液体动压轴承
2014-11-04
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液体动压轴承
液体动压轴承就是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。产生液体动压力的条件是：①两摩擦面有足够的相对运动速度；②润滑剂有适当的粘度；③两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。这时的摩擦完全属于油的内摩擦，摩擦系数可小至0.001。油的粘度越低,摩擦系数越小，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。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粘度。为使油的粘度比较稳定，一般采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)。液体动压轴承在启动和停车过程中，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，所以制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[o1]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[4]称为相对间隙。 与之比称为偏心率。最小油膜厚度[min]=-=(1-),所在方位由[o1]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,将油的粘度 、载荷(单位面积上的压力)、轴的转速和轴承相对间隙[4]合并而成的无量纲数/[4](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，可由此函数关系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、粘度和相对间隙之间的相互关系：对载荷大、速度低的轴承应选用粘度大的润滑油和较小的相对间隙；对载荷小、速度高的轴承，则应选用粘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、温升和油的流量 (图3[单油楔轴承各参数与相对间隙的关系])。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，产生油（气）膜振荡。油膜振荡能引起设备损坏等重大事故。因此，单油楔轴承多用于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心重合时，相对各段瓦面曲率中心都存在偏心，不过偏心值相等，在各瓦面油膜中生成的压力相同，轴颈受力平衡。承受载荷后，这些偏心值有的增大，有的减小，各瓦面上的油膜压力随之减小或增大，轴承的承载能力便是这些油膜压力的向量和。多油楔轴承比单油楔轴承承载能力低，但在主承载瓦面的对面附加有油膜压力,因而能提高轴承运转的稳定性。因此,多油楔径向轴承多用于高速轻载的设备，如汽轮机、风力机和精密磨床等。多油楔径向轴承型式很多，而且还在不断出现消振能力较高的新结构。
液体动压推力轴承是由若干个油楔组成的推力轴承，其承载能力为各油楔油膜压力之和，常用于水轮机、汽轮机、压气机等中等以上速度的设备(见推力滑动轴承)。
张桂芳
