История и динамика пленочных подшипников, часть 1

Подшипники по определению обеспечивают движение мира. Без подшипников движение становится экспоненциально более трудным. Наиболее распространенными подшипниками являются подшипники качения, в которых используются шарики или цилиндры, обеспечивающие вращение внутри системы.

В производстве двигателей и насосов большинство подшипников с жидкостной пленкой представляют собой гидродинамическую конструкцию, которая использует движение для создания необходимого давления для раздвигания поверхностей. Обычно их смазывают ньютоновской жидкостью, например маслом, скорость потока которой прямо пропорциональна приложенному давлению. Вязкость масла – это то, что обеспечивает образование гидродинамической пленки и давления. Визуализируйте масляную пленку, состоящую из множества внутренних слоев; каждый слой рисуется слоем выше со скоростью, кратной скорости движущегося элемента. Эти слои внутри масла вызывают трение. Сила, необходимая для того, чтобы вызвать движение движущегося элемента, прямо пропорциональна трению между слоями масла. Вязкость измеряется и определяется силой, преодолевающей это внутреннее трение.

Если при проверке оборудования обнаруживается, что сбои в смазке являются распространенной проблемой, рекомендуется оценить вязкость используемого масла. Температура, применение и нагрузка могут влиять на эффективность смазки. Свяжитесь с OEM-производителем и сообщите все подробности применения, чтобы получить рекомендации по правильному маслу. Зачастую оборудование предназначено для общих целей, но может быть модифицировано для соответствия конкретным применениям. Если рассматривается возможность установки новой системы, убедитесь, что все подробности об условиях эксплуатации предоставлены производителю. Правильная смазка может означать разницу между сроком службы агрегата 10 месяцев и 10 лет.

Имея такое понимание вязкости и масла, можно изучить, как с ним манипулируют, создавая масляную пленку для подъема и отделения для вращения оборудования. С помощью сходящегося и расширяющегося клина создается расчетное давление, которое сбрасывается за счет сжатия и выпуска масла. В радиальном подшипнике отверстие обычно рассчитано на 0,001–0,002 дюйма больше, чем вал. Это соответствует зазору от 0,005 до 0,010 дюйма для 5-дюймового вала.

Фактический зазор зависит от производителя и применения. Именно этот зазор позволяет образовывать сходящиеся и расходящиеся клинья. Поскольку масло втягивается в клиновидное образование под действием вращательных сил вала, оно сжимается в меньшее пространство. Это приводит к увеличению давления. Это также создает и позволяет поднимать вращающийся компонент. По мере выхода масла из сжатого пространства оно по расходящемуся клину втягивается в несжатое пространство.

Когда машина находится в состоянии покоя, возможен контакт металла с металлом. Перед запуском необходимо нанести масло, чтобы вал мог подняться и встать на место. Из-за начального трения при запуске вал слегка поднимается вверх по стороне подшипника, поскольку первоначальный запас масла втягивается в сходящийся клин подшипника. Давление начнет расти по мере сжатия масла, что приведет к разрыву контакта металла с металлом. Затем вал переместится в рабочее положение, поскольку вдоль шейки и подшипника образуется пленка жидкости. Эта точка находится слева или справа от нагрузки, в зависимости от вращения.

В постоянных условиях сила, развиваемая масляной пленкой, равна нагрузке, приложенной в слегка эксцентричном положении. На меньшем конце клина находится минимальная толщина пленки. Системы подшипников внутри двигателя или насоса проектируются с учетом этого эксцентриситета. Конечная утечка будет иметь решающее значение для подачи масла. Должно быть нанесено достаточно масла, чтобы образовалась масляная пленка, так как торцевая утечка происходит вдоль сходящегося клина. Это также точка, где начинается расходящийся клин.

Расходящийся клин начинается при прохождении зоны максимального давления/минимальной толщины пленки. Это позволяет сбросить давление в зону зазора низкого давления в системе. Эта зона низкого давления создается напротив несущей нагрузки. Именно на выходе из зоны нагрузки расходящийся клин начинает вытягивать масло с отрицательным давлением. Размеры подшипников, скорость, нагрузка, вязкость и давление питания определяют степень отрицательного давления, которое может существовать до регенерации положительного давления. Падение давления в расширяющемся клине происходит быстрее, поскольку вращающийся элемент вытягивает масло, а сужающаяся сторона высокого давления выталкивает его. Концевая утечка также является фактором, определяющим скорость падения давления. Это позволяет маслу циклически отводить тепло и возвращаться в сходящийся клин, чтобы снова начать процесс.