Flugzeugtriebwerkslager
LagerTyp
Die Spindeldrehzahl des Flugzeugtriebwerks ist hoch, die Temperatur am heißen Ende ist hoch und dieLagerDa das Lager axiale und radiale Lasten aufnehmen muss, wird es in zwei Kategorien unterteilt: Axial-Drehpunktlager und Laufdrehpunktlager. Axial-Drehpunktlager verwenden üblicherweise Dreipunkt-Schrägkugellager, um axiale Lasten aufzunehmen und das axiale Spiel des rotierenden Stators zu kontrollieren. Laufdrehpunktlager nehmen nur radiale Lasten auf, da sich der Rotor aufgrund der thermischen Ausdehnung und Kontraktion in axialer Richtung bewegt.ZylinderrollenlagerÜblicherweise werden solche ohne Ränder am äußeren oder inneren Ring verwendet.
Die Getriebe von Triebwerkszubehörteilen in Flugzeugen werden üblicherweise über Stirnräder angetrieben, die Lager nehmen nur Radialkräfte auf und die thermische Ausdehnung des Rotors ist gering, daherZylinderrollenlagerUndRillenkugellagerwerden hauptsächlich ausgewählt.
Das Untersetzungsgetriebe überträgt eine große Leistung, die teilweise über Schrägverzahnung übertragen wird, und die Lager müssen sowohl Radial- als auch Axiallasten aufnehmen können, daherZylinderrollenlager, Rillenkugellagerund DreipunktewurfSchrägkugellagerwerden hauptsächlich ausgewählt.
Flugzeugtriebwerke verwenden Dreipunkt-Winkelkugellager undZylinderrollenlager.
Dreipunkt-Winkelkugellager
Beim Betrieb des Triebwerks entstehen auf der Spindel Radial- und Axialkräfte. Um die Radialkräfte, die sich aus der Überlagerung der Unwuchtkräfte der einzelnen Wellen und der hohen Rotationsgeschwindigkeit ergeben, aufzunehmen, werden üblicherweise Kugellager am Drehpunkt vor der Spindel angebracht. Gleichzeitig tragen sie die Differenz der Axialkräfte zwischen der pneumatischen Kraft des Lüfters und des Verdichters nach vorne und der pneumatischen Kraft der Turbine nach hinten.
Vergleicht man die Struktur von Rillenkugellagern und Dreipunkt-Schrägkugellagern, so ist die Mitte der Innenringnut des Dreipunkt-Schrägkugellagers mit einer axialen Exzentrizität Lo versehen, wodurch sein axiales Spiel Ga und die Menge des Rotors in axialer Richtung geringer sind und das axiale Spiel des rotierenden Motors leichter kontrolliert werden kann.
Das Dreipunkt-Schrägkugellager verfügt über eine doppelte Halbinnenringkonstruktion. Durch die Trennbarkeit des Halbinnenrings können mehr Kugeln eingebaut werden, wodurch die Tragfähigkeit deutlich erhöht wird.
Vergleicht man die Struktur von Schrägkugellagern und Dreipunkt-Schrägkugellagern, so können Schrägkugellager nur einseitige Axiallasten aufnehmen. Sollen sie bidirektionale Axiallasten aufnehmen, müssen sie kombiniert werden, was mehr Platz benötigt und die Masse erhöht. Die doppelten und halben Innenringe von Dreipunkt-Schrägkugellagern hingegen können bidirektionale Axiallasten direkt aufnehmen. Dadurch lassen sich im Vergleich zu zweireihigen oder gruppierten Schrägkugellagern etwa 50 % Platz und Materialkosten einsparen. Zudem sind sie einfach zu montieren, was die Motorenkonstruktion erleichtert.
Der Käfig und die Kugelanordnung des Dreipunkt-Schrägkugellagers können vom Außenring getrennt werden, sodass ein einteiliger Vollkäfig verwendet werden kann, der eine höhere Festigkeit aufweist, für hohe Drehzahlen geeignet ist und eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit leichter zu erreichen ist; Gleichzeitig erleichtert die Struktur auch die Montage und Inspektion der Lager.
Im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Zylinderrollenlagern ist der Rollendurchmesser von Zylinderrollenlagern für Flugzeugtriebwerke kleiner, und ihre Vorteile sind folgende:
1) Es kann den Ölrührwiderstand der Walze bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb verringern;
2) Die Trägheitskraft ist gering;
3) Bei geringer Radialkraft kann ein ausreichender Anpressdruck aufrechterhalten werden, um ein Durchrutschen der Walzen zu vermeiden.
4) Da die Komponenten Hülse, Rolle und Käfig trennbar sind, kann ein massiver Käfig verwendet werden, der eine bessere Festigkeit und Hochgeschwindigkeitsstabilität aufweist.
ZylinderrollenlagerLager ohne Flansch im Innenring weisen üblicherweise eine größere Innenringbreite auf, um die axiale Bewegung zwischen Innen- und Außenring aufgrund der thermischen Ausdehnung zwischen Welle und Innenring sowie die relative Fluchtungsabweichung zwischen Innen- und Außenring infolge axialer Montagefehler der Rotorbaugruppe auszugleichen. Bei beengten Bauverhältnissen oder besonderen Anforderungen kann anstelle des flanschlosen Innenrings direkt die Welle oder das Lagergehäuse verwendet werden.
FlugzeugmotorZylinderrollenlagerBei Lagern mit geringer oder keiner Radialbelastung und sehr hoher Drehzahl neigen die Wälzkörper zum Schlupf und zur Reibung. Um Schlupf zu verhindern, werden häufig nicht-kreisförmige Laufbahnen verwendet, um die radiale Vorspannung des Lagers zu realisieren. Dabei kommt oft die Lastverteilung zweier typischer Lager mit nicht-kreisförmigen Laufbahnen zum Einsatz.
Lagermaterial
Die Betriebstemperatur des Triebwerksturbinenlagers ist sehr hoch, und es ist üblicherweise notwendig, das Lager mit einer Schmierölmenge von mehreren Litern pro Minute zu kühlen, aber die Betriebstemperatur des Lagers kann trotzdem etwa 250 °C erreichen.
Um den hohen Betriebstemperaturen gerecht zu werden, besteht der Lagerring üblicherweise aus 8Cr4Mo4V (M50)-Stahl oder einem anderen hochtemperaturbeständigen Wälzlagerstahl und wird einer Hochtemperaturvergütung unterzogen. Dadurch wird die Lagerfunktion auch dann gewährleistet, wenn die Lagertemperatur nach dem Motorstillstand 400 °C erreicht. Für die Wälzermüdungslebensdauer muss die Oberflächenhärte des Lagermaterials bei Raumtemperatur mindestens 60 HRC betragen. Der 8Cr4Mo4V-Stahl wird durch Wärmebehandlung gehärtet. Seine Zähigkeit ist jedoch geringer als die des Strukturmaterials, was bei hohen Zentrifugalkräften und Umfangsspannungen der Welle zu Rissen in der Lagerhülse führen kann. Daher müssen Lager mit einem dn-Wert über 2,5 × 10⁶ mm · U/min aus G13Cr4Mo4Ni4V (M50NiL)-Stahl gefertigt werden, der eine höhere Kernzähigkeit aufweist.
Das Käfigmaterial von Triebwerkslagern besteht üblicherweise aus Baustahl wie 40CrNiMoA (4030). Um den Verschleiß beim Anlauf zu minimieren, wird der Käfig versilbert. Die Wälzkörper bestehen aus dem gleichen Material wie die Lagerschale und weisen in der Regel die gleiche Härte auf, in manchen Fällen jedoch eine um 1–2 HRC höhere. Manchmal werden für die Kugeln auch Keramikwerkstoffe wie Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Zirkonoxid verwendet.
Veröffentlichungsdatum: 08.06.2026
