液体动压轴承
靠液体润滑剂动压力形成的液膜隔开两摩擦表面并承受载荷的滑动轴承。液体润滑剂是被两摩擦面的相对运动带入两摩擦面之间的。產生液体动压力的条件是﹕两摩擦面有足够的相对运动速度﹔润滑剂有适当的黏度﹔两表面间的间隙是收敛的(这一间隙实际很小﹐在图1 油楔承载 中是夸大画的)﹐在相对运动中润滑剂从间隙的大口流向小口﹐构成油楔。这种支承载荷的现象通常称为油楔承载(见润滑)。
机械加工后的两摩擦表面微观是凹凸不平的﹐如图1 油楔承载 中局部放大图。在正常运输的液体动压轴承中﹐油膜最薄(即通称最小油膜厚度)处两表面的微观凸峰不接触﹐因而两表面没有磨损。这时的摩擦完全属於油的内摩擦﹐摩擦係数可小至0.001。油的黏度越低﹐摩擦係数越小﹐但最小油膜厚度也越薄。因此﹐油的最低黏度受到最小油膜厚度的限制。当最小油膜厚度处两表面的微观凸峰接触时﹐油膜破裂﹐摩擦和磨损都增大。摩擦功使油发热而降低油的黏度。为使油的黏度比较稳定﹐一般採用有冷却装置的循环供油系统或在油中加入能降低油对温度敏感的添加剂(见润滑剂)。液体动压轴承在啟动和停车过程中﹐因速度低不能形成足够隔开两摩擦表面的油膜﹐容易出现磨损﹐所以製造轴瓦或轴承衬须选用能在直接接触条件下工作的滑动轴承材料。液体动压轴承要求轴颈和轴瓦表面几何形状正确而且光滑﹐安装时精确对中。
液体动压轴承分液体动压径向轴承和液体动压推力轴承。液体动压径向轴承又分单油楔和多油楔两类(见表 液体动压径向轴承类型 )。
单油楔液体动压径向轴承 轴颈周围只有一个承载油楔的轴承。图2 单油楔轴承的几何参数 中是剖分式的单油楔轴承。O 为轴承几何中心﹐O 为承受载荷F 后的轴颈中心。这两中心的连线称为连心线。连心线与载荷作用线所夹锐角称为偏位角。受载瓦面包围轴颈的角度称为轴承包角。O 与O 之间的距离称为偏心距。轴承孔半径R 与轴颈半径之差称为半径间隙。与之比称为相对间隙。与之比称为偏心率。最小油膜厚度=-=(1-)﹐所在方位由确定。轴承宽度B (轴向尺寸)与轴承直径之比称为宽径比。
油楔只能在轴承包角内生成。当=0时﹐O 与O 重合﹐轴承则不能(靠油楔)承载。载荷越大偏心率也越大。当=1时﹐最小油膜厚度为零﹐轴颈与轴承即直接接触﹐这时会出现严重的摩擦和磨损。在液体动压润滑的数学分析中﹐将油的黏度 ﹑载荷(单位面积上的压力)﹑轴的转速和轴承相对间隙合併而成的无量纲数/2称为轴承特性数。对给定包角和宽径比的轴承﹐轴承特性数只是偏心率的函数。对已知工作状况的轴承﹐可由此函数关係求其偏心率和最小油膜厚度﹐进而核验该轴承能否实现液体动压润滑﹔也可按给定的偏心率或最小油膜厚度确定轴承所能承受的载荷。轴承特性数反映液体动压润滑下载荷﹑速度﹑黏度和相对间隙之间的相互关係﹕对载荷大﹑速度低的轴承应选用黏度大的润滑油和较小的相对间隙﹔对载荷小﹑速度高的轴承﹐则应选用黏度小的润滑油和较大的相对间隙。
相对间隙对轴承性能的影响很大﹐除影响轴承的承载能力或最小油膜厚度外﹐还影响轴承的功耗﹑温昇和油的流量 (图3 单油楔轴承各参数与相对间隙的关係 )。对不同尺寸和工作状况的轴承﹐都有最优的相对间隙范围﹐通常为0.002～0.0002毫米。
轴承宽径比是影响轴承性能的又一重要参数。宽径比越小﹐油从轴承两端流失越多﹐油膜中压力下降越严重﹐这会显著降低轴承的承载能力。宽径比大时﹐要求轴的刚度大﹐与轴承的对中精度高。通常取宽径比为0.4～1。
单油楔轴承在高速轻载时偏心率小﹐容易出现失稳﹐產生油(气)膜振盪。油膜振盪能引起设备损坏等重大事故。因此﹐单油楔轴承多用於中等以上速度或高速重载的机械设备﹐如轧机和一般机床。
多油楔液体动压径向轴承 轴颈周围有两个或两个以上油楔的轴承。多油楔径向轴承承受载荷前﹐即轴颈中心与轴承几何中 |
