Какво е хидродинамичен лагер. Хидродинамичен лагер: особености на приложение и принцип на действие

Съдържанието на статията

ЛАГЕР,структурна единица от машини и механизми, която поддържа или направлява въртящ се вал или ос. Ако шийката на вала в лагера се плъзга директно върху опорната повърхност, тогава тя се нарича плъзгащ лагер. Ако има топки или ролки между шийката на вала и опорната повърхност, тогава такъв лагер се нарича търкалящ лагер. Целта на лагера е да намали триенето между движещи се и неподвижни части на машината, тъй като триенето е свързано със загуба на енергия, топлина и износване.

Плъзгащи лагери.

Плъзгащият лагер е масивна метална опора с цилиндричен отвор, в който е поставена втулка или втулка, изработена от антифрикционен материал. Шийката или шийката на вала се вписва в отвора в лагерната втулка с малка междина. За да се намали триенето и износването, лагерът обикновено се смазва, така че валът да е отделен от втулката с филм от вискозна маслена течност. Експлоатационните характеристики на плъзгащия лагер се определят от неговите размери (дължина и диаметър), както и от вискозитета на смазката и скоростта на въртене на вала.

Смазване.

За смазване на плъзгащ лагер можете да използвате всяка достатъчно вискозна течност - масло, вода, бензин и керосин, водни и маслени емулсии, а в някои случаи дори газове (например нагрят въздух и продукти от горенето в реактивни двигатели) и течни метали. Пластмасови и твърди („грес“) смазочни материали също се използват, но техните смазочни свойства са различни от тези на течности и газове. В случаите, когато естествената циркулация на смазката в лагера не е достатъчна за охлаждането му, се осигурява система с принудителна циркулация с топлоизлъчващи радиатори и радиатори.

Хидростатични лагери.

Плъзгащ лагер, в който смазката се подава под налягане (обикновено от маслена помпа) от външен източник, се нарича хидростатичен лагер. Товароносимостта на такъв лагер се определя основно от налягането на подадената смазка и не зависи от периферната скорост на вала.

Хидродинамични лагери.

Плъзгащ лагер, работещ със смазка, може да се разглежда като помпа. За да се премести вискозна среда от зона с ниско налягане в зона с високо налягане, е необходимо да се изразходва енергия от външен източник. Лубрикантът, полепнал върху контактните повърхности, когато валът се върти, издържа на пълно изтриване и се изстисква в зоната, където налягането се увеличава, като по този начин поддържа празнина между тези повърхности. Плъзгащ лагер, в който по описания начин се създава зона с повишено налягане за задържане на товара, се нарича хидродинамичен.

Търкалящи лагери.

В търкалящия лагер триенето при плъзгане се заменя с триене при търкаляне, което намалява загубите на енергия поради триене и намалява износването.

Лагери.

Най-често срещаният търкалящ лагер е сачменият лагер. Формата на жлебовете (ходовите пътеки) на вътрешните и външните пръстени на търкалящия лагер трябва да се контролира много прецизно по време на производството, така че, от една страна, да няма приплъзване на сачмите спрямо пръстена, а от друга страна, те имат достатъчно голяма опорна площ. Сепараторът задава точното положение на топчетата и предотвратява взаимното им триене. В допълнение към едноредовите сачмени лагери се произвеждат лагери с два и няколко реда сачми (двуредни, многоредови), както и лагери с други конструкции.

Ролкови лагери.

При ролковите лагери търкалящите тела са ролки - цилиндрични, бъчвовидни, конични, иглени или усукани. Конструкциите на ролковите лагери също са разнообразни.

Смазване.

Срокът на експлоатация на търкалящия лагер се определя от износването от умора на сачмите (ролките) и каналите в пръстените.Такива лагери също изискват смазване за намаляване на триенето и износването. Работната температура е важна, тъй като при повишени температури не само се засяга неравномерното термично разширение на лагерните елементи, което води до повишено приплъзване и съответно износване, но също така намалява и твърдостта на лагерните материали.

Носещи материали.

Плъзгащите лагери се изработват от различни метали, сплави, пластмаси, композити и други материали. Дълго време основният носещ материал е Бабит, патентован от А. Бабит през 1839 г. Тази сплав на базата на калай или олово с малки добавки на антимон, мед, никел и др. позволява редица опции за състав, различаващи се по относително съдържание на компоненти. Бабитовите сплави са станали, така да се каже, стандарт за оценка на други материали за лагери, включително комбинации от материали, които са се доказали добре поотделно: бабит и стомана; бабит, стомана и бронз; олово с индий; сребро и стомана; графит и бронз. Сред пластмасовите материали за плъзгащи лагери се открояват найлон и тефлон, които не изискват смазване. Въглеродни графити, металокерамика и композити също се използват като материали за плъзгащи лагери.

Съдържанието на статията

Плъзгащи лагери.

Смазване.

Хидростатични лагери.

Хидродинамични лагери.

Търкалящи лагери.

Лагери.

Ролкови лагери.

Смазване.

Носещи материали.

Изобретението се отнася до машиностроенето и може да се използва в опорни и опорни лагери с хидродинамичен смазочен слой за машини и по-специално за лагери на валцовани мелници, където възникват високи периферни скорости и специфични натоварвания. Хидродинамичният лагер съдържа джобове, направени върху една от работните повърхности, които образуват хидродинамичен смазващ слой. В този случай всички джобове са разположени само отчасти или в цялата площ на слоя, където налягането по дължината на слоя се увеличава, а джобовете, започвайки от захранващото устройство, от което смазката влиза в слоя, са разделени един от друг по дължината на слоя чрез прегради със заострени върхове, завършващи с уплътняващи ръбове. Техническият резултат е увеличаване на минималната дебелина на смазочния слой, намаляване на отделянето на топлина, увеличаване на носещата способност и намаляване на износването. 4 заплата f-ly, 8 ил.

Изобретението се отнася до областта на машиностроенето и може да се използва в опорни и опорни лагери с хидродинамично (течно или газово) смазване за различни машини и по-специално за лагери на валцови мелници, където възникват високи периферни скорости и специфични натоварвания. Известни са устройства за опорни и опорни лагери с хидродинамично смазване и вискозен смазващ слой, работещи по принципа на Рейнолдс-Мичъл, при които движещите се и неподвижни работни повърхности, образуващи слоя, са направени гладки, монтирани помежду си под определен ъгъл, и налягането в течния (газ) смазващ слой между тях се създава чрез изтегляне на смазката в тънък стесняващ се клиновиден слой от вискозни сили (сили на флуидно триене), създадени от движещата се работна повърхност. Върху слоя действат и сили на триене от неподвижната повърхност, но те са реакция на движението на слоя. С това движение в слоя възникват и инерционни сили на масата на смазочния поток, причинени от рязка промяна (включително преразпределение по напречното сечение на слоя) на скоростите на този поток, главно под въздействието на силите на флуидно триене от неподвижната работна повърхност във входния участък на пласта, но тези сили са значителни само на самия вход в пласта по дължината му (по посока на движение на работната повърхност) не повече от 2 mm. По-нататък по дължината на слоя не настъпват бързи промени в скоростта и не възникват значителни инерционни сили. Следователно, в лагерите, работещи по принципа на Рейнолдс-Мичъл, инерционните сили практически нямат ефект върху образуването на налягане в смазочния слой. Освен това инерционните сили, които възникват зад смазочния слой в неговия съпътстващ поток (в потопена струя), не влияят поради ускорението на течността, изтичаща от слоя, забавено в него от неподвижна работна повърхност. Следователно в смазочния слой на Reynolds-Mitchell действат практически само вискозни сили и хидродинамични сили на налягане, причинени от тях. Последните раздалечават работните повърхности и създават слой смазка с определена дебелина между тях. Недостатъкът на лагерите, работещи по принципа на Рейнолдс-Мичъл, е, че силите на триене, действащи от неподвижната работна повърхност в областта на слоя, където се увеличава налягането по дължината му, непрекъснато забавят смазката, докато се движи в слой. Това предотвратява навлизането на смазката в слоя и по-нататъшното му движение там, т.е. намалява скоростта и консумацията на смазка, което от своя страна намалява минималната дебелина на смазочния слой, повишава температурата му и намалява товароносимостта на лагера. Невъзможно е да се увеличи ъгълът на клина (размерът на маслената междина), за да се намали посоченото спиране, т.к всяко негово увеличение води до увеличаване на страничното изтичане на смазка от слоя, а увеличаването на ъгъла на клина над определен размер дори води до възникване на обратно движение на смазката на неподвижната работна повърхност по посока на подаването джоб (вдлъбнатина в неподвижната работна повърхност, откъдето смазката се подава към слоя). Известни са устройства за тяга (A. Cameron, “Theory of Lubrication in Engineering”, p. 67, Mashgiz, M., 1962) и лагери на дръжката, в които на една от повърхностите са направени маслени джобове под формата на жлебове. формиране на хидродинамичен смазващ слой, например, като за устройството, прието за прототип съгласно авторско свидетелство на СССР N 796508, кл. F 16 C 33/04. В такива устройства, поради увеличаване на дебелината на слоя в маслените джобове и поради тази причина намаляване на силите на триене там от неподвижната работна повърхност, потокът в джобовете се ускорява (и завихря) от подвижна повърхност, която подобрява смазването по време на режимите на стартиране и при ниски специфични натоварвания намалява отделянето на топлина. Но инерционните сили в тези лагерни устройства също не допринасят за увеличаване на налягането в слоя, тъй като там джобовете по дължината на слоя са разделени един от друг от части от неподвижната работна повърхност, чиято дължина е много по-голяма от дължината на входните участъци, където инерционните сили са все още значителни и те не могат да допринесат за преодоляване на съпротивлението на разширен участък от слоя между джобовете и увеличаване на консумацията на смазване. Следователно, поради спиране от тези части на повърхността, инерционните сили са напълно изчезнали и потокът на смазка, ускорен в джобовете, не запазва допълнителната скорост, получена в предишния джоб, до следващия джоб. Следователно, заемайки полезната площ на работната повърхност, където се генерира налягане, такива джобове при високи специфични натоварвания намаляват увеличаването на налягането в слоя и намаляват минималната му дебелина. Целта на изобретението е да се увеличи носещата способност, да се намали консумацията на енергия и износването на лагерите. Тази цел се постига с факта, че както в прототипа, върху една от работните повърхности, образуващи хидродинамичния смазващ слой, има маслени джобове, които не комуникират помежду си. Но освен това, съгласно изобретението, всички джобове са разположени само в част или в цялата област на слоя, където налягането по дължината на слоя се увеличава, и джобовете, като се започне от захранващия джоб, от който навлиза смазката слоя, са разделени един от друг по дължината на слоя само чрез прегради, имащи заострени върхове, завършващи с уплътняващи ръбове. Също така, съгласно изобретението, размерът на джобовете е по-голям по ширина на слоя, отколкото по дължина. Освен това има празнини между джобовете по ширината на слоя. Разстоянията по ширината на слоя от ръба на работната повърхност до джобовете се увеличават по дължината на слоя. Размерът на джобовете по дължината на слоя и дълбочината на запечатващия ръб се увеличават, колкото по-близо е джобът към захранващото устройство. Слоят смазка в джобовете, съседни на билото, започвайки от захранващия джоб, без да изпитва много спиране от неподвижната работна повърхност, се ускорява от движещата се работна повърхност и придобива допълнителни скорости по цялата си дебелина. След това този слой попада в уплътнителната междина между джобовете (между уплътнителния ръб на преградата и другата работна повърхност). Поради малката дължина на тази междина, потокът на смазочния материал преминава през нея по път, по-къс от дължината на входящата секция, а инерционните сили в слоя са най-значителни именно в началната част на тази секция, преодолявайки силите на триене от ръба на уплътнителната преграда и спадът на налягането между джобовете по този кратък път значително допринасят за поддържане до следващия джоб на тези стойности на допълнителните скорости по дебелината на слоя, които са били получени в предишния джоб. Това осигурява увеличаване на консумацията на смазка в слоя. Поради факта, че подобно на стесняващ се клин, дебелината на уплътнителните прорези на изхода на джобовете е по-малка, отколкото на входа, увеличените разходи за смазка при една и съща дебелина на слоя създават повишено налягане в него и при същото натоварване върху лагера, те увеличават дебелината на слоя. Следователно, при равни други условия, в смазочния слой на лагер съгласно изобретението, средната скорост на смазочното средство, неговият дебит и минималната дебелина на смазочния слой (или налягане) ще бъдат по-големи, отколкото в слоя на Рейнолдс-Мичъл и в слоя прототип. Тъй като размерът на джоба по дължината на слоя е избран да бъде не повече от необходимия за възстановяване в джоба част от скоростта на потока, загубена за преодоляване на съпротивлението по пътя между джобовете в уплътнителната междина, броят на джобовете джобовете по дължината на слоя ще бъдат оптимално големи, осигурявайки многократно (многоетапно) използване на инерционните сили за увеличаване на степента на смазване в слоя. В зоната на слоя, където налягането не се увеличава (достига максимум или намалява), поради липсата на джобове там, неподвижната повърхност забавя потока на смазката колкото е възможно повече, както е необходимо за намаляване на налягането изпускайте. В допълнение, разполагането на джобовете извън зоната на максимално износване, което се случва в точката на минимална дебелина на слоя, значително намалява износването на тънките върхове на преградите между джобовете. Зоните на работната повърхност между джобовете и по краищата на слоя в областта, където са разположени джобовете, служат главно като уплътнения, които намаляват страничните течове, а образуването на налягане в слоя се осигурява, когато потокът на смазочния материал преминава през запечатване на слотове от един джоб в друг. Следователно, задълбочаването на уплътнителните ръбове спрямо нивото на работната повърхност дава възможност да се образуват различни дебелини на слоя в уплътнителните процепи и на работните повърхности и да се създадат техните оптимални стойности както за намаляване на страничните течове, така и за увеличаване на консумацията на смазка. В допълнение, гарантирането, че ширината на работната повърхност в краищата на слоя се увеличава с увеличаване на налягането по дължината му, намалява страничното изтичане. В резултат на общото влияние на тези конструктивни фактори минималната дебелина на смазочния слой се увеличава повече от 2 пъти. Следователно генерирането на топлина (консумацията на енергия) се намалява със същото количество и носещата способност на лагера се увеличава повече от 4 пъти, а също така се намалява износването му. На фиг. Фигура 1 показва изометричен изглед на опорна лагерна втулка с работни повърхности в пространствата, разделящи джобовете по ширината на слоя. На фиг. 2 показва напречно сечение на втулката, показана на фиг. 1, и секцията на вала. На фиг. Фигура 3 показва напречно сечение по дължината на смазочния слой на Reynolds-Mitchell и разпределението на скоростите на смазване по дебелината на слоя. На фиг. Фигура 4 показва напречно сечение по дължината на смазочния слой на лагер съгласно изобретението и разпределението на скоростите в него по дебелината на слоя. На фиг. Фигура 5 показва изглед отгоре на подложка на опорен лагер с променлива ширина на работната повърхност в краищата на слоя в областта, където са разположени джобовете. На фиг. 6 показва разрез по А-А на възглавницата от ФИГ. 5. На фиг. 7 показва разрез по В-В на възглавницата от ФИГ. 5. На фиг. 8 показва разрез по А-А на втулката от ФИГ. 2. На снимката, показана на ФИГ. 1 и 2 на втулката 1 на опорния лагер показват: джобове 2, работната повърхност 3 на втулката, разположена в зоната, където няма джобове, прегради 4 между джобовете и секциите на работната повърхност 5 и 6, разположени съответно по краищата на втулката и между джобовете по ширината на втулката, уплътнителни ръбове 7, направени върху заострените върхове на преградите 4 и имащи размер на затъпяване или заобляне 8. Размерът на джобовете по ширината на слой е по-голям от дължината и по-голям от размера по ширината на слоя на секциите на работната повърхност в пространствата между джобовете. В напречното сечение, показано на фиг. 2, показан допълнително: вал 9, въртящ се с периферна скорост 10 и имащ работна повърхност 11, образувайки с вътрешните повърхности на втулката 1 части от смазочния слой 12 и съответно 13 в областта на местоположението на джобовете 2 и извън него, и захранващ джоб 14. Диаграма 15 също показва разпределение на налягането в смазочния слой по дължината му, ъгъл 16 е централният ъгъл между местоположението на максималното налягане в смазочния слой и преградата при захранващия джоб, а ъгъл 17 е централният ъгъл, в който са разположени джобовете. На фиг. 3 показва напречно сечение по дължината на смазочния слой на Reynolds-Mitchell, образуван между неподвижната работна повърхност 18 на упорната подложка и работната повърхност 11 на аксиалния лагер, движещ се със скорост 10. В слоя се образува налягане, чиято диаграма на разпределение 19 е подобна на диаграмата в опорно носещия слой без джобове. До точка 20 от диаграма 19 налягането се увеличава, след което намалява. Пред слоя, в пространството 22 между упорните подложки (или в захранващия джоб на опорния лагер), откъдето смазочният материал се подава към слоя, по протежение на дебелина на потока, равна на максималната дебелина 23 на смазочния слой , диаграмата на разпределение на скоростта 24 има правоъгълна или близка до нея форма. В слоя, след като е преминал неговата входна секция 25, потокът придобива доста стабилно (бавно променящо се по дължината на слоя) разпределение на скоростта по дебелината на слоя, както е показано на диаграма 26. Тази промяна във формата на диаграмата във входната секция (от 24 до 26) възниква поради забавяне на потока стационарна работна повърхност 18, което променя диаграмата до триъгълна форма 27, и поради спиране на налягането, генерирано в слоя, допълнително променяйки диаграмата до формата на вдлъбнат триъгълник 26. Както може да се види от сравняването на диаграми 24 и 26, площта на диаграма 24 и следователно скоростта на потока на смазката преди навлизане в слоя е повече от 2 пъти площта на диаграма 26 и консумацията на смазка в слоят. Следователно, не целият поток на смазка с дебелина 23 навлиза в слоя, но по-голямата част от неговия дебит, съответстващ на разликата в областите на скоростните диаграми 23 и 26, остава в захранващия джоб и се отнася от вихъра 21. Освен това, когато потокът се движи в слоя, формата на неговата диаграма на скоростта , бавно се променя, придобива триъгълна форма 28 в мястото, където налягането достига максимум, а след това в зоната на спад на налягането в слоят - формата на изпъкнал триъгълник 29, поради факта, че там налягането ускорява потока. Ако не вземем предвид потока в слоя по неговата ширина (странични течове), тогава всички области на диаграми 26, 28, 29 и съответните разходи за смазка са равни. В смазочния слой на прототипа (в лагер с джобове), когато потокът навлезе в слоя от всеки джоб, протича процес, подобен на този, обсъден по-горе, когато навлезе в смазочния слой от захранващия джоб. Там, преди да влезе в смазочния слой, разпределението на скоростта е същото като в захранващия джоб, съответстващ на диаграма 24, и в слоя между джобовете, тъй като дължината на този слой е по-голяма от дължината на входната секция, a разпределението на скоростта е установено, съответстващо на диаграма 26. По този начин, в прототипа, във всички джобове, по-голямата част от смазката на потока, съседен на билото с дебелина, равна на дебелината на слоя, също не влиза в него, но се завихря и остава в джобовете. Недостатъкът на лагерите, работещи по принципа на Рейнолдс-Мичъл, включително прототипните лагери, е, че силите на триене, действащи от неподвижната работна повърхност в областта на слоя, където се увеличава налягането по дължината му, непрекъснато забавят лубрикант, докато се движи в слоя. Това предотвратява навлизането на смазката в слоя, т.е. намалява скоростта и разхода на смазка в слоя, което от своя страна намалява минималната дебелина на смазочния слой, повишава температурата му и намалява товароносимостта на лагера. Невъзможно е да се увеличи ъгълът на клина (размерът на маслената междина), за да се намали посоченото спиране, т.к всяко негово увеличение води до увеличаване на страничното изтичане на смазка от слоя, а увеличаването над определен размер дори води до възникване на обратно движение на смазката при неподвижна работна повърхност в посока на захранващия джоб. Що се отнася до зоната на слоя, където налягането не се увеличава (достигна максимум или пада), тогава спирането от страната на неподвижна работна повърхност е полезно, т.к. намалява не само страничните, но и крайните течове и предотвратява отнасянето на смазката от слоя от работната повърхност. На фиг. 4 в разширен разрез на смазочния слой на опорния лагер съгласно изобретението, показан на фиг. 1 и фиг. 2 (следното важи и за аксиалния лагер), показва: втулка 1 на аксиалния лагер, некомуникиращи джобове 2, които са разположени само в част 12 от зоната на слоя, където налягането по дължината на слоя се увеличава . В допълнение, тези джобове, като се започне от захранващия джоб 14, от който смазката се подава към слоя, са разделени един от друг по дължината на слоя не чрез участъци от работната повърхност, които инхибират смазката, а само чрез прегради 4, със заострени върхове, завършващи с уплътнителни ръбове 7, изравнени с работната повърхност 5 или вдлъбнати спрямо това ниво с размер от 30, така че при входа на смазката в джоба, дебелината на междината между уплътнителния ръб 7 и другата работна повърхност 11 е по-голяма от тази дебелина на изхода от джоба. Размерът на маслените джобове 31 и 32 по дължината на слоя трябва да бъде не по-малък от стойността, при която потокът, влизащ в джоба от междината между уплътнителния ръб и другата работна повърхност 11, преминавайки джоба, придобива средна скорост, по-голяма от 2/3 от скоростта на движещата се работна повърхност. Това съответства на диаграма 34. Уплътнителните ръбове имат затъпяване или заобляне с размер 8, което осигурява минимално забавяне на потока поради факта, че този размер е минимален, не повече от 2 mm и по-малък от стойността, при която средният дебит над дебелината на слоя в слота намалява на изхода от него до стойност не по-малка от 1/2 от скоростта на движещата се работна повърхност. Това съответства на диаграма 33. Размерът на джобовете по дължината на слоя (разстоянието между уплътнителните прегради) се увеличава от стойност 31 до стойност 32 при захранващия джоб. Колкото по-близо е джобът до захранващото устройство, толкова по-близо е джобът до захранващото устройство, толкова по-голяма е дълбочината на уплътнителния ръб. Той също така показва: работната повърхност 3 на втулката, разположена в областта на 13-ия слой, където няма джобове; равнина 6, свързваща уплътняващите ръбове и показваща контура на главния ламинарен поток; работните повърхности 5, разположени по ръбовете на ръкава и между джобовете по ширината на ръкава, могат да съвпадат с равнината 5, както е показано на фиг. 1 и фиг. 2; вал 9, въртящ се с периферна скорост 10 и имащ работна повърхност 11, образувайки части от смазочния слой 12 и 13 с вътрешните повърхности на втулката 1. Диаграма 15 на разпределението на налягането в смазочния слой по дължината му е също е показано, където максималното налягане е разположено в точка, определена от ъгъл 16. Смазочният слой на опорен лагер съгласно изобретението би имал подобен външен вид. Ако джобове с такива прегради се поставят в зона 13, където налягането пада, тогава това също ще намали инхибирането на потока, но ще допринесе за пренасянето на смазка от слоя, а това не е препоръчително. Следователно джобовете трябва да бъдат разположени само в тази област на слоя, където налягането се увеличава по дължината му. Устройството съгласно изобретението работи по следния начин. Смазката в захранващия джоб, както в слоя на Рейнолдс-Мичъл, обсъден по-горе, се ускорява от движещата се работна повърхност 11 и съседният поток с дебелина 23, равна на максималната дебелина на слоя смазка, придобива допълнителни скорости, както е показано на диаграма 24. В този случай процесът на прехвърляне на кинетична енергия на смазване от билото се извършва с максимална ефективност, тъй като слоят по цялата му дебелина 23 придобива максималната възможна скорост (скорост на движещата се повърхност). След това този поток навлиза в зона 12 (където са разположени джобовете) на смазочния слой, който съгласно изобретението е клинова междина между повърхност 11 и повърхност 5, както и равнина 6. След това смазката навлиза в джобове 2 и след това в слоя на зона 13, където липсват джобовете. В зона 12 потокът първо навлиза в междината между уплътнителния ръб 7 на първата преграда и работната повърхност 11 (междината между джобовете). Поради влиянието на този ръб, въпреки неговата малка повърхност на триене (малка стойност 8 на неговото затъпяване или заобляне), както и поради разликата в налягането между първия джоб 2 и захранващия джоб 4, скоростите на потока се променят по такъв начин, че начин, по който диаграмата 24 на тези скорости преди запечатващия ръб се преобразува в диаграма 33 зад запечатващия ръб. Както може да се види от сравнението на тези диаграми, в устройството съгласно изобретението неподвижната част на лагера (втулка или упорна подложка) също осигурява известно съпротивление на потока, но това съпротивление, както може да се види от сравнението от диаграма 33 на фиг. 4 и диаграми 26 на фиг. 3, е значително по-малко от съпротивлението, което неподвижна част в слоя Рейнолдс-Мичъл и в слоя прототип осигурява на потока, тъй като площта на първата диаграма при същата скорост 10 на движещата се работна повърхност 11 е значително по-голяма от площта на втората диаграма. Следователно консумацията на смазка, въведена от захранващия джоб 4 в слоя на лагера съгласно изобретението, е значително (повече от два пъти) по-голяма от тази на лагера на Reynolds-Mitchell и прототипа. Въпреки че не целият поток от смазка, дебелина 23, навлиза в слоя от захранващия джоб и част от него, съответстваща на разликата в областите на скоростните диаграми 24 и 33, остава в захранващия джоб като част от вихъра 21. Освен това, в първия джоб потокът е подобен на този в захранващия джоб, ускорява се и по протежение на дебелината на потока (дебелина между равнина 6 и повърхност 11) диаграмата на скоростта приема форма 34 пред втората преграда. Тази форма е не пълен правоъгълник, като формата на диаграма 24, поради по-късата дължина и дълбочина на джобовете 2 от тези на захранващия джоб.Тези размери на джоба и особено неговата дължина трябва да бъдат оптимални, така че броят на джобовете да не е много малък, но също така, че диаграмата на скоростта на потока 34 в джоба да придобие достатъчна пълнота, за да натрупа кинетична енергия, за да преодолее съпротивлението на следващата междина между джобовете без голяма загуба на поток. Тази загуба все още възниква и съответства на разликата в площите на скоростните диаграми от двете страни на уплътнителната междина. Лубрикантът, който не влиза в уплътнителния процеп, остава в гнездото и циркулира там като част от вихър, подобен на вихър 21 в захранващия джоб. Увеличаването на налягането в джобовете 2 се получава, тъй като междината между уплътнителния ръб 7 и работната повърхност (дебелината на уплътняващата междина) на изхода на джобовете е по-малка, отколкото на входа. По този начин, увеличаването на потреблението на смазка, въведено от движещата се повърхност, и следователно увеличаването на налягането в слоя съгласно изобретението в сравнение със слоевете на Рейнолдс-Мичъл и прототипа се появява главно поради две причини: първо, размерът 7 на затъпяването или закръгляването на уплътнителния ръб е значително по-малко от дължината на входната секция, следователно хидравличното съпротивление на уплътнителната междина между джобовете ще бъде по-малко, така че диаграмата на скоростта на потока все още няма да придобие постоянна форма, подобна на 26 на фиг. 3, и инерционните сили помагат за преодоляване на съпротивлението на тази уплътнителна междина; второ, размерите на джобовете по дължината на слоя 31 и 32 са направени така, че потокът, докато се движи във всеки джоб, има време да придобие увеличени скорости по цялата дебелина на определената междина, за да преодолее съпротивлението си с максимална консумацията на смазка, но тези размери също трябва да бъдат възможно най-малки, за да се увеличи броят на джобовете, така че процесът на ускоряване на потока в джобовете да се повтаря повече в целия слой, където налягането се увеличава. Разгледаният принцип за създаване на налягане в смазочния слой съгласно изобретението е подобен на принципа за създаване на налягане в ротационна турбомашина: там, във всеки етап, кинетичната енергия се прехвърля към работния флуид от движещ се ротор и след това, в неподвижна направляваща лопатка, тази енергия се преобразува в енергия на налягането. Подобно на този процес, в смазочния слой съгласно изобретението, във всеки джоб по дължината му, кинетичната енергия се прехвърля към потока на смазката от движещата се работна повърхност и след това, в уплътнителните междини между джобовете, тази кинетична енергия се се преобразува в енергия на налягането в следващия джоб, тъй като в тази междина има поток от инерционни сили и хидродинамичните сили на триене от движещата се повърхност действат срещу силите на налягане, съответстващи на разликата в налягането между джобовете. Зоните 5 на работната повърхност между джобовете и по краищата на слоя служат главно като уплътнения, които намаляват страничните течове; образуването на налягане в слоя се осигурява от разликата в дебелината на уплътнителните процепи на входа и изхода на джобовете. Следователно, задълбочаването на уплътнителните ръбове спрямо нивото на работната повърхност дава възможност да се образуват различни дебелини на слоя в уплътнителните процепи и на работните повърхности и да се създадат техните оптимални стойности както за намаляване на страничните течове, така и за увеличаване на консумацията на смазка. Поради тази причина дебелината на смазващия слой между повърхности 5 и 11 се приема за минимална, по-малка с 30 от дебелината на уплътнителните процепи. Тази конструктивна мярка намалява страничното изтичане, като същевременно увеличава количеството смазка, носено от движещата се работна повърхност. В зоната на слоя, където налягането не се увеличава (достига максимум или намалява), поради липсата на джобове там, неподвижната повърхност забавя потока на смазката колкото е възможно повече, както е необходимо за намаляване на налягането изпускайте. В допълнение, разположението на джобовете извън зоната на максимално износване, което се случва в точката на минимална дебелина на слоя, значително намалява износването на тънките уплътнителни прегради между тях. В зоната на джоба ширината на работната повърхност в краищата на слоя може да се увеличи по дължината на слоя, тъй като налягането в слоя се увеличава, което допълнително намалява страничното изтичане. На фиг. Фигура 5 показва в план подложка на опорен лагер, при която в зоната, където са разположени джобовете, ширината на работната повърхност в краищата на слоя се увеличава по дължината на слоя. На фиг. 6 и фиг. Фигура 7 показва напречни сечения на тази възглавница съответно по AA и BB. Тези фигури показват: областта 12, където са разположени джобовете 2; зона 13 на изхода от слоя, където няма джобове; диаграма 15 на разпределение на налягането по дължината на пласта; най-малките 35 и най-големите 36 размери на ширината на работната повърхност в краищата на слоя; най-малките 37 и най-големите 38 джобни размера по дължината на слоя (дължина на джоба); размер на джоба 39 по ширината на слоя (ширина на джоба), диаграма 40 на разпределението на налягането по ширината на слоя. На фиг. Фигура 8 показва разрез по AA (фиг. 2) по ширината на втулката на опорния лагер, в който освен участъци от работната повърхност в краищата на слоя с размер 41, джобовете 2 са отделени от една друга по ширината на слоя по участъци от работната повърхност с размер 42. На диаграмата са показани и 43 разпределения на налягането по ширината на слоя. Устройството съгласно изобретението, показано на фиг. 5-8 работи както е показано на ФИГ. 4. В допълнение към горното трябва да се отбележи, че увеличаването на ширината на работната повърхност по дължината на слоя в неговите краища от размер 35 до размер 36 (фиг. 5) намалява количеството на изтичане от слоя, тъй като създава се по-голяма ширина в точката на поява на по-голям натиск (виж диаграма 15 на фиг. 6). В допълнение, увеличаването на размера на джобовете по дължината на слоя от стойност 37 до стойност 38 (фиг. 6) при захранващия джоб осигурява оптимални условия за възстановяване на скоростите на потока в джобовете, намалени в уплътнителните процепи при вход към джобовете, тъй като колкото по-голяма е дебелината на процепа (по-дебел поток, въведен в джоба), толкова по-голямо разстояние между запечатващите процепи е необходимо за възстановяване на скоростите на потока. От това условие, а също и като се вземат предвид действителните размери на дебелината на уплътнителните прорези и възможността за образуване на по-голям брой джобове, размерите на джобовете 39 (фиг. 7 и фиг. 8) по ширината на слой трябва да бъде по-голям от дължината. Що се отнася до връзката между размерите 39 (фиг. 8) на джобовете и размерите 42 на участъците от работната повърхност в пространствата между джобовете, като се има предвид, че тези участъци са предназначени само за намаляване на потока на смазка по ширината на слой от джоб до джоб, размерите 32 трябва да бъдат по-малки размери 39. В резултат на общото влияние на посочените конструктивни фактори минималната дебелина на смазочния слой се увеличава с повече от 2 пъти. Следователно генерирането на топлина (консумацията на енергия) се намалява със същото количество и носещата способност на лагера се увеличава повече от 4 пъти, а също така се намалява износването му.

Принцип на действие на хидродинамичните лагери. Хидродинамичният лагер е опора с флуидно триене. Тези лагери се предлагат в радиални и аксиални лагери. Радиалният лагер има три или четири сегмента (обувки) 1 (фиг. 7.6). Подпората се пълни с масло с помощта на хидравлична система. Задвижван от гравитацията невъртелив шпиндел 3 се спуска на сегменти. Когато шпинделът се върти, грапавата му повърхност изтегля масло в пролуките между него и сегментите. Дизайнът на сегмента, по-специално изместената позиция на неговата опора 2 спрямо оста на симетрия, позволява да се върти под въздействието на налягането на маслото, което води до образуването на клинова междина, стесняване в посоката на въртене на шпиндела.В тази междина възниква хидродинамично налягане R,държане на шпиндела във висящо положение. Ако шпинделът се върти върху многоклинови лагери със саморегулиращи се сегменти, които го покриват равномерно по обиколката, лекото му изместване от средното положение под действието на външно натоварване води до преразпределение на налягането в междината на клина и появата на получена хидродинамична сила, която балансира външното натоварване.

Хидродинамичните лагери се препоръчват за използване на шпиндели, които се въртят с висока постоянна или леко променяща се честота и издържат на малко натоварване, например за шпиндели на шлифовъчни машини. Предимствата на хидродинамичните лагери са висока точност и издръжливост (смесено триене само в моментите на пускане и спиране), недостатъците са сложността на конструкцията на системата за подаване на масло за опорите и промяната в позицията на оста на шпиндела, когато честотата му на въртене се промени.

Масло за хидродинамични лагери. Обикновено се използва минерално масло от клас L (velocit), което има динамичен коефициент на вискозитет u.= (4...5)10~ 3 Pa-s при температура 50 C. Масло (1...3 l/min при налягане 0,1...0,2 MPa) се подава към лагера с помощта на хидравл. система, включваща фин филтър и хладилен агрегат.

Конструкционни версии на радиални хидродинамични лагери. Сегментите на лагера трябва да могат независимо да променят позицията си както в равнина, перпендикулярна на оста на шпиндела, така и в равнина, минаваща през оста. Последното елиминира възможните високи ръбови налягания в опората, придружени от прегряване на маслото в тънкия граничен филм и загуба на неговите смазочни свойства. Има редица дизайни на лагери, при които хлабината между вала и сегментите се променя автоматично в зависимост от натоварването и скоростта на шпиндела.

Един от дизайните - LON-88, разработен от ENIMS, е показан на фиг. 7.7. Лагерът е направен под формата на отделен блок, състоящ се от два пръстена 2, три сегмента 1 и дистанционен пръстен 3. Външната крайна повърхност на сегментите е в двуточков контакт с коничните повърхности на пръстените, в резултат на което сегментите могат да бъдат монтирани по оста на шпиндела и в посоката на неговото въртене. Дистанционният пръстен със своите издатини предотвратява движението на сегментите по обиколката. Чрез промяна на дебелината на дистанционния пръстен можете да регулирате работната хлабина в лагера.

Лагери с различен дизайн - LON-34 - със сегменти 1 , инсталирани в резултат на въртене върху сферични опори А(фиг. 7.8), позволяват скорости на плъзгане до 60 m/s при липса на натиск върху ръба* Сегментните опори са направени под формата на винтове 2, изработени от закалена стомана с фина резба. Чрез преместването им в радиална посока се регулира радиалната хлабина в опората и позицията на оста на шпиндела. За да се увеличи твърдостта, пролуките в резбовите връзки на опорните щифтове с тялото се избират с помощта на гайки 3, За да се намали износването на сегментите в моментите на стартиране и спиране на шпиндела, те са изработени от биметал: върху стоманена основа се нанася слой от бронз Br OF10-0.5, Br 0S10-10 или друг антифрикционен материал използване на центробежно леене. Параметър за грапавост Раработните повърхности на сегментите не трябва да са по-високи от 0,32 микрона, шийките на шпиндела не трябва да са по-високи от 0,04...0,16 микрона. Размерите на сегментите и опорните винтове са дадени в табл. 7.1 и 7.2.

Пример за дизайн на монтаж на шпиндел. Хидродинамичните лагери са монтирани в предните и задните опори на шпинделния възел на шлифовъчната машина (фиг. 7.9) 1 тип LON-88. Аксиалните натоварвания се поемат от двустранен опорен лагер, образуван от дискове 2 И 4, Яката е в контакт с тях 3 вретено. Смазката се подава към този лагер през отворите би 5. Слот тип уплътнения предотвратяват изтичането на масло от главата на шпиндела. По канал Жмаслото от уплътнителните кухини се източва в корпуса на главата.

Конструктивни параметри на лагерите. Диаметър дшините на шпиндела се избират според условията на твърдост. Дължина на лагера I за шлифовъчни машини - 0,751), за прецизни стругове и бормашини - (0,85-0,9) Д.Дължина на дъгата на покритие на обшивката (0,6-0,8)1. Диаметрална хлабина = 0,003 D. Обикновено се използват лагери с три или четири втулки.

Изчисляване на хидродинамични радиални лагери. Изчислението се извършва, за да се определят размерите на лагера в зависимост от дадената товароносимост на опората и нейната твърдост. Освен това се определят загубите от триене в опората.

По-долу е даден метод за изчисляване на радиални хидродинамични лагери с три или четири самонастройващи се сегмента за опори със скорости на плъзгане до 30 m/s [67].

Първоначални данни: конструктивни параметри на лагера, скорост на шпиндела, максимално радиално натоварване, необходима радиална твърдост на опората.

Товароносимост (N) на един сегмент с централно положение на шпиндела

където е динамичният вискозитет на маслото, Pa-s; н- скорост на въртене на шпиндела, r/s; д- диаметър на сегментния отвор, mm; IN- хорда на сегментната дъга, mm; Л- дължина на сегмента, mm; ; проектна диаметрална хлабина, mm.

Под действието на възникналата сила шпинделът се премества от първоначално положение към дмилиметри, а новото му положение се характеризира с относителен ексцентрицитет.Ако резултантната сила е насочена по оста на сегментната опора, товароносимостта на трисегментен лагер

ИСК

1. Хидродинамичен лагер, в който върху една от работните повърхности са направени маслени джобове, образуващи хидродинамичен смазващ слой, характеризиращ се с това, че всички джобове са разположени само частично или в цялата площ на слоя, където налягането по дължината на слоя се увеличава, в джобове, започващи от захранващото устройство, от което смазката навлиза в слоя, са разделени един от друг по дължината на слоя чрез прегради със заострени върхове, завършващи с уплътняващи ръбове. 2. Лагер съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че размерът на джобовете по ширината на слоя е по-голям отколкото по дължината. 3. Лагер съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че по ширината на слоя между джобовете има участъци от работната повърхност. 4. Лагер съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че разстоянието по ширината на слоя от ръба на работната повърхност до джобовете се увеличава по дължината на слоя. 5. Лагер съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че размерите на джобовете по дължината на слоя се увеличават толкова повече, колкото по-близо е джобът към захранващото устройство.