液體動壓軸承
2014-11-04
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液體動壓軸承
液體動壓軸承就是靠液體潤滑劑動壓力形成的液膜隔開兩摩擦表面并承受載荷的滑動軸承。液體潤滑劑是被兩摩擦面的相對運動帶入兩摩擦面之間的。產生液體動壓力的條件是：①兩摩擦面有足夠的相對運動速度；②潤滑劑有適當的粘度；③兩表面間的間隙是收斂的（這一間隙實際很小，在圖1[油楔承載]中是夸大畫的）,在相對運動中潤滑劑從間隙的大口流向小口，構成油楔。這種支承載荷的現象通常稱為油楔承載（見潤滑）。
機械加工后的兩摩擦表面微觀是凹凸不平的,如圖1[油楔承載]中局部放大圖。在正常運輸的液體動壓軸承中，油膜最薄(即通稱最小油膜厚度)處兩表面的微觀凸峰不接觸，因而兩表面沒有磨損。這時的摩擦完全屬于油的內摩擦，摩擦系數可小至0.001。油的粘度越低,摩擦系數越小，但最小油膜厚度也越薄。因此，油的最低粘度受到最小油膜厚度的限制。當最小油膜厚度處兩表面的微觀凸峰接觸時,油膜破裂,摩擦和磨損都增大。摩擦功使油發熱而降低油的粘度。為使油的粘度比較穩定，一般采用有冷卻裝置的循環供油系統或在油中加入能降低油對溫度敏感的添加劑(見潤滑劑)。液體動壓軸承在啟動和停車過程中，因速度低不能形成足夠隔開兩摩擦表面的油膜，容易出現磨損，所以制造軸瓦或軸承襯須選用能在直接接觸條件下工作的滑動軸承材料。液體動壓軸承要求軸頸和軸瓦表面幾何形狀正確而且光滑，安裝時精確對中。
液體動壓軸承分液體動壓徑向軸承和液體動壓推力軸承。液體動壓徑向軸承又分單油楔和多油楔兩類（見表[液體動壓徑向軸承類型]）。
單油楔液體動壓徑向軸承??軸頸周圍只有一個承載油楔的軸承。圖2 [單油楔軸承的幾何參數]中是剖分式的單油楔軸承。O為軸承幾何中心，O為承受載荷F后的軸頸中心。這兩中心的連線稱為連心線。連心線與載荷作用線所夾銳角[o1]稱為偏位角。受載瓦面包圍軸頸的角度稱為軸承包角。O與O 之間的距離稱為偏心距。軸承孔半徑R與軸頸半徑之差稱為半徑間隙。與之比[4]稱為相對間隙。 與之比稱為偏心率。最小油膜厚度[min]=-=(1-),所在方位由[o1]確定。軸承寬度B(軸向尺寸)與軸承直徑之比稱為寬徑比。
油楔只能在軸承包角內生成。當=0時，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=1時，最小油膜厚度為零，軸頸與軸承即直接接觸,這時會出現嚴重的摩擦和磨損。在液體動壓潤滑的數學分析中,將油的粘度 、載荷(單位面積上的壓力)、軸的轉速和軸承相對間隙[4]合并而成的無量綱數/[4](稱為軸承特性數。對給定包角和寬徑比的軸承，軸承特性數只是偏心率的函數。對已知工作狀況的軸承，可由此函數關系求其偏心率和最小油膜厚度，進而核驗該軸承能否實現液體動壓潤滑；也可按給定的偏心率或最小油膜厚度確定軸承所能承受的載荷。軸承特性數反映液體動壓潤滑下載荷、速度、粘度和相對間隙之間的相互關系：對載荷大、速度低的軸承應選用粘度大的潤滑油和較小的相對間隙；對載荷小、速度高的軸承，則應選用粘度小的潤滑油和較大的相對間隙。
相對間隙對軸承性能的影響很大，除影響軸承的承載能力或最小油膜厚度外，還影響軸承的功耗、溫升和油的流量 (圖3[單油楔軸承各參數與相對間隙的關系])。對不同尺寸和工作狀況的軸承，都有最優的相對間隙范圍，通常為0.002～0.0002毫米。
軸承寬徑比是影響軸承性能的又一重要參數。寬徑比越小，油從軸承兩端流失越多，油膜中壓力下降越嚴重，這會顯著降低軸承的承載能力。寬徑比大時，要求軸的剛度大,與軸承的對中精度高。通常取寬徑比為0.4～1。
單油楔軸承在高速輕載時偏心率小，容易出現失穩，產生油（氣）膜振蕩。油膜振蕩能引起設備損壞等重大事故。因此，單油楔軸承多用于中等以上速度或高速重載的機械設備，如軋機和一般機床。
多油楔液體動壓徑向軸承??軸頸周圍有兩個或兩個以上油楔的軸承。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，相對各段瓦面曲率中心都存在偏心，不過偏心值相等，在各瓦面油膜中生成的壓力相同，軸頸受力平衡。承受載荷后，這些偏心值有的增大，有的減小，各瓦面上的油膜壓力隨之減小或增大，軸承的承載能力便是這些油膜壓力的向量和。多油楔軸承比單油楔軸承承載能力低，但在主承載瓦面的對面附加有油膜壓力,因而能提高軸承運轉的穩定性。因此,多油楔徑向軸承多用于高速輕載的設備，如汽輪機、風力機和精密磨床等。多油楔徑向軸承型式很多，而且還在不斷出現消振能力較高的新結構。
液體動壓推力軸承是由若干個油楔組成的推力軸承，其承載能力為各油楔油膜壓力之和，常用于水輪機、汽輪機、壓氣機等中等以上速度的設備(見推力滑動軸承)。
張桂芳
