A Aksialni ležaj s filmom tekočinenosi osno obremenitev, ki je sila, ki deluje vzporedno z osjo gredi. Ločuje dve površini s supernapolnjenim mazalnim filmom. Film je zelo tanek in se običajno meri v mikronih. Kljub temu lahko prenese pritisk več megapaskalov. Deluje brez kotalnih teles, magnetnih polj ali vbrizgavanja plina. Namesto tega se opira na geometrijo, relativno gibanje in obnašanje viskoznih tekočin med konvergentnimi površinami. Da bi razumeli, kako deluje, je treba preučiti osnovno hidrodinamično teorijo. Nato je teorija povezana z geometrijskimi značilnostmi zasnove potisnega ležaja.
Osrednji problem: Zakaj je potisna obremenitev geometrijsko težja od radialne obremenitve
V navadnem ležaju z ležajem, ki podpira radialno obremenitev, se rotacijska gred naravno premakne v ekscentrični položaj znotraj luknje. Ta ekscentričnost ustvari konvergenco-konvergenčno-divergentno vrzel po obodu kroga. Konvergentni del proizvaja hidrodinamični tlak, ki dvigne gred od nosilne stene. Geometrija se razvija naravno. Tudi če je gred popolnoma cilindrična in je luknja popolnoma valjasta, obremenitev povzroči ekscentričnost. Posledično postane reža za mazivo klinaste-oblike.
Aksialna obremenitev ustvarja zelo drugačno situacijo. Kolo je vrteči se potisni obroč na gredi, ki je obrnjen proti ležajni ploščici in se razteza čez dve skoraj vzporedni ravnini. Ko se dve vzporedni površini medsebojno premikata, ne moreta sami ustvariti hidrodinamičnega pritiska. Maziv ni mogoče stisniti, ker ostane reža po vsej površini enaka. Nasprotno, tekočina teče navzven vzdolž vseh radialnih smeri brez povečanja pritiska. Reynoldsova enačba mazanja, razvita iz Navier-Stokesove enačbe v približku tankega filma, to pojasnjuje. Tlak se pojavi le, če obstaja konvergentna vrzel, imenovana zagozdeni izraz, ali višina reže, imenovana izraz stisnjenega filma, ki se spreminja skozi čas. Popolnoma vzporedna površina, ki se giblje z enakomerno hitrostjo, ne zadovolji nobenega (Reynolds, Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 177, 1886).
To je osnovni inženirski problem, ki ga mora rešiti potisni ležaj s tekočim filmom. Oblikovati mora konvergentni klin med dvema površinama in naravno ostati vzporeden pod aksialno obremenitvijo.
Reynoldsova enačba: matematična osnova
Tanko{0}}reynoldsovo enačbo za nestisljivo tekočino s konstantno viskoznostjo lahko zapišemo na naslednji način:
Estracheit (h3 sled/ sled) + sled/ sled (h3 sled/ sled)=6U sled/ sled x + 12pot/ sled
V tej enačbi je h debelina lokalnega filma, odvisno od lokacije. p je hidrodinamični tlak. Pretvornik energije je dinamična viskoznost maziva. U je relativna hitrost med dvema površinama. Preostala razlika je hitrost, s katero se debelina filma spreminja skozi čas. Izraz je pomemben le, če obstaja učinek ekstruzijske membrane.
Desna stran enačbe prikazuje dva načina ustvarjanja tlaka.
Eripinte
Tlak nastane, ko se debelina tankega filma h zmanjša vzdolž smeri gibanja. Z drugimi besedami, vrzel se mora zapolniti. Nastali tlak narašča z viskoznostjo in drsno hitrostjo maziva. Če je viskoznost enaka nič, tlak izgine. Enako bi se zgodilo, če bi bila drsna hitrost enaka nič. V nobenem primeru ležaji ne smejo biti izpostavljeni hidrodinamičnemu delovanju.
Terminologija stisnjenega filma (učinkovitost pretvorbe energije)
Sčasoma se vrzeli zmanjšajo in so lahko stresne. To se zgodi tudi, če med površinami ni drsenja. Ta učinek je pomemben pri sistemih s hitro spreminjajočimi se udarnimi ležaji, pogoji zagona motorja in obremenitvami. Pri potisnih ležajih, ki delujejo s konstantno hitrostjo, je izraz običajno zelo majhen pri stabilnem delovanju. Vendar pa to postane zelo pomembno, ko inženirji preučujejo stabilnost ležajev pri različnih obremenitvah.
Praktična ideja je preprosta. Aksialni ležaj deluje tako, da krmili funkcijo h(x), ki opisuje profil debeline filma. Preostanek mora biti oblikovan tako, da se giblje v negativni smeri. To pomeni, da se mazalni film tanjša, ko pretok poteka skozi tesnilo. Zato se zasnova potisnega ležaja osredotoča na ustvarjanje in vzdrževanje konvergentnega filma v dejanskih pogojih delovanja, kot so temperatura, spremembe obremenitve, vrtilna hitrost in neusklajenost gredi.
Kako nastane konvergentni klin: trije geometrijski pristopi
1. Fiksne{1}}zožene-kolesne blazinice{1}}geometrije
Najenostavnejša metoda je obdelava ležajnih površin z majhnimi stožci. To pomeni, da je rob svinca, s katerim se prvi sreča vrteči se tekač, nekoliko globlji od roba repa. Kot zožitve je majhen. Običajno med 0,5 in 2,0 miliradiana. To ustvari višinsko razliko le nekaj mikronov po dolžini tesnila. Ko gre kolo skozi stožčasto površino, potegne mazivo iz globljega območja v plitvejše. Posledično tlak poveča konvergenčno območje.
Terase so preprosto oblikovane in poceni. Prav tako ne potrebuje gibljivih delov znotraj ležajev. Vendar pa ima pomembno omejitev. Optimalne spremembe kota stožca se razlikujejo glede na delovne pogoje. Na porazdelitev debeline h (x) vplivajo povišanje temperature, obraba in sprememba hitrosti. Zaradi tega lahko ležaji odstopajo od optimalnih delovnih pogojev. Pri nizki obremenitvi je lahko konus prevelik. Pri visokih obremenitvah in temperaturah toplotna ekspanzija spremeni obliko tesnila in efektivni konični profil na nepredvidljive načine (Khonsari & Booser, Applied Tribology, 2. izdaja, Cambridge University Press, 2017).
2. Ležaji z nagibno-podlogo (vrtljivo-podlogo)
Zasnovo nagibne{0}}podloge sta izumila Anthony Michell in Kingsbury v začetku 20. stoletja. Pri tej zasnovi se lahko vsaka ploščica rahlo vrti okoli vrtišča. Ko gre kolo skozi površino blazinice, povleče mazivo skozi režo. Sprednji rob je stran od tekača, zadnji rob pa bližje tekaču, ker je blazino mogoče nagniti. To samodejno ustvari konvergentni klin. kot zagozde in se nato prilagodijo delovnim pogojem.
Postopek samo{0}}regulacije je preprost. Ko se kolo približa oblogi, se v mazalnem filmu ustvari pritisk. Ta pritisk ustvarja rotacijske sile okoli vrtišča. Tesnilo se še naprej nagiba, dokler sila ni uravnotežena s podporo oporne točke. V tem stanju ravnovesja postane kot nagiba natančna vrednost, ki je potrebna za podpiranje obremenitve pri trenutni hitrosti in viskoznosti maziva. Če se obremenitev poveča, postane film tanjši in viskoznost se poveča. Nato se je tesnilo bolj nagnilo, da je ohranilo ravnotežje. Če se hitrost poveča, se film zgosti in blazine se manj nagibajo. Na ta način se lahko ležaji nastavljajo samodejno brez zunanjega nadzora.
Nagibni{0}}potisni ležaji se pogosto uporabljajo v industrijski opremi z velikim povpraševanjem. Primeri vključujejo parne turbine, centrifugalne kompresorje, velike hidroelektrične generatorje in ladijske pogonske gredi. Priljubljeni so, ker se samodejno prilagajajo spremembam obremenitve, hitrosti in poravnave. To pomaga preprečiti odpoved membrane in neposreden stik med površinami.
vrtilna lokacija, tudi. Če je vrtišče v sredini blazinice ali približno 50 % dolžine blazinice od sprednjega roba, ležaj najbolje deluje v smeri vrtenja in je nepovraten. Za opremo, ki se mora vrteti v obe smeri, so vrtišča običajno nameščena na približno 60 % dolžine obloge. Ta ureditev zmanjša največjo nosilnost v želeni smeri, vendar zagotavlja sprejemljivo zmogljivost v obeh smereh vrtenja (Hamrock, Schmid & Jacobson, Mechanics Principles, 3rd ed., CRC Press, 2019).
3. Stopničasti-profilni (Rayleighevi stopniški) ležaji
Leta 1918 je Lord Rayleigh pokazal, da najboljša filmska konturna obremenitev ni postopno zoženje. Namesto tega je stopničasti profil. Zasnova ima raven globok konec na vhodu in raven plitev konec na izhodu, ločena z nenadnim korakom. Rayleighov korak povzroči večji pritisk kot linearni stožci podobne velikosti. To je zato, ker se tlak oblikuje v območju sesanja in se vzdržuje v korakih, preden se film začne razpršiti (Rayleigh, Notes on Lubrication Theory, Journal of Philosophy, serija 6, zvezek 35, 1918).
Koračni ležaji se uporabljajo predvsem tam, kjer jih je mogoče izdelati z natančnostjo. To se običajno izvede z natančno obdelavo ali z laminiranjem površin z utori. Ti ležaji na splošno niso primerni za dvosmerno vrtenje. Običajno se uporabljajo v-hitrostnih in lahkih-sistemih, kot so žiroskopi in natančni instrumenti. Niso pogosti v težki industrijski opremi, ker je težko vzdrževati zahtevano geometrijo korakov, ko pride do toplotnega raztezanja in mehanske deformacije.
Fizični mehanizem v podrobnostih: Kaj se zgodi v konvergentnem filmu
Če pustimo enačbo in pogledamo fizični proces, je lažje razumeti, kako klin ustvarja pritisk.
Upoštevajte, da se površina sploščenega kanala premika s hitrostjo U na stožčasti ploščici. Debelina filma se zmanjšuje od h_inlet do h_outlet vzdolž smeri gibanja. Mazivo vstopi skozi režo na vstopu v zoženi prostor. Tekočin ni mogoče preprosto stisniti, da bi se prilagodile manjšim prostorom, ker so v večini aplikacij potisnih ležajev tekočine skoraj nestisljive. To velja za tipična mineralna olja s tlakom pod približno 500 MPa (Bair & Winer, Journal of ASME Journal of Tribology, vol. 114, 1992). Zato mora enaka količina tekočine preteči skozi manjše reže.
Ko se film tanjša, se mora povprečna hitrost mazalnega olja povečati. To je zato, ker mora tekočina z enakim volumnom preiti skozi manjši volumen preseka.
Mazivo znotraj filma se nikjer ne premika z enako hitrostjo. Hitrost tekočine se spreminja glede na debelino filma. Na površini stacionarne blazine je nič, na površini gibljivega tekača pa U. Zato je treba tlak v filmu prilagoditi tako, da se tok uskladi z zahtevami kontinuitete.
V konvergentnem delu filma tlak narašča vzdolž smeri gibanja. To pomaga nadzorovati pretok tekočine in preprečuje, da bi mazivo prehitro zapustilo območje. Če obstaja disperzijsko območje, se tlak zniža. Zato se v polimerizacijskem segmentu filma oblikuje vrh tlaka. Ta porazdelitev tlaka je splošno znana kot tlačni hrib. Ko se pritisk integrira v območje blazinice, se ustvari sila, ki je potrebna za podpiranje bremena.
Tlačni hrib podpira tekače. Tanka plast mazalnega olja ločuje tekač od obloge. Pri dobro-zasnovanih industrijskih potisnih ležajih je najmanjša debelina filma, h_min, običajno med 5 in 50 mikroni. Pri koničastih-zasnovah ozemlja je ta najmanjša debelina običajno blizu repnega roba (Wilcock & Booser, Bearing Design and Applications, McGraw-Hill, 1957).
Rotatorji in tesnila se med običajno uporabo ne smejo dotikati. Loči ju tanka plast tekočine. Pri najvišjem tlaku lahko ta mazalni film prenese večje tlačne obremenitve, kot jih lahko prenesejo mnoga konstrukcijska jekla.
Temperatura in viskoznost: povratna zanka
Učinkovitost pretvorbe energije, učinkovitost pretvorbe energije, se pojavi neposredno v dveh delih Reynoldsove enačbe. Zaradi tega je znotraj ležaja zelo pomemben povratni proces. Mazivo proizvaja pritisk in s tem nosilnost, odvisno od viskoznosti. Hkrati trenje znotraj maziva proizvaja toploto, ki zmanjšuje viskoznost maziva.
Ko se temperatura ležaja poveča, se olje redči. Pri enaki hitrosti in geometriji tanjše olje proizvaja manjši pritisk. Če obremenitev ostane enaka, mora biti mazalni film tanjši, da prenese obremenitev. Tanjši kot je film, hitrejša je strižna hitrost v mazivu. To ustvarja več toplote zaradi trenja, kar dodatno zmanjša viskoznost. Nato se cikel nadaljuje. Če tega procesa ne nadzirate, lahko povzroči toplotno nestabilnost in okvaro ležaja.
Hitrost nastajanja toplote zaradi viskoznega striženja v filmu potisnega ležaja je mogoče oceniti z:
Q_trenje=η (U/h)² × A_pad × h
kjer je A_pad območje blazinice.
To enačbo je mogoče poenostaviti na:
Q_trenje=ηU²A_pad/h
Ta oblika kaže, da je toplota zaradi trenja obratno sorazmerna z debelino filma. Ko se film tanjša, se proizvedena toplota hitro poveča.
Obstaja več načinov za odvajanje te toplote iz ležajev. Toplota lahko vstopi v ohišje ležaja skozi material blazinice. Toplota lahko tudi odvzame mazivo iz filma na zadnjem robu. Poleg tega lahko toplota vstopi v gred skozi vrtalnik.
Proizvodnja in odvajanje toplote sta uravnotežena v razumno oblikovanih ležajih. Na tej točki je temperatura maziva stabilna in olje ohrani dovolj viskoznosti, da prenese obremenitev.
Dva dejavnika sta še posebej pomembna za nadzor temperature. Prva je toplotna prevodnost materiala blazinice. Drugi je pretok maziva skozi ležaj. Tesnila iz bakra in bakrove-zlitine prenašajo toploto učinkoviteje kot jeklena tesnila. Zato pri enakih pogojih obremenitve in hitrosti običajno delujejo pri nižjih temperaturah membrane.
Tudi način mazanja vpliva na temperaturo. Prelito mazanje zagotavlja veliko olja za ležajno votlino in odvaja več toplote. Usmerjeno{2}}mazanje dovaja olje predvsem na sprednji rob vsakega tesnila in običajno zahteva manj olja. Vendar pa lahko poplavni sistemi povzročijo večje izgube zaradi vznemirjenja pri velikih-hitrostnih strojih (Etz, Journal of ASME Tribology, vol. 102, 1980).
Najmanjša debelina filma in nosilnost: načrtovanje delovne točke
Najmanjša debelina filma, h_min, je najpomembnejši operativni parameter potisnega ležaja s filmom tekočine. Prikazuje, ali ležaj varno deluje v režimu hidrodinamičnega mazanja ali se premika proti mešanemu ali mejnemu mazanju, kjer se lahko začne površinski stik.
Razmerje med najmanjšo debelino filma in delovnimi pogoji je pogosto izraženo s karakterističnim številom-potisnega ležaja:
h_min / L ∝ √ (ηUL / W)
V tej enačbi je L dolžina blazinice v smeri gibanja, W pa uporabljena potisna obremenitev.
To razmerje kaže, kako različni delovni dejavniki vplivajo na debelino filma.
Povečajte hitrost U
Z naraščanjem vrtljajev se mazalni film zgosti. To je običajno koristno, ker izboljša ločevanje površin. Vendar pa lahko višje hitrosti povečajo tudi lepljivo segrevanje, kar lahko povzroči težave s toploto.
Povečajte viskoznost η
Ko se viskoznost poveča, se mazalni film zgosti. To poveča nosilnost. Vendar pa je večja viskoznost, večja je izguba pri mešanju in višja je delovna temperatura.
Zmanjšajte obremenitev W
Ko se obremenitev zmanjša, se mazalni film zgosti. To je najbolj neposreden način za povečanje debeline filma.
Zmanjšajte dolžino blazinice L
Učinek dolžine blazinice je zapleten. Krajše blazine lahko povečajo gradient debeline filma. To lahko poveča količino proizvedenega pritiska na enoto površine. Vendar pa krajše blazine zagotavljajo tudi manj podporne površine, kar ima za posledico nižjo skupno nosilnost.
V večini industrijskih aplikacij je najmanjša debelina filma med 15 in 50 mikroni, kar zagotavlja zadostno zaščito pred površinskim stikom. Ta razpon upošteva hrapavost površine, dinamične pogoje delovanja in kontaminacijo maziva. Površinska hrapavost natančnih ležajev je običajno med 0,2 in 0,8 mikrometra.
Ko je najmanjša debelina filma manjša od 10 mikronov, lahko ležaji preidejo v režim mešanega mazanja. V tem stanju lahko pride do stika med površinskimi neravninami. Zato morajo biti inženirji zelo pozorni na površinsko obdelavo, nadzor kontaminacije ter postopke vklopa in izklopa (Booser & Khonsari, STLE Life Factors for Plain Bearings, Society of Tribologists and Lubrication Engineers, 2020). Inženirji mazanja, 2020).
Zagon in zaustavitev: neizogibno mešano-obdobje mazanja
Vsak hidrodinamični potisni ležaj, ne glede na to, kako dobro je zasnovan, je pri zagonu in zapiranju izpostavljen mešanemu ali mejnemu mazanju. Ko os miruje, je hitrost U v Reynoldsovi enačbi enaka nič. Zato hidrodinamičnega tlaka ni mogoče ustvariti. Celotno potisno obremenitev neposredno podpira površina blazinice.
Ko se os vrti, se postopoma oblikuje mazalni film. Ležaje najprej namažemo na meji, kjer je površina ločena z zelo tankimi plastmi maziva. Ko se hitrost poveča, ležaj vstopi v mešano mazanje. Na tej stopnji del obremenitve nosi mazalni film, medtem ko nekatere površinske neravnine ostanejo v stiku. Ko se hitrost še poveča, se oblikuje popolna hidrodinamična membrana. Na tej točki mazalni film popolnoma loči površino.
Hitrost, pri kateri pride do popolne ločitve, se imenuje prehodna hitrost. Ta hitrost je odvisna od obremenitve, viskoznosti maziva in končne obdelave površine. Pri dobro-zasnovanih, površinsko kakovostnih in dobro-namazanih industrijskih ležajih je hitrost prehoda običajno med 0,5 % in 5 % običajne delovne hitrosti (Stachowiak & Batchelor, Engineering Tribology, 4. izdaja, Butterworth-Heinemann, 2014).
Pod hitrostjo prehoda je bilo še vedno nekaj površinskega stika. V tem času lahko pride do obrabe. Če gre ležaj skozi več ciklov zagona in zaustavitve, ta obraba postopoma poškoduje natančno obdelavo površine, ki je potrebna za učinkovito hidrodinamično delovanje.
Zaradi tega veliko velikih turbin in kompresorjev uporablja hidrostatične oljne sisteme. Ti sistemi vbrizgajo visokotlačno olje, običajno med 20 in 70 MPa, skozi luknje v ležaju, preden se gred začne vrteti. Olje pod pritiskom loči površino, da prepreči neposreden stik med-zagonom.
Ko gred doseže dovolj visoko hitrost, da ustvari stabilen hidrodinamični film, se zgornji dovod olja izklopi. Ležaji nato delujejo s pomočjo lastnega hidrodinamično ustvarjenega mazalnega filma. Ta metoda poveča stroške opreme in zahteva dodatno črpalno moč, vendar lahko pri aplikacijah s pogostimi cikli zagona in zapiranja bistveno podaljša življenjsko dobo ležaja.
Ključne konstrukcijske spremenljivke in njihov vpliv na zmogljivost ležaja
Naslednje spremenljivke so glavni konstrukcijski dejavniki za potisni ležaj s tekočim filmom.
Kot loka blazinice (obodna širina)
lok blazinice zagotavlja površino blazinice. Zaradi tega lahko vsako tesnilo prenese večjo obremenitev. Vendar pa večje blazine proizvajajo tudi več toplote. Pri več-potisnih ležajih je kot loka blazinice običajno med 25 in 60 stopinjami.
Število blazinic
Uporaba več tesnil lahko izboljša porazdelitev obremenitve in zmanjša največji pritisk na vsako tesnilo. Vendar pa več tesnil pomeni tudi več vrtišč, večje temperaturne razlike, ležaje in večjo kompleksnost izdelave. Večina industrijskih potisnih ležajev uporablja 6-12 blazinic.
Vrtilni položaj (zasnove nagibnih-ploščic)
vrtilni položaj ima velik vpliv na uspešnost. Os, ki se nahaja na 50 % dolžine obloge, zagotavlja optimalno delovanje v smeri vrtenja. Tesnilo, ki se nahaja na 60 % dolžine tesnila, nekoliko zmanjša največjo zmogljivost, vendar omogoča sprejemljivo delovanje v obeh smereh vrtenja.
Material blazinice
Izbira materiala blazinice vpliva na prenos toplote in vzdržljivost. Jeklene blazine so toge in lahko med uporabo dobro ohranijo obliko jeklenih blazin. Tesnila iz bakrove zlitine lahko učinkoviteje prevajajo toploto in pomagajo znižati temperaturo mazalnega olja.
Veliko ležajnih blazinic uporablja tudi nosilno površino,-prevlečeno z babitom. Babbitt, ki je lahko na osnovi kositra ali svinca, se prilagaja majhnim površinskim nepravilnostim in absorbira majhne delce onesnaženja. To izboljša zanesljivost ležaja. Trdnost babbitt plasti omejuje največji delovni tlak. Običajni babbitt materiali običajno prenesejo tlak od 10 do 15 MPa. Prekrivni materiali na osnovi -kositra in aluminija- običajno lahko prenesejo pritisk med 18 in 25 MPa (Khonsari & Booser, 2017).
Stopnja viskoznosti maziva
Viskoznost maziva ima velik vpliv na delovanje ležaja. Olje z višjo viskoznostjo lahko prenese večjo obremenitev pri nižji hitrosti. Vendar pa proizvajajo tudi več toplote pri visokih hitrostih.
Mineralna olja ISO VG 32 do ISO VG 68 se običajno uporabljajo v turbostrojih. V počasnejši in težji industrijski opremi, kot so sistemi zobnikov in kompresorji, se običajno uporabljajo olja ISO ISO VG 100 do ISO VG 320 (ISO 3448:1992, ISO klasifikacija viskoznosti industrijska tekoča maziva).
Industrijska tekoča maziva - ISO klasifikacija viskoznosti).
Radialne dimenzije (notranji in zunanji radij)
Notranji in zunanji polmeri vplivajo na delovne lastnosti ležajev. Povprečni polmer določa drsno hitrost dane hitrosti gredi.
Večje kot je razmerje med zunanjim in notranjim polmerom, večja je površina blazinice. To lahko poveča nosilnost. Vendar pa ustvarja tudi večjo razliko v hitrosti drsenja po širini blazinice. Zaradi tega postane porazdelitev tlaka neenakomerna in dejanska nosilnost je lahko nižja od tiste, ki jo kaže samo območje blazinice.
Načini okvar in njihova povezava s principom delovanja
Razumevanje delovanja potisnega ležaja olajša razumevanje njegovih načinov odpovedi.
Propad filma (pomanjkanje maziva)
Če je dovod mazalnega olja prenizek, postane oljni film na sprednjem robu tanjši. Posledično se hidrodinamični klin ne razvije normalno. Najmanjša debelina filma se nato zmanjša, po možnosti pod raven, potrebno za popolno-mazanje filma. Ko se to zgodi, ležaj preide v režim-mešanega mazanja.
Ko pride do površinskega stika, se začnejo luske ali prevleke obrabljati. Ta stik ustvarja več trenja in toplote. Višja kot je temperatura, manjša je viskoznost maziva, zaradi česar je film tanjši. Postopek se nato nadaljuje, kar lahko povzroči izgubo toplote in okvaro ležaja (Booser & Khonsari, 2020).
Toplotno popačenje (kronanje)
Temperatura na površini blazinice ni vedno enakomerna. Če so nekatera področja bolj vroča od drugih, se različni deli tesnila razširijo za različne količine. To bo spremenilo obliko površine blazinice in lahko spremeni pričakovani stožec ali raven profil.
Pri nagibnih-ležajih lahko toplotna krona premakne središče efektivnega tlaka stran od vrtišča. To spremeni ravnotežje sil, ki delujejo na tesnilo, in lahko zmanjša minimalno debelino filma na nevarne ravni.
Zato je analiza toplotne deformacije pomemben del-zasnove visoko zmogljivega potisnega ležaja. Inženirji pogosto uporabljajo analizo končnih elementov za preučevanje kombiniranih učinkov temperature in strukturne deformacije (Ettles, 1980).
Obremenitev robov (neusklajenost)
Neusklajenost gredi ali deformacija ohišja ležaja lahko povzroči, da se potisni obroč nagne glede na ležajne blazinice. Ko se to zgodi, je obremenitev koncentrirana na enem robu in ne razpršena po površini blazinice.
Ta pogoj se imenuje robna obremenitev. Doda lahko velik lokalni pritisk. V nekaterih primerih je lahko pritisk na robu bremena tri do petkrat večji od povprečnega pritiska na celotno blazinico. Torej, tudi če skupna obremenitev ležaja ostane znotraj konstrukcijske specifikacije, lahko plast Babbit preseže svojo mejo utrujenosti.
Nestabilnost vrtenja (nagibni-ležaji blazinic)
Pri visokohitrostnih in nizkih obremenitvah nagibnih potisnih ležajih blazinica morda ne bo stabilna v enem položaju. Namesto tega lahko blazinice nagnete naprej in nazaj.
To vedenje se imenuje rotacijska nestabilnost. Podobno je oljnemu vrtinčenju v lečnih ležajih. Nestabilnost povzroča vibracije s frekvenco, nižjo od hitrosti osi.
Možnost te težave je odvisna od razmerja med togostjo, ki jo ustvari vrtilna podpora, in togostjo, ki jo ustvarijo hidrodinamične sile v mazalnem filmu. Če ravnovesje postane neugodno, postane težko vzdrževati stabilno delovanje (Childs, Turbomachinery Rotordynamics, Wiley, 1993).
Zaključek
Načelo delovanja potisnih ležajev s tekočim filmom temelji na preprostem fizičnem dejstvu. Ko se površini med seboj premikata, viskozna tekočina v konvergentni reži ustvarja pritisk. Ta tlak nastane s hidrodinamičnim delovanjem in ne zahteva zunanjih virov tlaka. Iz tega razloga so potisni ležaji zasnovani za ustvarjanje, vzdrževanje in nadzor polimeriziranega mazalnega filma pri različnih pogojih delovanja, kot so obremenitev, hitrost, temperatura in mehanske deformacije.
V procesu izdelave fiksni stožčasti ležaj in stopničasti ležaj ustvarita konvergentno geometrijo. Oblika je zgrajena na naležni površini in ostane pritrjena med delovanjem.
Nagibni{0}}ležaji delujejo drugače. Vsako tesnilo je mogoče prilagoditi med uporabo. To omogoča, da blazinica nenehno tvori konvergentni klin, ki ustreza trenutnim pogojem delovanja. S spreminjanjem obremenitve, hitrosti in lastnosti maziva se spreminja tudi kot tesnila.
Pri obeh vrstah ležajev mazalni film med normalnim hidrodinamičnim delovanjem ločuje površino ležaja od vrtljivega potisnega obroča. Obremenitev se doseže s pritiskom, ki nastane v mazalnem filmu, in ne z neposrednim stikom med trdnimi površinami. Mazalni film je običajno debel le nekaj mikrometrov do nekaj deset mikronov, odvisno od pogojev delovanja in konstrukcije ležaja.
Reference
- Reynolds, O. (1886). "O teoriji mazanja in njeni uporabi pri poskusih gospoda Beauchamp Towerja, vključno z eksperimentalnim določanjem viskoznosti oljčnega olja."Filozofske transakcije Kraljeve družbe, vol. 177, str. 157–234.
- Michell, AGM (1905). "Die Schmierung ebener Flächen."Zeitschrift für Mathematik und Physik, let. 52, str. 123–137.
- Rayleigh, Gospod. (1918). "Opombe o teoriji mazanja."Filozofska revija, serija 6, vol. 35, št. 205, str. 1–12.
- Khonsari, MM & Booser, ER (2017).Uporabna tribologija: Oblikovanje in mazanje ležajev, 2. izd. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hamrock, BJ, Schmid, SR in Jacobson, BO (2019).Osnove strojnih elementov, 3. izd. Boca Raton: CRC Press.
- Stachowiak, GW in Batchelor, AW (2014).Inženirska tribologija, 4. izd. Boston: Butterworth-Heinemann.
- Wilcock, DF & Booser, ER (1957).Oblikovanje in uporaba ležajev. New York: McGraw-Hill.
- Ettles, CM (1980). "Analiza in delovanje ležajev z zasučnimi blazinicami ob upoštevanju toplotnih in elastičnih učinkov."ASME Journal of Lubrication Technology, let. 102, št. 2, str. 182–192.
- Booser, ER & Khonsari, MM (2020).Življenjski faktorji STLE za drsne ležaje. Park Ridge: Društvo tribologov in inženirjev mazanja.
- Bair, S. & Winer, WO (1992). "Reologija tekočih maziv pri visokem- strižnem tlaku."ASME Journal of Tribology, let. 114, št. 1, str. 1–13.
- Childs, DW (1993).Rotordinamika turbostrojev: pojavi, modeliranje in analiza. New York: John Wiley & Sons.
- Mednarodna organizacija za standardizacijo. (1992).ISO 3448:1992 - Industrijska tekoča maziva: klasifikacija viskoznosti ISO.Ženeva: ISO.
- Cameron, A. (1966).Načela mazanja. London: Longmans.
- Dowson, D. (1998).Zgodovina tribologije, 2. izd. London: Professional Engineering Publishing.
- Pinkus, O. & Sternlicht, B. (1961).Teorija hidrodinamičnega mazanja. New York: McGraw-Hill.