代號）：在研究轉(zhuǎn)子支承方案時(shí)，均將復(fù)雜的轉(zhuǎn)子簡化成能表征其特點(diǎn)的轉(zhuǎn)子支承方案簡圖，在簡圖中小圓圈表示滾珠軸承，小方塊表示滾棒軸承。轉(zhuǎn)子支承方案的表示方法（簡圖和代號）：轉(zhuǎn)子支點(diǎn)的數(shù)目與位置，常用轉(zhuǎn)子支承方案代號來表示。兩條前后排列的橫線分別代表壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子，兩條橫線前后及中間的數(shù)字表示支點(diǎn)的數(shù)目。例如：1－3－0表示：壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前有一個(gè)支點(diǎn)，渦輪轉(zhuǎn)子后無支點(diǎn)，壓氣機(jī)與渦輪轉(zhuǎn)子間有三個(gè)支點(diǎn)，整個(gè)轉(zhuǎn)子共支承于四個(gè)支點(diǎn)上。單轉(zhuǎn)子支承方案1)4支點(diǎn)方案1-3-0的四支點(diǎn)支承方案

在這種支承方案中，渦輪轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子間的聯(lián)軸器僅傳遞扭矩，考慮到兩個(gè)轉(zhuǎn)子的四個(gè)支點(diǎn)很難保證同心，因此采用了浮動(dòng)套齒的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)。浮動(dòng)套齒聯(lián)軸器2)3支點(diǎn)方案1-2-0的三支點(diǎn)支承方案3)2支點(diǎn)方案

1-0-1的兩支點(diǎn)支承方案

1-1-0的兩支點(diǎn)支承方案

0-2-0支承方案

1-0-1支承方案雙轉(zhuǎn)子和三轉(zhuǎn)子支承方案

多轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子數(shù)多，支承數(shù)目多，而且低壓轉(zhuǎn)子軸要從高壓轉(zhuǎn)子軸中心穿過，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但原則上仍以每個(gè)轉(zhuǎn)子分別進(jìn)行處理。與單轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)不同的是，有些支點(diǎn)不直接安裝在承力機(jī)匣上，而是裝在另一個(gè)轉(zhuǎn)子上，通過另一轉(zhuǎn)子的支點(diǎn)將負(fù)荷外傳，由于這個(gè)支點(diǎn)是介于兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的，所以稱為中介支點(diǎn)。中介支點(diǎn)中的軸承，則稱為中介軸承或軸間軸承。在多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)中，采用中介支點(diǎn)，可使發(fā)動(dòng)機(jī)長度縮短，承力機(jī)匣數(shù)減少。但是軸間軸承的潤滑較困難，軸承工作條件較差，而且裝拆也比較復(fù)雜。

低壓轉(zhuǎn)子：0－1－1高壓轉(zhuǎn)子：1－1－0JT9D發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方案

低壓轉(zhuǎn)子：0－2－1高壓轉(zhuǎn)子：1－1－0

PW4000發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方案

低壓轉(zhuǎn)子：0－2－1高壓轉(zhuǎn)子：1－0－1CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子支承方案簡圖

低壓轉(zhuǎn)子：0－2－1

中壓轉(zhuǎn)子：1－2－0高壓轉(zhuǎn)子：1－0－1

RB211三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方案自由渦輪式渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方案通常有兩種，如圖所示。（a）所示的支承方案中，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子軸和自由渦輪轉(zhuǎn)子功率輸出軸前、后并列，功率輸出軸只得向后方向傳動(dòng)，這不僅增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的長度，而且給轉(zhuǎn)子的平衡帶來苛刻的要求，軸系支承、潤滑和傳動(dòng)復(fù)雜。（b）所示的支承方案中，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子軸和自由渦輪轉(zhuǎn)子功率輸出軸同心向前傳動(dòng)，從而縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向尺寸，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子的剛性，簡化了軸系設(shè)計(jì)。止推支點(diǎn)在轉(zhuǎn)子中的位置

轉(zhuǎn)子上的止推支點(diǎn)除承受轉(zhuǎn)子的軸向負(fù)荷、徑向負(fù)荷外，還決定了轉(zhuǎn)子相對于機(jī)匣的軸向位置，因此每個(gè)轉(zhuǎn)子只能有一個(gè)止推支點(diǎn)。由于此支點(diǎn)所承受的負(fù)荷較大，一般應(yīng)置于溫度較低的地方。例如，在兩支點(diǎn)的轉(zhuǎn)子上，止推支點(diǎn)應(yīng)是轉(zhuǎn)子的前支點(diǎn)；在三支點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，止推支點(diǎn)最好置于壓氣機(jī)之后。這種安排，不僅可以使軸承在較低的溫度環(huán)境下工作，也使轉(zhuǎn)子相對機(jī)匣的軸向膨脹分配在壓氣機(jī)與渦輪兩端，使兩端的軸向錯(cuò)移量較小。轉(zhuǎn)子聯(lián)接與聯(lián)軸器

聯(lián)軸器是將壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子與渦輪轉(zhuǎn)子聯(lián)成—體的組合件。不同的轉(zhuǎn)子支承方案對聯(lián)軸器的功用有不同的要求。在有各自的止推支點(diǎn)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、渦輪轉(zhuǎn)子的四支點(diǎn)承力方案中，聯(lián)軸器僅傳遞扭矩；在只有一個(gè)止推支點(diǎn)的四支點(diǎn)支承方案中，聯(lián)軸器不僅要傳遞扭矩．而且還要傳遞軸向力；在大多數(shù)三支點(diǎn)轉(zhuǎn)子的支承方案中．不僅要求聯(lián)軸器傳遞渦輪轉(zhuǎn)子的扭矩、軸向力、徑向力．而且要求在兩聯(lián)接軸不同心時(shí)，能保證良好的工作。這三種支承方案中的聯(lián)軸器，均允許渦輪轉(zhuǎn)子相對壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸線有一定的傾斜。這種聯(lián)軸器稱為柔性聯(lián)軸器。在二支點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中．聯(lián)軸器僅傳遞軸向力與扭矩，需將壓氣機(jī)軸與渦輪軸剛性地聯(lián)成一體．這種聯(lián)軸器稱為剛性聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的設(shè)汁應(yīng)滿足傳遞負(fù)荷的耍求，并能保證在不共軸條件下，工作可靠及裝拆方便。

剛性聯(lián)軸器套齒式剛性聯(lián)物器渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子并采用兩個(gè)支點(diǎn)．因此需采用剛性聯(lián)軸器將渦輪轉(zhuǎn)子與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)接成一體。

2．圓柱面定心，短螺拴連接的剛性聯(lián)軸器

3．圓弧端齒聯(lián)軸器

柔性聯(lián)軸器帶有球形接頭的套齒聯(lián)軸器

WP8發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子與渦輪轉(zhuǎn)子間的聯(lián)接采用了帶球形接頭的套齒式聯(lián)鈾器。這是一種典型的球頭式柔性聯(lián)軸器，它能傳遞軸向力、扭矩、徑向力(作為渦輪軸的前支點(diǎn))。當(dāng)三個(gè)支點(diǎn)不在同一軸線上時(shí)，還能允許適當(dāng)?shù)钠珨[。這種聯(lián)軸器的工作可靠性好，但構(gòu)造復(fù)雜，笨重，裝配不便。帶有半球形接頭的套齒聯(lián)軸器3.具有浮動(dòng)球形墊圈的套齒聯(lián)軸器

WP7發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器采用了具有浮動(dòng)球形墊圈的套齒聯(lián)軸器。與上述兩種聯(lián)軸器不同之處在于球形結(jié)構(gòu)并未定心在渦輪軸或壓氣機(jī)后軸頸上，而是浮動(dòng)于兩軸間，成為浮動(dòng)球形墊圈。這是因?yàn)閃P7發(fā)動(dòng)機(jī)中，低壓渦輪軸與壓氣機(jī)軸線間不同軸的偏斜角大約為7。47’’，而套齒又采用了小直徑大寬度的設(shè)計(jì)，這時(shí)只能用較大的側(cè)向嚙合齒隙(0.18-0.31mm)．為了不使其他零件限制兩轉(zhuǎn)子間的徑向位置，所以采用浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，以保證渦輪轉(zhuǎn)子沿球面偏斜時(shí)不受約束。

綜上所述，聯(lián)軸器的功用決定于支承方案，其具體結(jié)構(gòu)與它的功用有關(guān)，也和各部位的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。聯(lián)軸器的型式雖然有多種．但設(shè)計(jì)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮以下方而：

(1)根據(jù)承力方案的要求．可靠地傳遞負(fù)荷(如扭矩、軸向力、徑向力)，且在不共軸時(shí)能可靠地工作。

(2)所有零件需可靠地定心及周向定位．保證良好的平衡性．同時(shí)各零件還需軸向固定和鎖緊。

(3)拆裝方便。5.2支承結(jié)構(gòu)組成：軸承、滑油供入及回油結(jié)構(gòu)、封嚴(yán)裝置軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類滾動(dòng)軸承：軸承的功用：支承發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子;將轉(zhuǎn)子的各種負(fù)荷傳遞到承力機(jī)匣上。軸承的工作原理：將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。因?yàn)闈L動(dòng)摩擦的摩擦力小于滑動(dòng)摩擦的摩擦力。軸承的分類：按承受載荷的方向可分為：

軸承可分為向心型軸承和推力型軸承兩大類。向心軸承只能承受徑向載荷，有的向心軸承承受徑向載荷的同時(shí),還能承受不大的軸向載荷;推力軸承只能用來承受軸向載荷。按滾動(dòng)體的形狀可分為：滾動(dòng)軸承分為滾珠軸承和滾棒軸承。滾棒軸承分為圓柱滾棒軸承、圓錐滾棒軸承等。滾動(dòng)軸承的組成：

由內(nèi)圈、外圈，一組滾動(dòng)體（滾珠或滾棒）和保持架組成。內(nèi)圈通常裝在軸上，與軸緊配合，并與軸一起旋轉(zhuǎn)。

內(nèi)套圈外表面上有供滾珠或滾棒滾動(dòng)的溝槽，稱內(nèi)溝或內(nèi)滾

道。

外圈通常在軸承座或機(jī)械殼體上，與軸承座孔成過渡配合，起支撐滾珠和滾棒的作用。

有些軸承是外圈旋轉(zhuǎn)，內(nèi)圈固定而起支撐作用。外圈內(nèi)表面上也有供滾珠或滾棒滾動(dòng)的溝槽，稱外溝或外滾道。

滾動(dòng)體在內(nèi)圈和外圈的滾道之間滾動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)過程中允許其發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)體的大小和數(shù)量決定著軸承的承載能力。

保持架把軸承的一組滾動(dòng)體均勻相互隔開，以避免互相碰撞和摩擦，并使每個(gè)滾動(dòng)體均勻和輪流地承受相等的載荷。“擠壓油膜”式軸承：目的：在某些發(fā)動(dòng)機(jī)上，為了盡量減少從旋轉(zhuǎn)組件傳向軸承座的動(dòng)力負(fù)荷的影響，采用了“擠壓油膜”式軸承。形式：在軸承外圈和軸承座之間留有很小的間隙，該間隙中充滿了滑油。滑油來自滑油系統(tǒng).該油膜阻尼了旋轉(zhuǎn)組件的徑向運(yùn)動(dòng)及傳向軸承座的動(dòng)力載荷，因此減低了發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)及疲勞損壞的可能性。軸承需要滑油潤滑和冷卻潤滑的方法有兩種:一種是直接潤滑法,另一種是間接潤滑法。直接潤滑法是通過一個(gè)標(biāo)定孔供應(yīng)一定溫度和壓力的滑油，孔的尺寸確定了在各種工況下的流量。保持滑油干凈十分重要，噴油孔前，供油路上安裝有若干油濾和濾網(wǎng)。間接潤滑法是滾道下潤滑方法,滑油噴霧在空心轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)壁,由于離心力滑油停留在壁上,然后滑油通過軸和軸承內(nèi)滾道上的孔向外流動(dòng),在保持架離開軸承。這種方法比直接潤滑帶走的熱量多。5.3封嚴(yán)的作用和形式封嚴(yán)作用：封嚴(yán)是對轉(zhuǎn)動(dòng)部件和非轉(zhuǎn)動(dòng)部件間的泄漏進(jìn)行控制封嚴(yán)：接觸式非接觸式接觸式封嚴(yán)：皮碗、漲圈、浮動(dòng)環(huán)、端面石墨、徑向石墨、刷式密封非接觸式封嚴(yán)：螺旋槽、篦齒、液力、氣膜密封（1）篦齒封嚴(yán)：采用斜齒和高階梯相結(jié)合的方式可使泄漏量減少17%。這是因?yàn)椋孩俚缎误鲀A斜度的增加使得封嚴(yán)腔環(huán)流量增加，進(jìn)而造成刀形齒處氣流的停滯面積增大，齒尖周圍流線的彎曲度加②高階梯截面形成的氣流通道更為曲折，流量也隨之增加，使得紊流粘滯損失增加；③傾斜篦齒造成了一節(jié)流過程，氣流流經(jīng)邊緣更為鋒利的篦齒，減小了有效面積和單個(gè)篦齒的流量系數(shù)。（外部氣流壓力高于內(nèi)部氣流壓力）篦齒封嚴(yán)傾斜篦齒封嚴(yán)（2）浮動(dòng)環(huán)封嚴(yán)裝置（3）液壓封嚴(yán)件(4)石墨封嚴(yán)

石墨封嚴(yán)是利用石墨環(huán)與轉(zhuǎn)子相接觸來達(dá)到封嚴(yán)的目的，它是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)較為理想的密封裝置。石墨封嚴(yán)主要用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)軸承位置和輔助裝置處?？偟膩砜?，石墨封嚴(yán)的密封效果好，壽命長，泄漏量小，甚至完全不泄漏，尤其是在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速條件下仍能保證可靠的密封性能，這是其它類型密封裝置所不具備的。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，石墨封嚴(yán)的石墨環(huán)與軸和葉片本身無直接相對摩擦，石墨有自我潤滑作用，在潤滑條件不良的情況下仍能可靠工作，加之石墨摩擦系數(shù)小，因此當(dāng)石墨環(huán)磨損時(shí)，與之相配合的軸和葉片能完整無損。(5)刷式封嚴(yán)：

刷式封嚴(yán)是一種接觸式密封裝置，主要由刷絲、前板、背板組成。

刷絲夾在前板和背板之間，采用焊接工藝將三者焊接成一體。單級刷式封嚴(yán)的工作壓力一般低于0.5MPa，但多個(gè)單級刷式封嚴(yán)串聯(lián)起來形成多級刷式封嚴(yán)，可提高其整體耐壓能力。5.4附件傳動(dòng)裝置發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和附件傳動(dòng)齒輪箱組成在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，除了進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、尾噴管等主要部件外，還有一些保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作所需的各種附屬系統(tǒng)，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，如起動(dòng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和飛機(jī)系統(tǒng)（如液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等）中，有一些發(fā)動(dòng)機(jī)附件（如滑油泵、燃油泵等）和飛機(jī)附件（如液壓泵、發(fā)電機(jī)等）有一定的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求，需要由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子來驅(qū)動(dòng)。這些附件一般都裝在專門的附件傳動(dòng)機(jī)匣上，該附件傳動(dòng)機(jī)匣直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，通常有一個(gè)或幾個(gè)附件傳動(dòng)機(jī)匣或稱為附件傳動(dòng)齒輪箱。將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的功率、轉(zhuǎn)速傳輸?shù)礁郊Ⅱ?qū)動(dòng)附件以一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向工作的齒輪輪系及傳動(dòng)軸的組合體，稱為附件傳動(dòng)裝置。在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)附件的功率約占渦輪功率的0.2～0.5%，傳動(dòng)飛機(jī)附件的功率約占渦輪功率的0.3～0.6%，一臺大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件傳動(dòng)所消耗的功率可達(dá)3.0～3.7kw（400～500馬力）。附件及其傳動(dòng)裝置的重量約占發(fā)動(dòng)機(jī)重量的15～20%。附件傳動(dòng)裝置一般由中心傳動(dòng)裝置和外部傳動(dòng)裝置兩部分組成。結(jié)構(gòu)一般由內(nèi)部（中心）傳動(dòng)裝置和外部傳動(dòng)裝置組成。中心傳動(dòng)裝置外部傳動(dòng)裝置內(nèi)部傳動(dòng)裝置：將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榕c發(fā)動(dòng)機(jī)軸線相垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)。以便將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的一部分功率傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)外。中心傳動(dòng)裝置一般由一對錐型齒輪1和2組成。外部傳動(dòng)裝置：將垂直于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檩S向的轉(zhuǎn)動(dòng)，并將傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)外的功率分配給各附屬系統(tǒng)。外部傳動(dòng)裝置一般由一對錐型齒輪3和4組成。結(jié)構(gòu)

內(nèi)部齒輪箱作用將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榕c發(fā)動(dòng)機(jī)軸線相垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)。以便將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的一部分功率傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)外。內(nèi)部齒輪箱由哪個(gè)轉(zhuǎn)子來驅(qū)動(dòng)，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的難易程度。一般來說，雙轉(zhuǎn)子和三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部齒輪箱由高壓轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)。分類發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)發(fā)生軸向移動(dòng)，則兩個(gè)錐齒會(huì)出現(xiàn)軸向移動(dòng)，從而影響傳動(dòng)效果。在布局一對錐型齒輪時(shí)，為了避免兩個(gè)齒輪出現(xiàn)軸向間隙，一般可采用三種傳動(dòng)方案。分類直接傳動(dòng)最簡單的傳動(dòng)方案水平錐齒輪直接固定在壓氣機(jī)軸上，徑向錐齒輪直接固定在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部承力結(jié)構(gòu)上。優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)部件最少缺點(diǎn)：為保證工作時(shí)水平錐齒輪和徑向錐齒輪的軸向間隙，水平錐齒輪應(yīng)盡可能裝在靠近壓氣機(jī)軸上的止推支點(diǎn)（滾珠軸承），以定位水平錐齒輪，使水平錐齒輪不會(huì)