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航空機エンジン用ベアリング

ベアリングタイプ

航空エンジンのスピンドル速度は高く、ホットエンドの温度は高く、ベアリング軸方向荷重とラジアル荷重の両方を支える必要があるため、ベアリングはスラスト支点ベアリングとスイミング支点ベアリングの 2 つのカテゴリに分けられます。スラスト支点ベアリングは通常、3 ポイント アンギュラコンタクト ボール ベアリングを使用して軸方向荷重を支え、回転ステータの軸方向クリアランスを制御します。移動支点ベアリングはラジアル荷重のみを支え、熱膨張と収縮によりロータが軸方向に移動するからです。円筒ころ軸受外側または内側のリングに境界線がないものが一般的に使用されます。

 

航空エンジンのアクセサリーギアボックスは通常平歯車で駆動され、ベアリングはラジアル荷重のみを支え、ローターの熱膨張は小さいため、円筒ころ軸受そして深溝玉軸受主に選ばれる。

 

減速機ギアボックスは大量の動力を伝達し、その一部はヘリカルギアを使用するため、ベアリングはラジアル荷重とアキシャル荷重の両方を支える必要があるため、円筒ころ軸受, 深溝玉軸受そしてスリーポイントアンギュラコンタクトボールベアリング主に選ばれる。

 

航空エンジンは3点角度接触ボールベアリングを使用し、円筒ころ軸受。

三点接触式ボールベアリング

航空エンジンが作動すると、スピンドルにはラジアル荷重とアキシャル荷重が発生します。一般的に、スピンドルの前方の支点には一連のボールベアリングが設置され、各シャフトの不均衡な力と高速回転の重ね合わせによって生じるラジアル荷重を支えるとともに、ファンとコンプレッサーの前方の空気力とタービンの後方の空気力との間の差アキシャル荷重も支えます。

 

深溝玉軸受と三点アンギュラ玉軸受の構造を比較すると、三点アンギュラ玉軸受の内輪溝の中心には軸方向偏心Loが設けられており、これにより軸方向クリアランスGaと軸方向のローター量が小さくなり、エンジンの回転ストーバーの軸方向クリアランスの制御が容易になります。

 

3点式アンギュラ玉軸受は、二重半内輪構造を採用しており、半内輪分離設計により、より多くの玉を取り付けることが可能となり、耐荷重能力を大幅に向上させています。

 

アンギュラ玉軸受と三点アンギュラ玉軸受の構造を比較すると、アンギュラ玉軸受は一方向の軸方向荷重しか支えることができず、双方向の軸方向荷重を支える必要がある場合は組み合わせる必要があり、その分スペースを占有し質量が増加します。一方、三点アンギュラ玉軸受の二重および半内輪は双方向の軸方向荷重を直接支えることができ、二列またはグループ支持のアンギュラ玉軸受と比較して約50%のスペースと品質を節約でき、取り付けも容易なため、エンジン設計に便利です。

 

三点アンギュラ玉軸受の保持器とボールアセンブリは外輪から分離できるため、一体型のソリッド保持器を使用できます。これにより、強度が高く、高速回転に適しており、加工精度も向上しやすくなります。同時に、この構造により、軸受の取り付けと検査も容易になります。

 

円筒ころ軸受

一般的な機械式円筒ころ軸受と比較して、航空機エンジン用円筒ころ軸受のころ径は小さく、以下のような利点があります。

1) 高速運転時のローラーの油攪拌抵抗を低減できる。

2) 慣性力が小さい。

3) 半径方向の力が小さい場合、十分な接触圧力を維持できるため、ローラの滑りを防ぐことができる。

4) フェルール、ローラー、ケージの各部品は分離できるため、強度と高速安定性に優れたソリッドケージを使用できます。

 

円筒ころ軸受フランジのない内輪は、通常、シャフトとベアリングの内輪間の熱膨張による伸びによって生じる内輪と外輪間の軸方向の動き、および組み立て時のローターアセンブリの軸方向の組み立て誤差によって生じる内輪と外輪間の相対的なずれに対応するため、内輪幅が大きくなっています。設置スペースが狭い場合や特別な要件がある場合は、フランジのない内輪の代わりにシャフトまたはベアリングハウジングを直接使用できます。

 

航空エンジン円筒ころ軸受多くの場合、ラジアル荷重が小さいかまったくない動作条件に直面し、回転速度が非常に高いため、ローラーが滑りや摩擦を起こしやすくなります。滑りを防止するために、非円形軌道がよく使用され、ベアリングのラジアル予圧を実現します。2 つの代表的な非円形軌道ベアリングの荷重分布がよく使用されます。

 

ベアリング材

エンジンタービンベアリングの動作環境温度は非常に高く、通常は毎分数リットルの潤滑油でベアリングを冷却する必要があるが、それでもベアリングの動作温度は約250℃に達することがある。

 

高温動作条件を満たすために、ベアリングリングは通常、8Cr4Mo4V (M50) 鋼などの高温ベアリング鋼を使用し、高温焼戻し処理を施します。エンジン停止後にベアリング温度が 400 °C に達しても、ベアリングの性能を維持できます。転がり疲労寿命を満たすために、ベアリング材料の表面硬度は一般的に室温で 60 HRC 以上であることが求められます。8Cr4Mo4V 鋼は熱処理により全体的に硬化されますが、靭性は構造部品材料よりも低いため、フェルールの遠心力とシャフトの周方向応力が大きい場合にフェルールの亀裂が発生します。したがって、dn 値が 2.5×106 mm · r/min を超えるベアリングは、コア靭性が優れた G13Cr4Mo4Ni4V (M50NiL) 材料で作る必要があります。

 

航空機エンジン用ベアリングの保持器の材質は、一般的に40CrNiMoA（4030）などの構造用鋼で、始動時の摩耗を低減するために銀メッキを施す必要があります。転動体の材質はフェルールと同じで、硬度も一般的にフェルールと同じか、場合によってはフェルールより1～2HRC高いものもあります。ボールには、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック材料が使用されることもあります。