Меню

Перепад давления в подшипнике

Гидродинамический подшипник. Как ЭТО работает.

Гидродинамический подшипник ( fluid dynamic bearing )- это ВИД гидравлического подшипника. Кроме него есть еще гидроСТАТИческий подшипник, но его устройство несколько сложнее и реже встречается в повседневной жизни.

В гидродинамическом подшипнике при вращении вала на больших скоростях жидкость увлекается валом в пространство между поверхностями трения, и таким образом осуществляется самосмазывание. Можно рассматривать его как подшипник скольжения, в котором геометрия, достаточная скорость вращения и свободная подача смазки делают масляный слой достаточно толстым, чтобы полностью исключить контактное трение на любых рабочих режимах.

Принцип действия состоит в том, что связывающим звеном между двумя движущимися поверхностями, является жидкость или масло, которые раскручиваясь внутри подшипника (часто благодаря специальной микрошлифовке или винтовой нарезке , но и без неё можно получить данный эффект, в зависимости от конструкции), создают эффект подъёмной , центробежной силы .

Условия возникновения жидкостного трения

Для работы гидродинамического подшипника необходимо создание гидродинамического слоя смазки, для этого нужно обеспечить следующие условия:

  • смазывающая жидкость должна удерживаться в зазоре (например между валом и корпусом подшипника)
  • в смазывающей жидкости должно поддерживаться давление достаточное для уравновешивания нагрузки
  • жидкость должна полностью разделять скользящие поверхности, а значит ее слой должен быть выше, чем сумма шероховатостей поверхностей
  • толщина слоя жидкости должна быть больше минимального значения

Источник

Гидростатический подшипник

В гидростатическом подшипнике между поверхностями трения создается слой смазки, исключающий контакт между твердыми поверхностями и снижающий трение.

Если в гидродинамическом подшипнике слой масла между поверхностями создается за счет вращения вала, то в гидростатическом смазывающая жидкость подается от внешнего насоса. Рассмотрим преимущества, которые дает такой способ подачи смазки к поверхностям трения.

Как упоминалось ранее в гидродинамическом подшипнике слой смазки образуется при вращении вала, который фактически выполняет роль динамического насоса, для образования гидродинамического слоя смазки необходимо получить нужные характеристики потока жидкости в зазоре, а значит вал должен вращаться с определенной частотой вращения (как правило достаточно высокой). Если минимально необходимая частота вращения не достигнута, то значит и гидродинамический слой смазки не образуется, а поверхности вала и обоймы будут соприкасаться и изнашиваться, а трение будет высоким. Этот недостаток можно устранить, используя гидростатический подшипник, ведь характеристики потока в данном случае, не будут зависеть от частоты вращения вала, а будут определяться параметрами работы насоса.

Схема гидростатического подшипника

Смазывающая жидкость всасывается из картера насосом.

Читайте также:  Датчик давления масла ауди а6 с5 видео

Вал установлен в обойме, в которой выполнены специальные каналы. Масло от насоса через фильтр подается во внутреннюю полость вала, и через отверстия поступает в зазор между валом и обоймой. Жидкость может вытекать через зазор в картер, но происходит это с достаточным сопротивлением, для того чтобы давления жидкости было достаточно для образования гидростатического слоя смазки. В том случае, если нагрузка на вал будет возрастать, зазор будет уменьшатся, вследствие чего будет увеличиваться сопротивление при течении жидкость, что вызовет увеличение давления, я значит и несущую способность слоя жидкости.

Односекционные, многосекционные и многокамерные подшипники

Гидростатический подшипник может опоясывать подвижную деталь не полностью, это допустимо в тех случаях, когда нагрузка действует лишь в одном направлении. В этом случае целесообразно применить односекционный подшипник.

Если нагрузка действует в нескольких направлениях, то необходимо устанавливать многосекционный гидростатический подшипник. На рисунке показан двухсекционный подшипник.

Многокамерные подшипники опоясывают вал на всей окружности, и имеют несколько камер.

Достоинства и недостатки гидростатического подшипника

Среди достоинств гидростатического подшипника, следует выделить:

  • высокая несущая способность подшипника,
  • низкое трение и малый износ вращающихся деталей,
  • независимость характеристик подшипника от частоты вращения вала,
  • простота реализации очистки, подогрева и охлаждения смазывающей жидкости,
  • высокая точность центровки вала в широком диапазоне частот вращения вала.

Недостатками гидростатического подшипника являются:

  • значительное удорожание конструкции за счет необходимости установки насоса,
  • необходимость отбора мощности для питания насоса.

Источник

Шпиндельные узлы на опорах с гидростатической смазкой, конструирование, основы расчета и эксплуатации

Гидростатические опорыобеспечивают высокую точность вра­щения, обладают высокой демпфирующей способностью, что значи­тельно повышает виброустойчивость шпиндельного узла, имеют прак­тически неограниченную долговечность, высокую нагрузочную спо­собность при любой частоте вращения шпинделя. Гидростатические опоры могут быть использованы в качестве датчиков силы в системах адаптивного управления, в качестве приводов микроперемещений.

Принцип действия гидростатического подшипника основан на том, что при прокачивании масла под давлением от внешнего источ­ника через зазоры (щели) между сопряженными поверхностями в за­зоре образуется несущий масляный слой, исключающий непосред­ственный контакт поверхностей даже при невращающемся шпинделе (рис.30). В радиальных подшипниках равномерно по окружности. Делают полости-карманы, куда через дроссели подается под давле­нием масло от источника питания (насоса). При приложении внешней нагрузки вал занимает эксцентричное положение, зазоры h в подшипнике перераспределяются, что приводит к увеличению давления р масла в одних карманах и уменьшению в противоположных. Уравнивания давлений в карманах не происходит вследствие наличия дросселей на входе в каждый карман. Разность давлений создает результирующую силу Fc, воспринимающую внешнюю нагрузку. Отвод смазочного материала производится через торцы подшипника,иногда и через дренажные кана­вки, выполненные на перемы­чках между карманами.

Читайте также:  Бензонасос не держит давление причины

Конструктивные параметры радиальных гидростатических подшипников выбирают в зави­симости от диаметра шейки шпинделя D, рассчитанного по формуле

(1.8)

для обеспечения требуемой жесткости шпиндель­ного узла или выбранного кон­структивно с учетом диаметров стандартного переднего конца шпинделя. При этом обычно длина подшипника L = D, размеры перемычек, ограничи­вающих карманы l = lк = = 0,1D, диаметральный зазор ∆ = (0,0008 — 0,001) D, мм.

Число карманов, как пра­вило, принимают равным че­тырем. В качестве рабочих жидкостей применяют мине­ральные масла с вязкостью μ = (l — l0)·l0 -3 Па·с; для вы­сокоскоростных шпинделей для уменьшения потерь на трение применяют масла с минимальной вязкостью, для повышения дем­пфирующей способности приме­няют более вязкие масла. Параметры капиллярных или щелевых дросселей, обеспечивающих ламинарное течение смазочного матери­ала, при малых эксцентриситетах е рассчитывают таким образом, чтобы выполнялось условие рk = 0,5рн, где рк — давление в кар­мане; рн давление, создаваемое насосом. Параметры гидростати­ческих подшипников могут быть оптимизированы исходя из получе­ния максимальной жесткости или минимальных потерь на трение.

Применение гидростатических опор требует сложной системы питания и сбора масла, что является их недостатком.

Принципиальная схема питания гидростатических опор приве­дена на рис.28.Когда требуется высокая точность станка, к си­стеме питания подключают холодильную установку для стабилиза­ции температуры. Для обеспечения нормальной работы гидростатических опор требуется тщательная фильтрация масла. Макси­мальный размер частиц, попадающих в зазор, не должен превышать половины минимальной величины зазора (5—10 мкм).

Расчет гидростатических подшипников сводится к определению нагрузочной способности, жесткости масляного слоя, расхода сма­зочного материала и потерь на трение и прокачивание масла. На­грузочная способность гидростатических подшипников, Н, зависит от радиального смещения шпинделя в опоре

где рн — давление, создаваемое насосом, мПа; Ѕэф — эффективная площадь подшипника, учитывающая падение давления на перемыч­ках, мм 2 ; CF (ε, k) — функция, зависящая от относительного сме­щения е шпинделя в опоре и геометрических параметров опоры.

Для легко- и средненагруженных гидростатических подшипни­ков внешние нагрузки, а следовательно, и смещения невелики; тогда можно приближенно принять

Для радиальных гидростатических подшипников приближенно

Sэф = 0,5D 2 , следовательно, его нагрузочная способность

(4.8)

Жесткость слоя смазки, Н/мм, гидростатического радиального подшипника при указанных выше малых смещениях

(5.8)

Расход смазочного материала, мм 3 /с, необходимо­го для обеспечения нормального режима работы подшипника,

Читайте также:  Рекомендуемое давление масла в турбине

(6.8)

Потери на трение в гидростатических подшипниках складываются из потерь на трение в карманах и в зазорах (на перемычках), а также из потерь на обеспечение прокачивания смазочного материала через подшипник. Потери в карманах невелики, ими можно прене­бречь, и общие потери, кВт,

где Рт — потери на трение в рабочем зазоре; PQ — потери на про­качивание смазочного материала.

Для радиальных гидростатических подшипников при принятых выше соотношениях

(8.8.)

В качестве примера приведем рассчитанные по указанным соотношениям харак­теристики радиального четырехкарманного гидростатического подшипника токар­ного станка при следующих исходных данных: диаметр шейки шпинделя D = 100 мм, диаметральный зазор ∆ = 0,08мм, рн = 3 мПа, рабочая жидкость — масло 45А вязкостью μ = 7·10 -3 Пас при t= =30°С, е = 0,02мм.

Нагрузочная способность подшипника Fс = 11 250 Н; жесткость jм = 56 ·10 4 Н/мм; расход смазки Q = 70·10 3 мм 3 /с. Потери на трение при п = 1600 мин -1 Р = РT + РQ = 0,16+ 0,2= 0,36 кВт.

Шпиндельный узел станка на гидростатических опорах изобра­жен на рис. 29. При конструировании и расчете гидростатических подшипников следует учитывать, что все их характеристики сильно зависят от величины и формы зазора, которые существенно отлича­ются от теоретических вследствие деформаций сопряженных дета­лей. Учет реальных формы и величины зазора приводит к сложным зависимостям, что требует при расчетах их характеристик прибегать к вычислительной технике.

Опоры с воздушной смазкой. В станкостроении применяют аэростатические подшипники, по принципу действия подобные ана­логичным гидростатическим, только несущий слой в них создается путем подвода в зазоры между сопряженными поверхностями не жидкости, а сжатого воздуха под давлением, не превышающим 0,3— 0,4 МПа. Вследствие этого нагрузочная способность их невелика, однако малая вязкость воздуха позволяет существенно снизить по­тери на трение, что предопределило применение аэростатических подшипников в небольших прецизионных станках при больших окружных скоростях вращения шпинделя.

В силу малых зазоров в гидростатических подшипниках, к смазочному материалу предъявляют повышенные требования к очистке масла.

Применяют многоступенчатую систему: грубая, средняя, тонкая и иногда сверхтонкая очистка.

Для последних ступеней используют специальные фильтры, срок службы которых незначителен и они требуют частой замены.

Правила эксплуатации шпиндельных узлов на гидростатической смазке:

  1. Применять строго рекомендуемые смазки.
  2. Вовремя производить замену фильтров.

Не вращать шпиндель без подачи смазки в опоры (при выключенной насосной установки).

Источник

Adblock
detector