液體動(dòng)壓軸承
靠液體潤滑劑動(dòng)壓力形成液膜隔開兩摩擦表面并承受載荷滑動(dòng)軸承。液體潤滑劑是被兩摩擦面相對運(yùn)動(dòng)帶入兩摩擦面之間。產(chǎn)生液體動(dòng)壓力條件是:兩摩擦面有足夠相對運(yùn)動(dòng)速度;潤滑劑有適當(dāng)黏度;兩表面間間隙是收斂(這一間隙實(shí)際很小,圖1 油楔承載 中是夸大畫,相對運(yùn)動(dòng)中潤滑劑從間隙大口流向小口,構(gòu)成油楔。這種支承載荷現(xiàn)象通常稱為油楔承載
機(jī)械加工后兩摩擦表面微觀是凹凸不平,如圖1 油楔承載 中局部放大圖。正常運(yùn)輸液體動(dòng)壓軸承中,油膜最薄(即通稱最小油膜厚度)處兩表面微觀凸峰不接觸,兩表面沒有磨損。這時(shí)摩擦完全屬於油內(nèi)摩擦,摩擦系數(shù)可小至0.001。油黏度越低,摩擦系數(shù)越小,但最小油膜厚度也越薄。,油最低黏度受到最小油膜厚度限制。當(dāng)最小油膜厚度處兩表面微觀凸峰接觸時(shí),油膜破裂,摩擦和磨損都增大。摩擦功使油發(fā)熱而降低油黏度。為使油黏度比較穩(wěn)定,一般采用有冷卻裝置循環(huán)供油系統(tǒng)或油中加入能降低油對溫度敏感添加劑(見潤滑劑)。液體動(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停車過程中,因速度低不能形成足夠隔開兩摩擦表面油膜,容易出現(xiàn)磨損,制造軸瓦或軸承襯須選用能直接接觸條件下工作滑動(dòng)軸承材料。液體動(dòng)壓軸承要求軸頸和軸瓦表面幾何形狀正確光滑,安裝時(shí)精確對中。
液體動(dòng)壓軸承分液體動(dòng)壓徑向軸承和液體動(dòng)壓推力軸承。液體動(dòng)壓徑向軸承又分單油楔和多油楔兩類(見表 液體動(dòng)壓徑向軸承類型 )。
單油楔液體動(dòng)壓徑向軸承 軸頸周圍一個(gè)承載油楔軸承。圖2 單油楔軸承幾何參數(shù) 中是剖分式單油楔軸承。O 為軸承幾何中心,O 為承受載荷F 后軸頸中心。這兩中心連線稱為連心線。連心線與載荷作用線所夾銳角稱為偏位角。受載瓦面包圍軸頸角度稱為軸承包角。O 與O 之間距離稱為偏心距。軸承孔半徑R 與軸頸半徑之差稱為半徑間隙。與之比稱為相對間隙。與之比稱為偏心率。最小油膜厚度=-=(1-),所方位由確定。軸承寬度B (軸向尺寸)與軸承直徑之比稱為寬徑比。
油楔只能軸承包角內(nèi)生成。當(dāng)=0時(shí),O 與O 重合,軸承則不能(靠油楔)承載。載荷越大偏心率也越大。當(dāng)=1時(shí),最小油膜厚度為零,軸頸與軸承即直接接觸,這時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重摩擦和磨損。液體動(dòng)壓潤滑數(shù)學(xué)分析中,將油黏度 、載荷(單位面積上壓力)、軸轉(zhuǎn)速和軸承相對間隙合并而成無量綱數(shù)/2稱為軸承特性數(shù)。對給定包角和寬徑比軸承,軸承特性數(shù)偏心率函數(shù)。對已知工作狀況軸承,可由此函數(shù)關(guān)系求其偏心率和最小油膜厚度,進(jìn)而核驗(yàn)該軸承能否實(shí)現(xiàn)液體動(dòng)壓潤滑;也可按給定偏心率或最小油膜厚度確定軸承所能承受載荷。軸承特性數(shù)反映液體動(dòng)壓潤滑下載荷、速度、黏度和相對間隙之間相互關(guān)系:對載荷大、速度低軸承應(yīng)選用黏度大潤滑油和較小相對間隙;對載荷小、速度高軸承,則應(yīng)選用黏度小潤滑油和較大相對間隙。
相對間隙對軸承性能影響很大,除影響軸承承載能力或最小油膜厚度外,還影響軸承功耗、溫升和油流量 (圖3 單油楔軸承各參數(shù)與相對間隙關(guān)系 )。對不同尺寸和工作狀況軸承,都有最優(yōu)相對間隙范圍,通常為0.002~0.0002毫米。
軸承寬徑比是影響軸承性能又一重要參數(shù)。寬徑比越小,油從軸承兩端流失越多,油膜中壓力下降越嚴(yán)重,這會(huì)顯著降低軸承承載能力。寬徑比大時(shí),要求軸剛度大,與軸承對中精度高。通常取寬徑比為0.4~1。
單油楔軸承高速輕載時(shí)偏心率小,容易出現(xiàn)失穩(wěn),產(chǎn)生油(氣)膜振蕩。油膜振蕩能引起設(shè)備損壞等重大事故。,單油楔軸承多用於中等以上速度或高速重載機(jī)械設(shè)備,如軋機(jī)和一般機(jī)床。
多油楔液體動(dòng)壓徑向軸承 軸頸周圍有兩個(gè)或兩個(gè)以上油楔軸承。多油楔徑向軸承承受載荷前,即軸頸中心與軸承幾何中心重合時(shí),相對各段瓦面曲率中心都存偏心,偏心值相等,各瓦面油膜中生成壓力相同,軸頸受力平衡。承受載荷后,這些偏心值有增大,有減小,各瓦面上油膜壓力隨之減小或增大,軸承承載能力便是這些油膜壓力向量和。多油楔軸承比單油楔軸承承載能力低,但主承載瓦面對面附加有油膜壓力,能提高軸承運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。,多油楔徑向軸承多用於高速輕載設(shè)備,如汽輪機(jī)、風(fēng)力機(jī)和精密磨床等。多油楔徑向軸承型式很多,還不斷出現(xiàn)消振能力較高新結(jié)構(gòu)。
液體動(dòng)壓推力軸承是由若干個(gè)油楔組成推力軸承,其承載能力為各油楔油膜壓力之和,常用於水輪機(jī)、汽輪機(jī)、壓氣機(jī)等中等以上速度設(shè)備(見推力滑動(dòng)軸承)。