유체역학적 베어링이란 무엇입니까? 유체역학적 베어링: 적용 특징 및 작동 원리

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베어링,회전하는 샤프트 또는 축을 지지하거나 안내하는 기계 및 메커니즘의 구조적 단위입니다. 베어링의 샤프트 저널이 지지 표면에서 직접 미끄러지는 경우 이를 플레인 베어링이라고 합니다. 샤프트 저널과 지지 표면 사이에 볼이나 롤러가 있는 경우 이러한 베어링을 구름 베어링이라고 합니다. 베어링의 목적은 기계의 움직이는 부분과 고정된 부분 사이의 마찰을 줄이는 것입니다. 마찰은 에너지 손실, 열 및 마모와 관련되어 있기 때문입니다.

슬라이딩 베어링.

슬라이딩 베어링은 감마재로 만들어진 부싱 또는 라이너가 삽입되는 원통형 구멍이 있는 거대한 금속 지지대입니다. 샤프트의 목 또는 저널은 작은 간격으로 베어링 슬리브의 구멍에 맞습니다. 마찰과 마모를 줄이기 위해 베어링은 일반적으로 윤활 처리되어 샤프트가 점성 유성 유체 필름에 의해 부싱에서 분리됩니다. 플레인 베어링의 성능 특성은 치수(길이 및 직경), 윤활제 점도 및 샤프트 회전 속도에 따라 결정됩니다.

매끄럽게 하기.

슬라이딩 베어링에 윤활유를 바르려면 오일, 물, 휘발유 및 등유, 물 및 오일 에멀젼, 경우에 따라 가스(예: 제트 엔진의 가열된 공기 및 연소 생성물) 및 액체 금속 등 충분히 점성이 있는 액체를 사용할 수 있습니다. 플라스틱 및 고체("그리스") 윤활제도 사용되지만 윤활 특성은 액체 및 가스의 윤활 특성과 다릅니다. 베어링 내 윤활유의 자연 순환이 베어링을 냉각하기에 충분하지 않은 경우 열 방출 라디에이터와 방열판을 갖춘 강제 순환 시스템이 제공됩니다.

정수압 베어링.

외부 소스로부터 압력(보통 오일 펌프에 의해)으로 윤활유가 공급되는 평면 베어링을 정수압 베어링이라고 합니다. 이러한 베어링의 하중 지지력은 주로 공급되는 윤활유의 압력에 의해 결정되며 샤프트의 주변 속도에 의존하지 않습니다.

유체 역학 베어링.

윤활유를 사용하여 작동하는 일반 베어링은 펌프로 생각할 수 있습니다. 점성 매체를 낮은 압력 영역에서 높은 압력 영역으로 이동하려면 외부 소스로부터 에너지를 소비해야 합니다. 샤프트가 회전할 때 접촉면에 부착된 윤활제는 완전한 마모에 저항하고 압력이 증가하는 영역으로 압착되어 이들 표면 사이의 간격을 유지합니다. 하중을 유지하기 위해 설명된 방식으로 증가된 압력 영역이 생성되는 슬라이딩 베어링을 유체역학이라고 합니다.

롤링 베어링.

구름 베어링에서 미끄럼 마찰은 구름 마찰로 대체되어 마찰로 인한 에너지 손실을 줄이고 마모를 줄입니다.

볼베어링.

가장 일반적인 롤링 베어링은 볼 베어링입니다. 롤링 베어링의 내부 링과 외부 링의 홈(주행 트랙) 모양은 제조 과정에서 매우 정밀하게 제어되어야 합니다. 이를 통해 한편으로는 링에 대해 볼이 미끄러지지 않고 다른 한편으로는 미끄러지지 않도록 해야 합니다. 한편, 그들은 충분히 큰 지원 영역을 가지고 있습니다. 분리기는 볼의 정확한 위치를 설정하고 상호 마찰을 방지합니다. 단열 볼 베어링 외에도 2열 및 여러 열의 볼이 있는 베어링(복열, 다열) 및 기타 설계의 베어링이 생산됩니다.

롤러 베어링.

롤러 베어링에서 롤링 요소는 원통형, 배럴 모양, 원추형, 바늘형 또는 꼬인 롤러입니다. 롤러 베어링 디자인도 다양합니다.

매끄럽게 하기.

롤링 베어링의 수명은 링의 볼(롤러)과 궤도의 피로 마모에 의해 결정되며, 이러한 베어링에는 마찰과 마모를 줄이기 위해 윤활이 필요합니다. 작동 온도는 중요합니다. 온도가 상승하면 베어링 요소의 불균등한 열팽창이 영향을 받아 미끄러짐이 증가하고 결과적으로 마모가 발생할 뿐만 아니라 베어링 재료의 경도도 감소하기 때문입니다.

베어링 재료.

슬라이딩 베어링은 다양한 금속, 합금, 플라스틱, 복합재 및 기타 재료로 만들어집니다. 오랫동안 주요 베어링 재료는 1839년 A. Babbitt가 특허를 받은 Babbitt였습니다. 주석 또는 납을 기본으로 하고 안티몬, 구리, 니켈 등을 소량 첨가한 이 합금은 다양한 구성 옵션을 허용합니다. 구성 요소의 상대적인 내용. Babbitt 합금은 개별적으로 잘 입증된 재료의 조합을 포함하여 다른 베어링 재료를 평가하기 위한 표준이 되었습니다: Babbitt 및 강철; Babbitt, 강철 및 청동; 인듐을 함유한 납; 은과 강철; 흑연과 청동. 슬라이딩 베어링용 플라스틱 소재 중에는 윤활이 필요 없는 나일론과 테프론이 눈에 띕니다. 탄소 흑연, 금속 세라믹 및 복합재도 슬리브 베어링 재료로 사용됩니다.

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슬라이딩 베어링.

매끄럽게 하기.

정수압 베어링.

유체 역학 베어링.

롤링 베어링.

구름 베어링에서 미끄럼 마찰은 구름 마찰로 대체되어 마찰로 인한 에너지 손실을 줄이고 마모를 줄입니다.

볼베어링.

롤러 베어링.

롤러 베어링에서 롤링 요소는 원통형, 배럴 모양, 원추형, 바늘형 또는 꼬인 롤러입니다. 롤러 베어링 디자인도 다양합니다.

매끄럽게 하기.

베어링 재료.

본 발명은 기계 공학에 관한 것이며 기계용, 특히 높은 주변 속도와 특정 하중이 발생하는 압연기의 베어링용 유체 역학적 윤활층이 있는 스러스트 및 지지 베어링에 사용될 수 있습니다. 유체역학적 베어링에는 유체역학적 윤활층을 형성하는 작업 표면 중 하나에 만들어진 포켓이 포함되어 있습니다. 이 경우 모든 포켓은 층 길이에 따른 압력이 증가하는 층 영역의 일부 또는 전체에 위치하며 피더에서 시작하여 윤활제가 층으로 들어가는 포켓은 밀봉 가장자리로 끝나는 뾰족한 상단을 갖는 칸막이에 의해 층의 길이를 따라 서로 분리됩니다. 기술적 결과는 윤활층의 최소 두께 증가, 발열 감소, 지지력 증가 및 마모 감소입니다. 4 급여 f-ly, 8 병.

본 발명은 기계 공학 분야에 관한 것이며 다양한 기계, 특히 높은 주변 속도와 특정 하중이 발생하는 압연기의 베어링에 대한 유체 역학(액체 또는 가스) 윤활 기능을 갖춘 스러스트 및 지지 베어링에 사용될 수 있습니다. 레이놀즈-미첼(Reynolds-Mitchell) 원리에 따라 작동하는 유체역학적 윤활 및 점성 윤활층을 갖는 스러스트 및 지지 베어링용 장치가 알려져 있으며, 여기서 층을 형성하는 움직이는 작업 표면과 고정된 작업 표면은 매끄럽게 만들어져 특정 각도로 서로 설치됩니다. 움직이는 작업 표면에 의해 생성된 점성력(유체 마찰력)에 의해 얇은 테이퍼링 쐐기형 층으로 윤활유를 끌어당겨 이들 사이의 액체(가스) 윤활층의 압력이 생성됩니다. 정지된 표면의 마찰력도 층에 작용하지만 이는 층의 움직임에 대한 반응입니다. 층에서의 이러한 움직임으로 인해 주로 유체 마찰력의 영향을 받아 이 흐름 속도의 급격한 변화(층 단면에 대한 재분배 포함)로 인해 윤활유 흐름 질량의 관성력도 발생합니다. 그러나 이러한 힘은 2mm 이하의 길이(작업 표면의 이동 방향)를 따라 층 입구에서만 중요합니다. 층의 길이를 따라 더 나아가면 속도의 급격한 변화가 발생하지 않으며 상당한 관성력도 발생하지 않습니다. 따라서 Reynolds-Mitchell 원리에 따라 작동하는 베어링에서 관성력은 윤활층의 압력 형성에 사실상 영향을 미치지 않습니다. 더욱이, (잠수 제트에서) 윤활층 뒤에서 발생하는 관성력은 고정된 작업 표면에 의해 층 밖으로 흘러나오는 액체의 가속으로 인해 영향을 미치지 않습니다. 결과적으로 레이놀즈-미첼 윤활층에서는 실질적으로 점성력과 이에 의해 발생하는 유체역학적 압력력만 작용합니다. 후자는 작업 표면을 밀어내고 그 사이에 특정 두께의 윤활제 층을 생성합니다. 레이놀즈-미첼 원리에 따라 작동하는 베어링의 단점은 길이에 따른 압력이 증가하는 층 영역의 고정 작업 표면에서 작용하는 마찰력이 윤활유가 이동할 때 윤활유의 속도를 지속적으로 느리게 한다는 것입니다. 층. 이는 윤활유가 층에 들어가고 그곳에서 더 이상 이동하는 것을 방지합니다. 속도와 윤활유 소비가 감소하여 윤활층의 최소 두께가 감소하고 온도가 상승하며 베어링의 하중 지지 능력이 감소합니다. 표시된 제동력을 줄이기 위해 웨지 각도(오일 간격 크기)를 늘리는 것은 불가능합니다. 증가하면 층에서 윤활유의 측면 누출이 증가하고 특정 크기 이상으로 쐐기 각도가 증가하면 고정 작업 표면에서 공급 방향으로 윤활유가 역방향으로 이동하는 경우도 발생합니다. 포켓(윤활제가 층에 공급되는 고정 작업 표면의 오목부). 추력을 위한 알려진 장치(A. Cameron, "Theory of Lubrication in Engineering," p. 67, Mashgiz, M., 1962)와 저널 베어링의 표면 중 하나에 홈 형태의 오일 포켓이 만들어집니다. 예를 들어 소련 작성자의 인증서 N 796508 클래스에 따라 프로토타입으로 승인된 장치와 같은 유체 역학적 윤활층을 형성합니다. F 16 C 33/04. 이러한 장치에서는 오일 포켓의 층 두께가 증가하고 이로 인해 정지 작업 표면에서 발생하는 마찰력이 감소하므로 포켓 내 흐름이 가속(및 소용돌이)됩니다. 움직이는 표면은 시동 모드 중 윤활을 개선하고 특정 부하가 낮을 때 방출 열을 감소시킵니다. 그러나 이러한 베어링 장치의 관성력도 층의 압력 증가에 기여하지 않습니다. 왜냐하면 층의 길이를 따라 있는 포켓이 정지 작업 표면의 부분에 의해 서로 분리되어 있기 때문입니다. 관성력이 여전히 중요한 입구 섹션의 길이보다 길고 포켓 사이의 확장된 레이어 섹션의 저항을 극복하고 윤활제 소비를 증가시키는 데 기여할 수 없습니다. 결과적으로 이러한 표면 부분의 제동으로 인해 관성력이 완전히 사라지고 포켓에서 가속된 윤활유 흐름은 다음 포켓까지 이전 포켓에서 얻은 추가 속도를 유지하지 못합니다. 따라서 압력이 발생하는 작업 표면의 유용한 영역을 차지하므로 특정 하중이 높은 포켓은 층의 압력 증가를 줄이고 최소 두께를 줄입니다. 본 발명의 목적은 하중 지지력을 증가시키고 에너지 소비 및 베어링 마모를 줄이는 것입니다. 이 목표는 프로토타입에서와 같이 유체역학적 윤활층을 형성하는 작업 표면 중 하나에 서로 연결되지 않는 오일 포켓이 있다는 사실에 의해 달성됩니다. 그러나 또한, 본 발명에 따르면, 모든 포켓은 층의 길이에 따른 압력이 증가하는 층의 전체 영역의 일부 또는 전체에 걸쳐 위치하며, 윤활제가 들어가는 공급 포켓에서 시작하는 포켓 층은 밀봉 가장자리로 끝나는 뾰족한 상단을 갖는 칸막이에 의해서만 층의 길이를 따라 서로 분리됩니다. 또한, 본 발명에 따르면, 포켓의 크기는 길이보다 층의 폭이 더 크다. 또한 레이어 폭을 따라 포켓 사이에 간격이 있습니다. 작업 표면의 가장자리에서 포켓까지 레이어 폭을 따른 거리는 레이어 길이에 따라 증가합니다. 레이어 길이에 따른 포켓의 크기와 밀봉 가장자리의 깊이가 증가할수록 포켓이 피더에 더 가까워집니다. 고정된 작업 표면에서 많은 제동을 경험하지 않고 공급 포켓에서 시작하여 능선에 인접한 포켓의 윤활제 층은 움직이는 작업 표면에 의해 가속되고 전체 두께에 걸쳐 추가 속도를 얻습니다. 다음으로, 이 층은 포켓 사이(칸막이의 밀봉 가장자리와 다른 작업 표면 사이)의 밀봉 간격으로 떨어집니다. 이 간격의 짧은 길이로 인해 윤활유 흐름은 입구 섹션의 길이보다 짧은 경로를 통과하며 층의 관성력은 이 섹션의 초기 부분에서 가장 중요하여 마찰력을 극복합니다. 씰링 파티션의 가장자리와 이 짧은 경로를 따라 포켓 사이의 압력 강하는 이전 포켓에서 얻은 층 두께를 따라 추가 속도 값을 다음 포켓까지 유지하는 데 크게 기여합니다. 이는 층의 윤활유 소비 증가를 보장합니다. 테이퍼링 웨지와 유사하게 포켓 출구의 밀봉 슬롯 두께가 입구보다 얇기 때문에 동일한 층 두께에서 윤활유 비용이 증가하면 압력이 증가하고 동일한 하중에서 베어링에서는 레이어의 두께가 증가합니다. 결과적으로, 다른 모든 조건이 동일하다면, 본 발명에 따른 베어링의 윤활층에서 평균 윤활 속도, 유속 및 윤활층의 최소 두께(또는 압력)는 레이놀즈-미첼 층보다 클 것입니다. 그리고 프로토타입 레이어에 있습니다. 층의 길이에 따른 포켓의 크기는 밀봉 간격의 포켓 사이의 경로에 대한 저항을 극복하기 위해 손실된 유속 부분을 포켓에서 복원하는 데 필요한 크기 이하로 선택되므로, 레이어의 길이를 따라 있는 포켓은 최적으로 커지므로 레이어의 윤활 속도를 높이기 위해 관성력을 반복적으로(다단계) 사용할 수 있습니다. 압력이 증가하지 않는(최대값에 도달하거나 감소하는) 층 영역에서는 포켓이 없기 때문에 고정된 표면은 압력을 줄이는 데 필요한 만큼 윤활유 흐름을 최대한 느리게 합니다. 떨어지다. 또한, 최소 층 두께 지점에서 발생하는 최대 마모 영역 외부에 포켓을 배치하면 포켓 사이 파티션의 얇은 상단 마모가 크게 줄어듭니다. 포켓 사이와 포켓이 위치한 영역의 레이어 가장자리에 있는 작업 표면 영역은 주로 측면 누출을 줄이는 씰 역할을 하며 윤활유 흐름이 통과할 때 레이어의 압력 형성이 보장됩니다. 한 주머니에서 다른 주머니로 슬롯을 밀봉합니다. 따라서 작업 표면 수준에 비해 밀봉 모서리를 깊게 하면 밀봉 슬롯과 작업 표면에 서로 다른 층 두께를 형성하고 최적의 값을 생성하여 측면 누출을 줄이고 윤활제 소비를 늘릴 수 있습니다. 또한, 길이를 따라 압력이 증가함에 따라 레이어 가장자리의 작업 표면 너비가 증가하도록 보장하면 측면 누출이 줄어듭니다. 이러한 설계 요소의 일반적인 영향으로 인해 윤활층의 최소 두께가 2배 이상 증가합니다. 결과적으로 발열(에너지 소모)은 같은 양만큼 감소하고 베어링의 내하력은 4배 이상 증가하며 마모도 감소합니다. 그림에서. 그림 1은 레이어 폭을 따라 포켓을 분리하는 공간에 작업 표면이 있는 지지 베어링 부싱의 등각 투영도를 보여줍니다. 그림에서. 도 2는 도 1에 도시된 슬리브의 단면을 도시한다. 1, 샤프트 부분. 그림에서. 그림 3은 Reynolds-Mitchell 윤활층 길이에 따른 단면과 윤활층 두께에 따른 윤활 속도 분포를 보여줍니다. 그림에서. 도 4는 본 발명에 따른 베어링의 윤활층의 길이에 따른 단면과 층의 두께에 따른 속도 분포를 도시한다. 그림에서. 그림 5는 포켓이 위치한 영역의 레이어 가장자리에서 작업 표면의 가변 폭을 갖는 스러스트 베어링 패드의 평면도를 보여줍니다. 그림에서. 도 6은 도 1의 베개의 A-A 단면을 도시한다. 5. 그림에서. 도 7은 도 1의 베개의 B-B를 따른 단면을 도시한다. 5. 그림에서. 도 8은 도 1의 부싱의 A-A 단면을 도시한다. 2. 그림에 표시된 그림에서. 지지 베어링의 부싱 1의 1과 2는 포켓 2, 부싱의 작업 표면 3, 포켓이 없는 영역에 위치, 포켓과 작업 표면 5와 6 섹션 사이의 칸막이 4를 보여줍니다. 각각 부싱의 가장자리를 따라 그리고 부싱의 너비를 따라 있는 포켓 사이에 씰링 가장자리(7)가 있으며, 이는 칸막이(4)의 뾰족한 상단에 만들어지고 무딘 또는 둥근 크기 8을 갖습니다. 층은 길이보다 크고, 포켓 사이의 공간에서 작업 표면 섹션의 층 너비를 따른 크기보다 큽니다. 도 1에 도시된 단면에서. 도 2에는 추가로 도시되어 있다: 10의 주변 속도로 회전하고 작업 표면(11)을 갖고 포켓(2)이 위치하는 영역에서 각각 윤활층(12 및 13)의 슬리브(1) 내부 표면을 형성하는 샤프트(9) 그림 15에는 윤활층의 길이에 따른 압력 분포도 표시되어 있으며, 각도 16은 윤활층의 최대 압력 위치와 공급구의 칸막이 사이의 중심각입니다. 포켓, 각도 17은 포켓이 위치한 중심 각도입니다. 그림에서. 도 3은 스러스트 패드의 고정 작업 표면(18)과 속도 10으로 이동하는 스러스트 베어링의 작업 표면(11) 사이에 형성된 레이놀즈-미첼 윤활층의 길이를 따른 단면을 도시한다. 층에 압력이 형성되며, 그 분포도(19)는 포켓이 없는 지지 지지층의 다이어그램과 유사합니다. 다이어그램 19의 지점 20까지 압력이 증가한 다음 감소합니다. 층 앞, 스러스트 패드 사이의 공간(22)(또는 지지 베어링의 공급 포켓)에서 윤활제가 층으로 공급되는 곳에서 윤활제 층의 최대 두께(23)와 동일한 흐름 두께를 따라 , 속도 분포도(24)는 직사각형 또는 이에 가까운 형상을 갖는다. 입구 섹션(25)을 통과한 층에서 흐름은 그림 26에 표시된 것처럼 층의 두께에 걸쳐 상당히 안정적인(층의 길이를 따라 천천히 변화) 속도 분포를 얻습니다. 입구 섹션(24에서 26까지)에서 흐름 감속으로 인해 정지 작업 표면(18)이 발생하여 다이어그램이 삼각형 모양(27)으로 변경되고 층에서 생성된 압력이 제동되어 다이어그램이 추가로 다이어그램의 모양으로 변경됩니다. 오목 삼각형 26. 다이어그램 24와 26을 비교하여 알 수 있듯이 다이어그램 24의 면적이므로 층에 들어가기 전의 윤활유 유량은 다이어그램 26의 면적의 2배 이상이고 윤활유 소비량은 레이어. 결과적으로, 두께 23의 윤활유 흐름 전체가 층으로 들어가는 것은 아니지만 속도 다이어그램 23과 26의 영역 차이에 해당하는 대부분의 유속은 공급 포켓에 남아 와류에 의해 운반됩니다. 거기에서 순환하는 21. 또한 흐름이 층에서 이동할 때 속도 다이어그램의 모양은 천천히 변하며 압력이 최대에 도달하는 곳에서 삼각형 모양을 얻습니다. 28 그리고 압력 강하 영역에서 층 - 압력이 흐름을 가속화한다는 사실로 인해 볼록한 삼각형 (29)의 모양. 너비를 따라 층의 흐름(측면 누출)을 고려하지 않으면 다이어그램 26, 28, 29의 모든 영역과 해당 윤활유 비용이 동일합니다. 프로토타입의 윤활층(포켓이 있는 베어링)에서 흐름이 각 포켓에서 층으로 들어갈 때 공급 포켓에서 윤활층으로 들어갈 때 위에서 설명한 것과 유사한 프로세스가 발생합니다. 윤활층에 들어가기 전에 속도 분포는 다이어그램 24에 해당하는 공급 포켓과 포켓 사이의 층에서와 동일합니다. 왜냐하면 이 층의 길이가 입구 부분의 길이보다 길기 때문입니다. 속도 분포는 다이어그램 26에 따라 설정됩니다. 따라서 프로토타입에서는 모든 포켓에서 층의 두께와 동일한 두께를 갖는 능선에 인접한 흐름의 윤활유 대부분도 유입되지 않고 소용돌이치며 남아 있습니다. 주머니에. 프로토타입 베어링을 포함하여 레이놀즈-미첼 원리에 따라 작동하는 베어링의 단점은 길이에 따른 압력이 증가하는 층 영역의 고정 작업 표면에서 작용하는 마찰력이 지속적으로 속도를 늦춘다는 것입니다. 층 내에서 이동하는 윤활제입니다. 이는 윤활유가 층에 들어가는 것을 방지합니다. 층의 윤활유 속도와 소비를 감소시켜 윤활층의 최소 두께를 줄이고 온도를 높이며 베어링의 하중 지지 능력을 감소시킵니다. 표시된 제동력을 줄이기 위해 웨지 각도(오일 간격 크기)를 늘리는 것은 불가능합니다. 이 값이 증가하면 층에서 윤활유의 측면 누출이 증가하고 특정 크기 이상으로 증가하면 정지 작업 표면에서 공급 포켓 방향으로 윤활유가 역방향으로 이동하는 경우도 발생합니다. 압력이 증가하지 않는 층의 영역(최대값에 도달했거나 떨어지는 중)의 경우 고정 작업 표면 측면에서 제동하는 것이 유용합니다. 이는 측면 누출뿐만 아니라 끝 누출도 줄이고 윤활유가 작업 표면에 의해 층에서 멀리 떨어져 나가는 것을 방지합니다. 그림에서. 도 1 및 도 4에 도시된, 본 발명에 따른 지지 베어링의 윤활층의 확장된 단면을 나타내는 도 4. 2(다음은 스러스트 베어링에도 적용됨)는 스러스트 베어링의 부싱 1, 레이어 길이에 따른 압력이 증가하는 레이어 영역의 부분 12에만 위치한 비연통 포켓 2를 보여줍니다. . 또한, 윤활제가 층에 공급되는 공급 포켓(14)으로 시작하는 이러한 포켓은 윤활제를 억제하는 작업 표면의 섹션이 아니라 칸막이에 의해서만 층의 길이를 따라 서로 분리됩니다. 4는 끝이 뾰족하고 밀봉 가장자리 7로 끝나며 작업 표면 5와 같은 높이로 만들어지거나 이 수준에 대해 30만큼 오목하여 포켓으로의 윤활유 입구에서 밀봉 가장자리 7과 사이의 간격 두께가 30만큼 오목해집니다. 다른 작업 표면(11)은 포켓 출구에서 이 두께보다 더 두껍습니다. 층의 길이를 따른 오일 포켓(31, 32)의 크기는 포켓을 통과한 후 씰링 가장자리와 다른 작업 표면(11) 사이의 틈에서 포켓으로 유입되는 흐름이 다음을 획득하는 값 이상이어야 합니다. 움직이는 작업 표면 속도의 2/3보다 큰 평균 속도. 이는 다이어그램 34에 해당합니다. 밀봉 가장자리에는 크기 8의 무딘 부분 또는 둥근 부분이 있으며, 이는 이 크기가 2mm 이하이고 평균 유량이 통과하는 값보다 작기 때문에 최소 흐름 감속을 보장합니다. 슬롯의 층 두께는 출구에서 움직이는 작업 표면 속도의 1/2 이상의 값으로 감소합니다. 이는 다이어그램 33에 해당합니다. 층의 길이(밀폐 칸막이 사이의 거리)에 따른 포켓의 크기는 공급 포켓에서 값 31에서 값 32로 증가합니다. 포켓이 피더에 가까울수록 포켓이 피더에 가까울수록 밀봉 가장자리의 깊이가 더 커집니다. 이는 또한 다음을 보여줍니다: 포켓이 없는 13층 영역에 위치한 부싱의 작업 표면 3; 밀봉 가장자리를 연결하고 주 층류의 윤곽을 보여주는 평면 6; 슬리브의 가장자리를 따라 그리고 슬리브의 너비를 따라 포켓 사이에 위치한 작업 표면(5)은 그림 1에 표시된 것처럼 평면(5)과 일치할 수 있습니다. 1 및 그림. 2; 샤프트 9는 주변 속도 10으로 회전하고 작업 표면 11을 가지며 슬리브 1의 내부 표면과 윤활층 12 및 13의 일부를 형성합니다. 길이에 따른 윤활층의 압력 분포에 대한 다이어그램 15는 다음과 같습니다. 최대 압력이 각도(16)에 의해 지정된 지점에 위치하는 경우도 도시되어 있습니다. 본 발명에 따른 스러스트 베어링의 윤활층은 유사한 외관을 갖습니다. 이러한 칸막이가 있는 포켓을 압력이 떨어지는 영역 13에 배치하면 흐름 억제도 줄어들지만 층에서 윤활유가 이동하는 데 기여하므로 권장되지 않습니다. 따라서 포켓은 길이에 따라 압력이 증가하는 레이어 영역에만 위치해야 합니다. 본 발명에 따른 장치는 다음과 같이 작동한다. 위에서 설명한 레이놀즈-미첼 층에서와 같이 공급 포켓의 윤활제는 움직이는 작업 표면(11)에 의해 가속되고 윤활제 층의 최대 두께와 동일한 두께(23)의 인접한 흐름은 그림과 같이 추가 속도를 얻습니다. 도표 24. 이 경우 능선에서 운동 윤활 에너지를 전달하는 과정은 전체 두께(23)에 걸쳐 층이 가능한 최대 속도(이동 표면의 속도)를 획득하기 때문에 최대 효율로 발생합니다. 다음으로, 이 흐름은 윤활층의 영역 12(포켓이 위치한 곳)로 들어가며, 이는 본 발명에 따라 표면 11과 표면 5 및 평면 6 사이의 쐐기 간격입니다. 그런 다음 윤활제는 포켓 2로 들어가고 그런 다음 주머니가 없는 영역 13의 레이어로 이동합니다. 영역 12에서 흐름은 먼저 첫 번째 칸막이의 밀봉 가장자리(7)와 작업 표면(11) 사이의 틈(포켓 사이의 틈)으로 들어갑니다. 이 가장자리의 영향으로 인해 작은 마찰 표면에도 불구하고(무디거나 둥근 부분의 작은 값 8) 첫 번째 포켓(2)과 공급 포켓(4) 사이의 압력 차이로 인해 유속이 다음과 같이 변경됩니다. 밀봉 에지 전의 속도 다이어그램(24)이 밀봉 에지 뒤의 다이어그램(33)으로 변환되는 방식입니다. 이들 다이어그램의 비교에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 장치에서 베어링의 고정 부분(부싱 또는 스러스트 패드)도 흐름에 대해 약간의 저항을 제공하지만, 이 저항은 비교에서 알 수 있듯이 그림 33의 다이어그램. 도 4 및 도 26의 다이어그램. 3은 움직이는 작업 표면(11)의 동일한 속도(10)에서 첫 번째 다이어그램의 면적이 상당히 크기 때문에 레이놀즈-미첼(Reynolds-Mitchell) 층과 프로토타입 층의 고정 부분이 흐름에 제공하는 저항보다 훨씬 적습니다. 두 번째 다이어그램의 영역보다 큽니다. 결과적으로, 공급 포켓(4)으로부터 본 발명에 따른 베어링의 층으로 도입된 윤활제의 소비는 레이놀즈-미첼 베어링 및 프로토타입의 소비보다 상당히(2배 이상) 더 크다. 윤활유의 전체 흐름은 아니지만 두께 23은 공급 포켓에서 층으로 들어가고 속도 다이어그램 24와 33의 영역 차이에 해당하는 일부는 와류 21의 일부로 공급 포켓에 남아 있습니다. 또한, 첫 번째 포켓에서 흐름은 공급 포켓의 흐름과 유사하고 흐름의 두께(평면 6과 표면 11 사이의 두께)를 따라 가속되며 속도 다이어그램은 두 번째 파티션 앞에서 모양 34를 취합니다. 이 모양은 다음과 같습니다. 공급 포켓보다 포켓 2의 길이와 깊이가 짧기 때문에 그림 24의 모양과 같은 완전한 직사각형이 아닙니다. 이러한 포켓 치수, 특히 길이는 포켓 수가 너무 적지 않도록 최적이어야 합니다. 또한 포켓의 유속 다이어그램(34)은 큰 흐름 손실 없이 포켓 사이의 다음 갭의 저항을 극복할 수 있도록 운동 에너지를 축적하기 위해 충분한 완전성을 얻습니다. 이 손실은 여전히 발생하며 밀봉 간격 양쪽의 속도 다이어그램 영역 차이에 해당합니다. 밀봉 슬롯에 들어가지 않은 윤활유는 포켓에 남아 공급 포켓의 소용돌이 21과 유사한 소용돌이의 일부로 순환합니다. 포켓(2)의 압력 증가는 포켓 출구의 밀봉 가장자리(7)와 작업 표면 사이의 간격(밀봉 간격의 두께)이 입구보다 작기 때문에 발생합니다. 따라서, 움직이는 표면에 의해 도입된 윤활제 소비의 증가, 따라서 레이놀즈-미첼 층 및 프로토타입과 비교하여 본 발명에 따른 층의 압력 증가는 주로 두 가지 이유로 발생합니다: 첫째, 크기 7 밀봉 가장자리의 둔화 또는 둥근 부분은 입구 섹션의 길이보다 훨씬 작으므로 포켓 사이의 밀봉 간격의 수압 저항이 작아서 유속 다이어그램이 아직 다음과 유사한 정상 상태 모양을 얻지 못합니다. 그림 26. 3, 관성력은 이 밀봉 간격의 저항을 극복하는 데 도움이 됩니다. 둘째, 층(31 및 32)의 길이를 따라 포켓의 치수는 흐름이 각 포켓에서 이동할 때 지정된 간격의 전체 두께를 따라 증가된 속도를 획득하여 저항을 최대로 극복할 수 있도록 만들어집니다. 윤활유 소비량은 감소하지만 이러한 치수는 포켓 수를 늘려 압력이 증가하는 층 전체에서 포켓 내 흐름을 가속화하는 과정이 더 반복되도록 가능한 한 작아야 합니다. 본 발명에 따라 윤활층에 압력을 생성하는 고려된 원리는 회전 터보 기계에서 압력을 생성하는 원리와 유사합니다. 각 단계에서 운동 에너지는 움직이는 로터에 의해 작동 유체로 전달되고, 고정 가이드 베인에서 이 에너지는 압력 에너지로 변환됩니다. 이 과정과 유사하게, 본 발명에 따른 윤활층에서는 길이를 따라 각 포켓에서 운동 에너지가 움직이는 작업 표면에 의해 윤활유 흐름으로 전달되고, 포켓 사이의 밀봉 간격에서 이 운동 에너지는 다음과 같습니다. 이 간격에는 관성력 흐름이 있고 움직이는 표면의 유체역학적 마찰력은 포켓 사이의 압력 차이에 해당하는 압력력에 대해 작용하기 때문에 다음 포켓에서 압력 에너지로 변환됩니다. 포켓 사이와 레이어 가장자리에 있는 작업 표면의 영역 5는 주로 측면 누출을 줄이는 씰 역할을 합니다. 레이어의 압력 형성은 입구와 출구에 있는 씰링 슬롯의 두께 차이에 의해 보장됩니다. 주머니. 따라서 작업 표면 수준에 비해 밀봉 모서리를 깊게 하면 밀봉 슬롯과 작업 표면에 서로 다른 층 두께를 형성하고 최적의 값을 생성하여 측면 누출을 줄이고 윤활제 소비를 늘릴 수 있습니다. 이러한 이유로, 표면(5)과 표면(11) 사이의 윤활층의 두께는 밀봉 슬롯의 두께보다 30만큼 작은 최소값으로 간주됩니다. 이 설계 조치는 측면 누출을 줄이면서 움직이는 작업 표면에 의해 운반되는 윤활유의 양을 증가시킵니다. 압력이 증가하지 않는(최대값에 도달하거나 감소하는) 층 영역에서는 포켓이 없기 때문에 고정된 표면은 압력을 줄이는 데 필요한 만큼 윤활유 흐름을 최대한 느리게 합니다. 떨어지다. 또한, 최소 층 두께 지점에서 발생하는 최대 마모 영역 외부의 포켓 위치는 포켓 사이의 얇은 밀봉 파티션의 마모를 크게 줄입니다. 포켓 영역에서는 층의 압력이 증가함에 따라 층 가장자리의 작업 표면 폭이 층의 길이를 따라 증가할 수 있으며, 이는 측면 누출을 더욱 감소시킵니다. 그림에서. 그림 5는 포켓이 위치한 영역에서 레이어 가장자리의 작업 표면 너비가 레이어 길이를 따라 증가하는 스러스트 베어링 패드의 평면도를 보여줍니다. 그림에서. 6 및 그림. 그림 7은 각각 AA와 BB를 따라 이 베개의 단면을 보여줍니다. 이 그림은 다음을 보여줍니다: 포켓(2)이 위치하는 영역(12); 포켓이 없는 레이어 출구의 영역 13; 층 길이에 따른 압력 분포의 다이어그램 15; 레이어 가장자리의 작업 표면 너비의 최소 35 치수 및 최대 36 치수; 레이어 길이(포켓 길이)를 따라 가장 작은 37개 및 가장 큰 38개의 포켓 크기; 층 폭(포켓 폭)에 걸친 포켓 크기 39, 층 폭에 걸친 압력 분포의 다이어그램 40. 그림에서. 그림 8은 지지 베어링 부싱의 폭을 따라 AA(그림 2)를 따른 단면을 보여줍니다. 여기서 크기 41의 레이어 가장자리에 있는 작업 표면 섹션 외에도 포켓 2가 크기가 42인 작업 표면의 섹션별로 층의 폭을 따라 서로. 다이어그램에는 층 폭 전체에 걸쳐 43개의 압력 분포도 표시되어 있습니다. 본 발명에 따른 장치는 도 1에 도시되어 있다. 5~8은 도 5와 같이 동작한다. 4. 위의 내용 외에도 가장자리의 레이어 길이를 따라 작업 표면의 너비를 크기 35에서 크기 36(그림 5)으로 늘리면 레이어에서 누출되는 양이 줄어듭니다. 더 큰 압력이 발생하는 지점에서 더 큰 폭이 생성됩니다(그림 6의 다이어그램 15 참조). 또한, 공급 포켓에서 레이어 길이를 따라 값 37에서 값 38(그림 6)로 포켓 크기가 증가하면 포켓의 유속을 복원하기 위한 최적의 조건이 제공되며, 씰링 슬롯에서 감소됩니다. 슬롯의 두께가 클수록(포켓으로 유입되는 흐름이 두꺼워짐) 유속을 복원하려면 씰링 슬롯 사이의 거리가 더 커야 합니다. 이 조건으로부터 밀봉 슬롯 두께의 실제 치수와 더 많은 수의 포켓을 형성할 수 있는 가능성을 고려하여 포켓(39)의 너비 치수(도 7 및 도 8)를 결정합니다. 레이어의 길이는 길이보다 커야 합니다. 포켓의 크기 39(그림 8)와 포켓 사이의 공간에 있는 작업 표면 섹션의 크기 42 사이의 관계는 이러한 섹션이 포켓의 너비에 걸쳐 윤활유 흐름을 줄이기 위한 목적으로만 사용된 경우입니다. 포켓에서 포켓까지의 층에서 치수 32는 크기 39보다 작아야 합니다. 표시된 설계 요소의 일반적인 영향으로 인해 윤활제 층의 최소 두께가 2배 이상 증가합니다. 결과적으로 발열(에너지 소모)은 같은 양만큼 감소하고 베어링의 내하력은 4배 이상 증가하며 마모도 감소합니다.

유체역학적 베어링의 작동 원리. 유체 역학 베어링은 유체 마찰 지지대입니다. 이 베어링은 방사형 및 스러스트 베어링으로 제공됩니다. 레이디얼 베어링에는 3개 또는 4개의 세그먼트(신발)가 있습니다. 1 (그림 7.6). 지지대는 유압 시스템을 사용하여 오일로 채워집니다. 중력 구동 비회전 스핀들 3 세그먼트로 내려갑니다. 스핀들이 회전하면 거친 표면이 스핀들과 세그먼트 사이의 틈으로 오일을 끌어들입니다. 세그먼트의 디자인, 특히 지지대의 오프셋 위치 2 대칭축을 기준으로 하면 오일 압력의 영향으로 회전할 수 있어 쐐기 틈이 형성되어 스핀들의 회전 방향이 좁아집니다. 이 틈에서 유체역학적 압력이 발생합니다. 아르 자형,스핀들을 정지 위치로 유지합니다. 스핀들이 원주 주위를 균일하게 덮는 자동 정렬 세그먼트가 있는 다중 웨지 베어링에서 회전하는 경우 외부 하중의 작용으로 평균 위치에서 약간의 변위로 인해 웨지 간격에 압력이 재분배되고 스핀들이 발생합니다. 외부 하중의 균형을 맞추는 결과적인 유체 역학적 힘.

예를 들어 연삭기 스핀들과 같이 매우 일정하거나 약간 변화하는 주파수로 회전하고 작은 하중을 견디는 스핀들에 유체 역학 베어링을 사용하는 것이 좋습니다. 유체 역학 베어링의 장점은 높은 정밀도와 내구성(시동 및 정지 순간에만 혼합 마찰)이며, 단점은 지지대용 오일 공급 시스템 설계의 복잡성과 위치 변경입니다. 회전 주파수가 변할 때 스핀들 축.

유체역학적 베어링용 오일. 일반적으로 동적 점도 계수를 갖는 L 등급(속도)의 미네랄 오일이 사용됩니다. 유.= (4...5)10~ 3 Pa-s, 온도 50C에서 오일(0.1...0.2 MPa 압력에서 1...3 l/min)이 유압을 통해 베어링에 공급됩니다. 미세 필터 및 냉동 장치를 포함한 시스템.

방사형 유체 역학 베어링의 설계 버전. 베어링 세그먼트는 스핀들 축에 수직인 평면과 축을 통과하는 평면 모두에서 위치를 독립적으로 변경할 수 있어야 합니다. 후자는 얇은 경계막의 오일 과열과 윤활 특성 손실로 인해 발생할 수 있는 지지체의 높은 가장자리 압력을 제거합니다. 하중과 스핀들 속도에 따라 샤프트와 세그먼트 사이의 간격이 자동으로 변경되는 다양한 베어링 설계가 있습니다.

ENIMS가 개발한 설계 중 하나인 LON-88이 그림 1에 나와 있습니다. 7.7. 베어링은 두 개의 링 2, 세 개의 세그먼트로 구성된 별도의 블록 형태로 만들어집니다. 1 및 스페이서 링 3. 세그먼트의 외부 끝 표면은 링의 원추형 표면과 2점 접촉하고 있으며, 그 결과 세그먼트가 스핀들의 축과 회전 방향을 따라 설치될 수 있습니다. 돌출부가 있는 스페이서 링은 세그먼트가 원주를 따라 움직이는 것을 방지합니다. 스페이서 링의 두께를 변경하여 베어링의 작업 간격을 조정할 수 있습니다.

다른 디자인의 베어링 - LON-34 - 세그먼트 포함 1 , 구형 지지대의 회전 결과로 설치됨 ㅏ(그림 7.8), 가장자리 압력이 없을 때 최대 60m/s의 슬라이딩 속도를 허용합니다* 세그먼트 지지대는 미세한 나사산이 있는 경화 강철로 만들어진 나사 2 형태로 만들어집니다. 반경 방향으로 이동하면 지지대의 반경 방향 클리어런스와 스핀들 축의 위치가 조정됩니다. 강성을 높이기 위해 너트를 사용하여 지지 핀과 본체의 나사산 연결 간격을 선택합니다. 3, 스핀들을 시작하고 제동하는 순간 세그먼트의 마모를 줄이기 위해 바이메탈로 만들어졌습니다. 청동 Br OF10-0.5, Br 0S10-10 또는 기타 마찰 방지 재료 층이 강철 베이스에 적용됩니다. 원심주조를 사용합니다. 거칠기 매개변수 라세그먼트의 작업 표면은 0.32 마이크론보다 높아서는 안 되며, 스핀들 저널은 0.04...0.16 마이크론보다 높아서는 안 됩니다. 세그먼트와 지지 나사의 치수는 표에 나와 있습니다. 7.1과 7.2.

스핀들 어셈블리 설계의 예. 연삭기 스핀들 어셈블리의 전면 및 후면 지지대에 유체 역학 베어링이 설치됩니다 (그림 7.9) 1 LON-88을 입력하세요. 디스크로 구성된 양면 스러스트 베어링이 축방향 하중을 흡수합니다. 2 그리고 4, 칼라가 그들과 접촉하고 있습니다 3 축. 이 베어링에는 구멍을 통해 윤활제가 공급됩니다. 비 5. 슬롯형 씰은 스핀들 헤드에서 오일이 새는 것을 방지합니다. 채널별 G씰 구멍의 오일이 헤드스톡 하우징으로 배출됩니다.

베어링의 설계 매개변수. 지름 디스핀들 저널은 강성 조건에 따라 선택됩니다. 연삭기용 베어링 길이 I - 0.751), 정밀 선반 및 보링 기계용 - (0.85-0.9) 디.라이너의 커버리지 호 길이(0.6-0.8)1. 직경 클리어런스 = 0.003 D. 일반적으로 3개 또는 4개의 라이너가 있는 베어링이 사용됩니다.

유체역학적 레이디얼 베어링 계산. 지지대의 주어진 하중 용량과 강성에 따라 베어링의 치수를 결정하기 위해 계산이 수행됩니다. 또한 지지대의 마찰 손실도 결정됩니다.

아래는 최대 30m/s의 슬라이딩 속도를 갖는 지지대에 대해 3개 또는 4개의 자동 정렬 세그먼트가 있는 방사형 유체 역학 베어링을 계산하는 방법입니다[67].

초기 데이터: 베어링의 설계 매개변수, 스핀들 속도, 최대 방사형 하중, 지지대의 필수 방사형 강성.

스핀들의 중앙 위치에 있는 한 세그먼트의 부하 용량(N)

오일의 동적 점도 Pa-s는 어디에 있습니까? N- 스핀들 회전 속도, r/s; 디- 세그먼트 보링 직경, mm; 안에- 세그먼트 호 코드, mm; 엘- 세그먼트 길이, mm; ; 설계 직경 간격, mm.

결과적인 힘의 작용으로 스핀들은 초기 위치에서 다음 위치로 이동합니다. 이자형밀리미터이고 새로운 위치는 상대적인 편심으로 특징지어집니다. 결과적인 힘이 세그먼트 지지대의 축을 따라 향하면 3세그먼트 베어링의 부하 용량은

주장하다

1. 유체역학적 윤활층을 형성하는 작업 표면 중 하나에 오일 포켓이 만들어진 유체역학적 베어링에 있어서, 모든 포켓이 층의 일부 또는 전체 영역에만 위치하며, 길이에 따른 압력이 작용하는 것을 특징으로 하는 유체역학적 베어링 윤활제가 층으로 들어가는 피더에서 시작하여 포켓으로 층의 증가는 밀봉 가장자리로 끝나는 뾰족한 상단을 갖는 칸막이에 의해 층의 길이를 따라 서로 분리됩니다. 제1항에 있어서, 층의 폭을 따른 포켓의 크기는 길이를 따르는 것보다 더 큰 것을 특징으로 하는 베어링. 제1항에 있어서, 포켓 사이의 층의 폭을 따라 작업 표면의 섹션이 존재하는 것을 특징으로 하는 베어링. 제1항에 있어서, 작업 표면의 가장자리로부터 포켓까지 층의 폭을 따른 거리가 층의 길이를 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 베어링. 제1항에 있어서, 층의 길이를 따른 포켓의 치수가 증가할수록 포켓이 피더에 더 가까워지는 것을 특징으로 하는 베어링.