소식

항공기 엔진 베어링

베어링유형

항공기 엔진 스핀들 속도가 높고, 고온부 온도가 높으며,베어링축 방향 하중과 반경 방향 하중을 모두 견뎌야 하므로 베어링은 스러스트 베어링과 트래블링 베어링의 두 가지 범주로 나뉩니다. 스러스트 베어링은 일반적으로 3점 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 사용하여 축 방향 하중을 견뎌내고 회전하는 고정자의 축 방향 간극을 제어합니다. 트래블링 베어링은 반경 방향 하중만 견뎌야 하며, 회전자는 열팽창 및 수축으로 인해 축 방향으로 움직이기 때문에,원통형 롤러 베어링일반적으로 바깥쪽이나 안쪽 링에 테두리가 없는 디자인이 사용됩니다.

 

항공기 엔진 부속 기어박스는 일반적으로 스퍼 기어로 구동되며, 베어링은 방사형 하중만 지지하고 로터의 열팽창은 작기 때문에원통형 롤러 베어링그리고깊은 홈 볼 베어링주로 선택됩니다.

 

감속 기어박스는 많은 양의 동력을 전달하는데, 그중 일부는 헬리컬 기어를 사용하며, 베어링은 방사형 하중과 축 방향 하중을 모두 견뎌야 하므로,원통형 롤러 베어링, 깊은 홈 볼 베어링그리고 3점슛앵귤러 콘택트 볼 베어링주로 선택됩니다.

 

항공기 엔진은 3점 각도 접촉 볼 베어링을 사용합니다.원통형 롤러 베어링.

3점 각도 접촉 볼 베어링

항공기 엔진이 작동할 때, 스핀들에는 반경 방향 하중과 축 방향 하중이 발생하며, 일반적으로 스핀들 앞쪽의 받침점에 볼 베어링 세트가 설치되어 각 축의 불균형 힘과 고속 회전의 중첩으로 발생하는 반경 방향 하중을 지지하고, 동시에 팬과 압축기의 전방 공기압과 터빈의 후방 공기압 사이의 차압을 지지합니다.

 

깊은 홈 볼 베어링과 3점 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 구조를 비교해 보면, 3점 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 내륜 홈 중심에는 축 방향 편심도 Lo가 있어 축 방향 간극 Ga와 축 방향 회전량이 적어 엔진 회전축의 축 방향 간극을 제어하기가 더 용이하다.

 

3점 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 이중 반쪽 내륜 구조를 가지고 있으며, 반쪽 내륜 분리형 설계로 더 많은 볼을 장착할 수 있어 베어링 용량을 크게 향상시킵니다.

 

앵귤러 콘택트 볼 베어링과 3점 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 구조를 비교해 보면, 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 단방향 축 방향 하중만 지지할 수 있습니다. 양방향 축 방향 하중을 지지해야 하는 경우 여러 베어링을 조합해야 하므로 공간과 무게가 증가합니다. 반면, 3점 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 이중 및 반쪽 내륜 구조로 양방향 축 방향 하중을 직접 지지할 수 있어, 복열 또는 그룹 지지 방식의 앵귤러 콘택트 볼 베어링에 비해 공간과 부피를 약 50% 절감할 수 있으며 설치가 간편하여 엔진 설계에 유리합니다.

 

3점 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 케이지와 볼 어셈블리는 외륜과 분리할 수 있어 일체형 솔리드 케이지를 사용할 수 있습니다. 이는 강도가 높고 고속 회전에 적합하며 가공 정밀도를 높이기 용이합니다. 또한 이러한 구조 덕분에 베어링의 설치 및 검사가 더욱 편리해집니다.

 

원통형 롤러 베어링

일반 기계식 원통형 롤러 베어링과 비교했을 때, 항공기 엔진용 원통형 롤러 베어링은 롤러 직경이 더 작으며, 다음과 같은 장점이 있습니다.

1) 고속 작동 시 롤러의 오일 교반 저항을 줄일 수 있습니다.

2) 관성력이 작다;

3) 반경 방향 힘이 작을 경우 롤러 미끄러짐을 방지하기 위해 충분한 접촉 압력을 유지할 수 있습니다.

4) 페룰, 롤러 및 케이지 구성 요소를 분리할 수 있으므로 강도와 고속 안정성이 더 우수한 견고한 케이지를 사용할 수 있습니다.

 

원통형 롤러 베어링내륜에 플랜지가 없는 경우, 일반적으로 내륜 폭이 더 넓어야 하는데, 이는 축과 베어링 내륜 사이의 열팽창으로 인한 늘어남과 조립 시 로터 조립체의 축 방향 조립 오차로 인한 내륜과 외륜 사이의 상대적인 정렬 불량을 수용하기 위함입니다. 설치 공간이 협소하거나 특별한 요구 사항이 있는 경우에는 플랜지가 없는 내륜 대신 축이나 베어링 하우징을 직접 사용할 수도 있습니다.

 

항공기 엔진원통형 롤러 베어링작업 환경에서 반경 방향 하중이 작거나 전혀 없고 회전 속도가 매우 빠른 경우가 많으며, 롤러의 미끄러짐과 마찰이 발생하기 쉽습니다. 이러한 미끄러짐을 방지하기 위해 비원형 궤도를 사용하여 베어링의 반경 방향 예압을 구현하는 경우가 많으며, 대표적인 비원형 궤도 베어링 두 가지가 하중 분산에 널리 사용됩니다.

 

베어링 재질

엔진 터빈 베어링의 작동 환경 온도는 매우 높으며, 일반적으로 분당 수 리터의 윤활유로 베어링을 냉각해야 하지만, 베어링의 작동 온도는 여전히 약 250°C에 이를 수 있습니다.

 

고온 작동 조건을 충족하기 위해 베어링 링은 일반적으로 8Cr4Mo4V(M50) 강과 같은 고온 베어링 강을 사용하고 고온 템퍼링 처리를 합니다. 엔진 정지 후 베어링 온도가 400°C에 도달하더라도 베어링 성능을 유지할 수 있습니다. 구름 피로 수명을 충족하기 위해 베어링 재질의 표면 경도는 일반적으로 상온에서 60HRC 이상이어야 합니다. 8Cr4Mo4V 강은 전체적으로 열처리로 경화되지만, 구조 부품 재질보다 인성이 낮아 페룰의 원심력과 축의 원주 응력이 클 경우 페룰에 균열이 발생할 수 있습니다. 따라서 dn 값이 2.5×10⁶ mm·r/min을 초과하는 베어링은 코어 인성이 더 우수한 G13Cr4Mo4Ni4V(M50NiL) 재질로 제작해야 합니다.

 

항공기 엔진 베어링의 케이지 재질은 일반적으로 40CrNiMoA(4030)와 같은 구조용 강으로 만들어지며, 시동 시 마모를 줄이기 위해 케이지 표면에 은도금을 해야 합니다. 구름 요소는 페룰과 동일한 재질로 만들어지며, 경도 또한 일반적으로 페룰과 같고, 경우에 따라 1~2 HRC 정도 더 높습니다. 때로는 질화규소, 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹 재질을 사용하기도 합니다.