Какъв е принципът-за носене на товара на конусен-опорен лагер?

AКонус{0}}опорен лагере вид хидродинамичен опорен лагер с фиксирана геометрия. Няма шарнир, подложка за автоматично регулиране и автоматично регулиране на наклона. Лагерът носи аксиално натоварване чрез използване на входна зона на клин, обработена директно към повърхността на лагера.

Капацитетът за натиск на лагера идва от тази клиновидна форма. Когато въртящата се повърхност премества смазката в тясна междина, вътре в масления филм се образува налягане. Това налягане поддържа аксиалното натоварване и поддържа повърхността отделена по време на работа.

Тъй като лагерите зависят изцяло от тяхната обработена геометрия, размерите на конусите трябва да бъдат внимателно контролирани. Незначителни промени в ъгъла на конусност, дебелината на филма или формата на повърхността могат да повлияят на генерирането на налягане и ефективността на лагера.

За да се разбере как работят конусните лагери, е необходимо да се изследва хидродинамиката на налягането, генерирано в смазочния филм, вместо просто да се разглеждат лагерите като компоненти с определена степен на натоварване.

Основният механизъм: Хидродинамично налягане от сближаващ се клин

Всеки лагер с хидродинамичен флуиден филм, включително опорни лагери, опорен лагер с наклонена подложка и конусен опорен опорен лагер, има същата носеща способност като физическите ефекти, описани от Osborne Reynolds през 1886 г. Когато вискозната течност се влачи през тясна междина от движението на две повърхности, налягането вътре в мембраната на течността се увеличава. Това налягане, когато се разпространи към зоната на лагера, поддържа натоварването без контакт -{3}}метал.

В конусовиден{0}}опорен лагер тази стесняваща се междина се прави чрез фиксиране на геометрията, вместо чрез преместване или регулиране. Всяко уплътнение на лагерния пръстен има две основни зони в посоката на въртене.

Конусна зона (вход): Повърхността е под малък ъгъл спрямо пистите. Това създава празнина, която се стеснява, когато маслото се издърпва навътре чрез въртене. Голяма част от хидродинамичното налягане се генерира в този регион.

Равен (изход): повърхност, успоредна на пистите. Тази област поддържа налягането, след като е произведено и маслото напуска подложката в опашния ръб в дренажния канал.

Съотношението на дължината на плоската земя към общата дължина на подложката обикновено е 0,60-0,70. Ако равният терен е твърде къс, няма достатъчно площ, която да издържи на получения натиск. Ако отнеме твърде много време, конусната зона ще бъде твърде малка и налягането няма да се увеличи ефективно.

Уравнението на Рейнолдс, приложено към конусната геометрия

Едномерната-форма на уравнението на Рейнолдс за несвиваем филм с постоянен-вискозитет при постоянни условия е:

d/dx (h³ dp/dx)=6 μ U dh/dx

В това уравнение h е локалната дебелина на филма, p е налягането, mu е динамичният вискозитет, U е относителната повърхностна скорост, x е координатите на посоката на движение.

За линейни конусовидни входове h (x) намалява с постоянна скорост от дебелината на входната мембрана h1 до минималната мембрана h2 при контакта на конуса-. Градиентът на налягане dp/dx зависи както от μU, така и от dh/dx. Това има следните преки ефекти:

• По-високата скорост увеличава натиска на филма и увеличава капацитета на натоварване, когато дебелината на филма е същата.

• По-високият вискозитет води до същия ефект като по-високата скорост.

• По-стръмният конус не винаги подобрява производителността. Ако ъгълът на конус стане твърде голям, налягането се натрупва твърде близо до входа и общото разпределение на налягането става неравномерно. Това намалява общия капацитет на натоварване.

Оптималното конусно съотношение h1/h2 на максимална носеща способност е около 2,2 при условия на ламинарен поток и постоянен-вискозитет. Това означава, че дебелината на входящия филм е около 2,2 пъти по-дебела от минималния филм. По-конкретно, ако минималната дебелина на филма е 15–25 μm, височината на входната стъпка е приблизително 33–55 микрона. Това е фиксирана механична функция, а не нещо, което се променя в хода на работа.

Геометрия срещу адаптивен наклон: Как се различава конусната-земя от накланящата се-подложка

Основната алтернатива на коничния дизайн на основата е аксиалният лагер с наклонена подложка (Michell/Kingsbury). В този дизайн всяка подложка е монтирана на шарнир. Уплътнението може да бъде наклонено и под ъгъл според работните условия и движението на плъзгача.

Това само{0}}настройващо се движение позволява на уплътнението да намери най-оптималния ъгъл по време на работа. Помага на лагерите да образуват стабилен маслен филм в широк диапазон от скорости и натоварвания.

Разликата между двата дизайна отразява както предимствата, така и ограниченията на коничните заземени лагери:

Фиксираният конус се отнася до най-високата ефективност на конусния-опорен лагер в проектната работна точка. Тъй като скоростта е много по-ниска от проектираната, хидродинамичният филм изтънява и лагерите се смазват близо до границата-смесеното-преходно смазване, описано по-долу.

Товароносимост, скорост и номер на Зомерфелд

Товароносимост на конусовидни-везни за натискане на подложка сномер на лагера(понякога наричано число на Зомерфелд за аксиални лагери), дефинирано като:

S=μNP(Rc)2S=PμN​(cR​)2

къдетоNе скорост на въртене (об/сек),Pе средното носещо налягане (натоварване ÷ проектирана площ),Rе характерен радиус иcе референтното разрешение, свързано сh₂. За дадена геометрия товароносимостта е приблизително пропорционална наμNU- означава, че носещата способност се увеличава линейно със скоростта.

Практически диапазони на товароподемност за конусообразни-земни натискащи подложки в промишлено обслужване (Boyd и Rowe, 1982; Wilcock и Booser, 1957):

Ако превишите ограничението, но не увеличите вискозитета или скоростта със същото количество, тогава филмът ще се свие и ще получите гранично смазване. Ако паднете под минималната скорост, лагерът е твърде голям за товара. Това създава различен проблем: маслото не се движи навътре и не измита конусната зона достатъчно равномерно, така че температурата не се разпределя равномерно по ширината на подложката.

Геометрия на канала и термично управление

Всяка стеснена-земна подложка е отделена от следващата чрез периферен дренажен жлеб. Жлебът има две задачи: отнема горещо масло от задния ръб на една накладка и подава хладно масло на входа към предния конус на следващата накладка. Тази смяна на маслото е основният начин за контролиране на топлината в конусовиден-проект. Тъй като конусните-наземни лагери нямат насочено смазване като лагерите с накланящи се-подложки, така че те зависят от турбуленцията на жлебовете, за да смесят горещо и студено масло, преди да премине в следващото конусно масло.

Ширината на канала обикновено е 15–25% от общата стъпка на подложката. По-тесните жлебове правят разстоянието между подложките по-малко, така че те използват пространството по-добре. Но също така пречат на смесването на маслото и повишават-температурата на пренасяне. Температурата на-пренасяне е температурата на маслото, което влиза в конуса, в сравнение с температурата на подаване. Етълс (1969) показа, че фракцията на пренасяне-може да причини 40–70% от повишаването на температурата на филма в конусни-проекти на земя, когато се движи със скорост над 50 m/s повърхност на бегача. Така че това значително намалява ефективния вискозитет и след това намалява капацитета на натоварване.

При високи периферни скорости над 60 m/s вискозното нагряване се превръща в основна проектна граница вместо натоварване. Температурата на подаване на масло обикновено трябва да остане 40–49 градуса с турбинно масло ISO VG 32–46. Това е, за да се поддържа пиковата температура на филма под 95–100 градуса. Тази температура е точката, в която термичното увреждане на пакета добавки на маслото се ускорява.

Механизъм за повреда при ниска-скорост и старт-стоп

Най-голямото ограничение на коничния дизайн на земята е начинът, по който работи при стартиране, затваряне и работа при ниски скорости. Тъй като налягането на хидродинамичния филм зависи от скоростта, средното налягане на лагера от 2,0 MPa може да бъде само 20% 0,3–0,5 MPa при нормална скорост. Ако приложеното натоварване на натиск е по-голямо от този по-нисък капацитет на мембраната, минималната дебелина на филма е по-малка от сумата на грапавостта на повърхността -- обикновено 0,5 до 1,5 μm Ra за колела със заземени лагери -- и възниква контакт с неравности.

Повтарящите се цикли на стартиране и спиране под товар причиняват стабилно износване и разкъсване на плоската повърхност, което е непоправимо. За разлика от лагерите с накланяща се подложка, където малко износване на шарнира все още може да центрира подложката, износването на плоската зона на коничния под директно намалява зоната на натиск и след това ускорява повече щети. ASTM D-4998 тестът за износване с четири-сфери обикновено се използва за изследване на ефективността на добавките против-износване на маслото при условия на стартиране и спиране на смесено смазване. Това е така, защото добавките за екстремно налягане на маслото осигуряват единствената опора на натоварването, когато хидродинамичният филм все още не е образуван.

За машини, които често стартират под натоварване-като помпи с моторно задвижване, които се въртят няколко пъти на смяна-трябва да се обмисли опцията за накланящи се подложки. Като алтернатива спецификацията на коничната основа трябва да включва хидростатична повдигаща система за изтласкване на масло отвън във филма при ниски скорости.

Резюме на практическото приложение

Концепцията за лагеруване на терасовидни опорни лагери е въплътена главно в следните три аспекта:

1. Конвергентна клиновидна форма-Врязва се в конусен вход при h1/h2 дъга 2.2, така че генерира хидродинамично налягане чрез механизма на Рейнолдс.

2. Равен терен -60-70 процента от дължината на уплътнението - осигурява зоната под налягане за поемане на аксиално натоварване.

3. Дренажно корито-Това осигурява по-хладно масло за следващия конус и спира вискозитета на мембраната за термично разграждане.

Нито един от трите параметъра не може да бъде променен сам по себе си, тъй като всяка промяна на параметъра засяга и трите работни стойности: капацитет на натоварване, температура на филма и минимална дебелина на филма. Следователно, инженерите трябва да започнат със средното лагерно налягане при нормална скорост, когато избират конично заземяващо устройство за конкретна машина. След това трябва да проверят дали съвпадащото число на Зомерфелд поставя лагера в състояние на пълна мембрана. След това те трябва да потвърдят, че честотата на пускане, спиране и пускане-стопиране и захранващата температура на системата за смазване работят в рамките на фиксирани геометрични граници. Това е така, защото, за разлика от дизайна на шарнирната подложка, коничните заземени лагери не могат да поправят собствените си работни условия.

Референции

• Рейнолдс, О. (1886). Относно теорията на смазването и нейното приложение към експериментите на г-н Beauchamp Tower, включително експериментално определяне на вискозитета на зехтина.Философски трудове на Лондонското кралско общество, 177, 157–234.
• Boyd, J., & Rowe, WB (1982).Трибология: Принципи и приложения за дизайн. Macmillan Press.
• Wilcock, DF, & Booser, ER (1957).Дизайн и приложение на лагера. Макгроу-Хил.
• Ettles, CMM (1969). Горещо масло се пренася-в аксиалните лагери.Сборници на Института на машинните инженери, 184(12), 75–81.
• Hamrock, BJ, Schmid, SR, & Jacobson, BO (2004).Основи на смазването с течен филм(2-ро издание). Марсел Декер.
• Frêne, J., Nicolas, D., Degueurce, B., Berthe, D., & Godet, M. (1997).Хидродинамично смазване: Лагери и опорни лагери. Elsevier.
• Khonsari, MM, & Booser, ER (2008).Приложна трибология: Дизайн и смазване на лагери(2-ро издание). Уайли.
• Szeri, AZ (2011).Смазване с течен филм(2-ро издание). Cambridge University Press.
• ASTM D4998-22.Стандартен метод за изпитване за оценка на характеристиките на износване на тракторни хидравлични течности. ASTM International.
• ISO 12168-1:2001.Плъзгащи лагери - Статично натоварване-носеща способност на хидродинамични опорни лагери без накланящи се подложки. ISO.
• Stachowiak, GW, & Batchelor, AW (2014).Инженерна трибология(4-то издание). Бътъруърт-Хайнеман.