Способ динамической оценки состояния шарикоподшипника опоры ротора авиационного двигателя

0 П И С А Н И Е и)958892ИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 629.7. .036.3 (088.8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень34Дата опубликования описания 15.09.82 ив делам изееретеиий и етирмтий(54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНЙЯ ШАРИКОПОДШИПНИКА ОПОРЫ РОТОРА АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ1Изобретение относится к авиационному газотурбинному двигателестроению.Шарикоподшипник опоры ротора является одним из наиболее ответственных узлов, определяющих надежность и его ресурс. Работоспособность подшипника зависит от осевой и радиальной нагрузок, частоты вращения, смазки и перекоса колец.Известен способ оценки состояния шарикоподшипника опоры ротора авиационного двигателя путем измерения нагрузок на него с помощью установленного в опоре гидравлического или тензометрического динамо- метра 1.Однако этот способ позволяет измерить лишь очень ограниченное число параметров подшипника и поэтому приближенно оценить состояние шарикоподшипника.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ динамической оценки состояния шарикоподшипника опоры ротора авиационного двигателя, включающий определение нагрузок на шарикоподшипник и измерение количества шариков, прокатившихся через фиксированное сечение шарикоподшип ника за базовое число его оборотов, при фиксированных внешних условиях работы двигателей и параметрах смазки 2.Однако этот способ не позволяет определять на работающем двигателе перекос 5 колец шарикоподшипника.Цель изобретения - определение перекоса колец шарикоподшипника на работающем двигателе.Указанная цель достигается тем, чтодополнительно воспроизводят условия работы шарикоподшипника в опоре двигателя на модельной установке, измеряют на ней момент перекоса колец шарикоподшипника, углы взаимного расположения плоскостей перекоса колец и количество шариков, про 5 катившихся через фиксированное сечениешарикоподшипника на базовое число оборотов, по результатам измерений на модельной установке и количеству щариков, измеренному на двигателе, определяют зависимость угла расположения плоскостей перекоса колец и нагрузок шарикоподшипника от момента перекоса, повторяют цикл этих операций на модельной установке при изменении параметров смазки шарикоподшипника и по полученным зависимостям определяют параметры перекоса колец шарикоподшипника в опоре двигателя.На фиг. 1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - пространственная схема векторов осевой и радиальной нагрузок Га и Гс, угловой скорости вращения ротора й и момента М перекоса колец; на фиг. 4 - схема нагружения в произвольном случае, если плоскость перекоса колец и плоскость нагрузок шарикоподшипника не совпадают; на фиг. 5 - полученные на установке экспериментальные зависимости количества Хщ шариков от момента М перекоса колец шарикоподшипника, например, опоры ротора компрессора двигателя Д; на фиг. 6 - зависимость от момента М перекоса угла р расположения плоскости перекоса колец относительно плоскости нагрузок подшипника, соответствующая замеренному на двигателе количеству шариков; на фиг. 7 - график заисимости количества шариков от момента М перекоса, полученные для подшипника на установке в условиях работы подшипника, соответствующих условиям его работы на двигателе; на фиг. 8 - то же, при новой температуре масла; на фиг, 9 - то же, при третьем значении температуры масла; на фиг. 10 - совмещенный график зависимости от параметров перекоса М и СГ.Модельная установка содержит корпус, включающий основание 1, крышку 2, вал 3, установленный в корпусе на испытуемом и опорном подшипниках 4 и 5, узел осевого нагружения, имеющий гидроцилиндр 6, узел радиального нагружения, состоящий из гидроцилиндра 7 и каретки 8, опирающейся на вал 3 через роликоподшипники 9 узел создания перекоса колец, включающий стакан 10 и гидроцилиндр 11.Плоскость разъема корпуса установки горизонтальна и проходит через ось вала 3, который приводится во вращение рессорой 12, соединенной с электроприводом, обеспечивающим бесступенчатое изменение частоты вращения вала в широком диапазоне (не показан).Наружное кольцо испытуемого шарикоподшипника 4 закреплено в стакане 10, цапфы 13 которого установлены в подшипниках 14, общая ось которых перпендикулярна оси, вала 3, лежит в плоскости разъема корпуса и проходит через среднюю плоскость подшипника. На периферии стакана 10 размешен рычаг 15, взаимодействующий с гидроцилиндром 11 для создания перекоса.Плоскость создания перекоса, его направление и направление осевой нагрузки на установке постоянны. Для обеспечения возможности изменения направления перекоса относительно плоскости направлений осевой и радиальной нагрузок гидроцилиндр 7 радиального нагруМения закреплен на втулке 16, установленной в корпусе установкиР.аГ 25 где РГ - усилие, создаваемое гидроцилиндром 7;а и 1 - расстояние от опорного подшипни 30ка 5 до оси гидроцилиндра 7 ииспытуемого шарикоподшипника 4.Перекос наружного кольца шарикоподшипника 4 относительно внутреннего создается воздействием на конец рычага 15 гидроцилиндром 11.з 5 Момент перекоса М = Р С,где Рп - усилие, создаваемое гидроцилиндром 11;С - расстояние между осями гидроцилиндра 11 и цапф 13 стакана 10.Перекос колец шарикоподшипника 4обеспечивают медленным вращением втулки 16 через передачу 18 от привода 19.Для изменения направления перекоса относительно плоскости нагрузок включаютпривод 19 вращения втулки 16 и при дости 45 жении гидроцилиндром 11 требуемого углового положения относительно плоскостиперекоса отключают привод 19.Таким образом, на установке может бытьустановлено любое относительное положениемежду направлением нагрузок, воспринимаемых подшипником, направлением еговращения и направлением перекоса колец,Установка позволяет создать для подшипника условия работы идентичные тем,в которых он находится при работе на двигателе.Перекос колец подшипника 4 опоры ротора газотурбинного двигателя характеризуется по величине моментом сил, перекашивающих наружное кольцо относительно на подшипниках 17 и связанный посредствомзубчатой передачи 18 с приводом 19. Идентичность посадки наружного кольца испытуемого шарикоподшипника 4 на двигателеи установке обеспечивается использованиемдетали 20 опоры двигателя для закреплениякольца в стакане 10.Модельная установка работает следующим образом.Устанавливают шарикоподшипники 410 двигателя на модельную установку, сохраняя условия работы подшипника в опоредвигателя, посадку колец, температуру масла и т, д,Воспроизводят на установке приложениенагрузок идентичных нагрузкам на шарикоподшипник 4, измеренных на двигателе.При этом осевую нагрузку Гсоздаютгидроцилиндром 6, воздействующим на наружное кольцо опорного подшипника 5,Радиальную нагрузку Г, создают гидро 20 цилиндром 7, воздействующим на каретку 8,опирающуюся на вал 3 через роликоподшипники 9,Радиальная нагрузка Г, испытуемогошарикоподшипника 4 равна1 о Формула изобретения 50 внутреннего в плоскости оси подшипника (моментом перекоса М), а по направлению углом расположения плоскости перекоса относительно плоскости осевой и радиальной нагрузок подшипника (например, углом Ч, отсчитываемым в направлении вращения подшипника от вектора М момента перекоса до вектора произведения радиальной нагрузки на вектор осевой нагрузки Ръ, Г).Способ динамической оценки состояния шарикоподшипника 4 опоры ротора авиационного двигателя осуществляется в следующей последовательности.На интересующем режиме работы двигателя определяют осевую и радиальную нагрузки шарикоподшипника 4, измеряют количество шариков Иш, прокатившихся через фиксированное сечение шарикоподшипника 4 за базовое число его оборотов. При этом фиксируют частоту вращения и параметры смазки подшипника: температуру и расход смазки на подшипник (перепад давления на срезе смазочных форсунок).После этого ставят шарикоподшипник 4 двигателя на модельную установку, дополнительно воспроизводят условия работы подшипника 4 в опоре двигателя на этой установке: посадка колец, приложение нагрузок, подвод и температуру масла, воспроизводят на установке условия работы подшипника на интересующем режиме работы двигателя (измеренные осевую и радиальную нагрузки, частоту вращения и условия смазки) и при фиксированном изменении моментов и углов взаимного расположения плоскостей перекоса колец и нагрузок шарикоподшипника 4 вновь измеряют количество шариков И, прокатившихся через фиксированное сечение подшипника за то же базовое число оборотов, измеряя момент перекоса колец и углы взаимного расположения плоскостей перекоса колец.По результатам измерений на модельной установке и количеству шариков, измеренному на двигателе (фиг. 5), определяют зависимость угла расположения плоскостей перекоса колец и нагрузок шарикоподшипника от момента перекоса (фиг. 6).Повторяют все вышеперечисленные операции на модельной установке при изменении параметров смазки (например, температуры масла) и получают графики зависимостей, при температуре масла 70 С (фиг. 7), 85 С (фиг. 8) и 45 С (фиг. 9).. Совмещают эти графики (фиг. 10) и по точке их пересечения (общей точке) находят действительные параметры перекоса 2 О 25 зо Э 5 4 о 45 колец шарикоподшипника в опоре двигателя.Аналогичные результаты мегут быть получены, если менять условия смазки за счет установки в опору и на модельную установку последовательно нескольких однотипных подшипников.Результаты определения параметров перекоса колец шарикоподшипника на работающем двигателе, получаемые при.реализации предлагаемого способа, позволяют проводить тщательные исследования всех аспектов работоспособности и надежности шарикоподшипника и разрабатывать самые эффективные мероприятия по повышению ресурса подшипника и двигателя в целом. Способ динамической оценки состояния шарикоподшипника опоры ротора авиационного двигателя, включающий определение нагрузок на шарикоподшипник и измерение количества шариков, прокатившихся через фиксированное сечение шарикоподшипника за базовое число его оборотов, при фиксированных внешних условиях работы двигателя и параметрах смазки, отличающийся тем, что, с целью определения перекоса колец шарикоподшипника на работающем двигателе, дополнительно воспроизводят условия работы шарикоподшипника в опоре двигателя на модельной установке, измеряют на ней момент перекоса колец шарикоподшипника, углы взаимного расположения плоскостей перекоса колец и количество шариков, прокатившихся через фиксированное сечение шарикоподшипника за базовое число оборотов, по результатам измерений на модельной установке и количеству шариков, измеренному на двигателе, определяют зависимость угла расположения плоскостей перекоса колец и нагрузок шарикоподшипника от момента перекоса, повторяют цикл этих операций на модельной установке при изменении параметров смазки шарикоподшипника и по полученным зависимостям определяют параметры перекоса колец шарикоподшипника в опоре двигателя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Надежность и ресурс авиационных газотурбинных двигателей. М., Машиностроение, 1969, с. 283. 2. Авторское свидетельство СССР574644, кл. б 01 Е 5/02, 1977.958892 иг. К 2 С 2 июне всексса Юп Фиг. Хйд Шарош едактор Н. Киштулинецаказ 6763/56ВНИИПИпо13035, Мфилиал ППП Составитель Е. КрТех ред А. БойкасТираж 887Государственного комлам изобретений и оква, Ж - 35, РаушскаПатент, г. Ужгород,Корректор МПодписноетета СССРкрытийнаб., д, 4/5л. Проектная, 4