Kaj je hidrodinamični ležaj. Hidrodinamični ležaj: značilnosti uporabe in princip delovanja

Vsebina članka

LEŽAJ, strukturna enota strojev in mehanizmov, ki podpira ali vodi vrtečo se gred ali os. Če tečaj gredi v ležaju drsi neposredno po podporni površini, se imenuje drsni ležaj. Če so med ležajem gredi in podporno površino kroglice ali valji, se tak ležaj imenuje kotalni ležaj. Namen ležaja je zmanjšati trenje med gibljivimi in mirujočimi deli stroja, saj je trenje povezano z izgubo energije, toploto in obrabo.

Drsni ležaji.

Drsni ležaj je masiven kovinski nosilec z valjasto luknjo, v katero je vstavljena puša ali obloga iz antifrikcijskega materiala. Vrat ali čep gredi se z majhno režo prilega luknji v ležajnem tulcu. Za zmanjšanje trenja in obrabe je ležaj običajno namazan, tako da je gred od puše ločena s filmom viskozne oljne tekočine. Značilnosti delovanja drsnega ležaja določajo njegove dimenzije (dolžina in premer), pa tudi viskoznost maziva in hitrost vrtenja gredi.

Mazanje.

Za mazanje drsnega ležaja lahko uporabite katero koli dovolj viskozno tekočino - olje, vodo, bencin in kerozin, vodne in oljne emulzije, v nekaterih primerih pa tudi pline (na primer segret zrak in produkti zgorevanja v reaktivnih motorjih) in tekoče kovine. Uporabljajo se tudi plastična in trdna (»mastna«) maziva, vendar se njihove mazalne lastnosti razlikujejo od lastnosti tekočin in plinov. V primerih, ko naravna cirkulacija maziva v ležaju ne zadošča za njegovo hlajenje, je predviden sistem s prisilnim kroženjem z radiatorji za oddajanje toplote in hladilnimi odvodi.

Hidrostatični ležaji.

Drsni ležaj, v katerega se mazivo dovaja pod pritiskom (običajno z oljno črpalko) iz zunanjega vira, se imenuje hidrostatični ležaj. Nosilnost takega ležaja je določena predvsem s tlakom dovedenega maziva in ni odvisna od obodne hitrosti gredi.

Hidrodinamični ležaji.

Drsni ležaj, ki deluje z mazivom, si lahko predstavljamo kot črpalko. Za premikanje viskoznega medija iz območja nizkega tlaka v območje visokega tlaka je potrebno porabiti energijo iz zunanjega vira. Mazivo, oprijeto na kontaktnih površinah, se pri vrtenju gredi upira popolnemu odrgnjenju in se stisne v območje, kjer se poveča pritisk, s čimer se ohrani razmak med temi površinami. Drsni ležaj, v katerem se na opisani način ustvari območje povečanega tlaka za zadrževanje bremena, imenujemo hidrodinamični.

Kotalni ležaji.

V kotalnem ležaju se drsno trenje nadomesti s kotalnim, kar zmanjša izgube energije zaradi trenja in zmanjša obrabo.

Kroglični ležaji.

Najpogostejši kotalni ležaj je kroglični ležaj. Oblika utorov (vozil) notranjega in zunanjega obroča kotalnega ležaja mora biti med izdelavo zelo natančno nadzorovana, da po eni strani ne pride do drsenja kroglic glede na obroček, po drugi pa strani, imajo dovolj veliko oporno površino. Separator nastavi točen položaj kroglic in preprečuje njihovo medsebojno trenje. Poleg enorednih krogličnih ležajev se proizvajajo ležaji z dvema in več vrstami kroglic (dvoredni, večredni), pa tudi ležaji drugih izvedb.

Valjčni ležaji.

V valjčnih ležajih so kotalni elementi valji - cilindrični, sodčasti, stožčasti, igličasti ali zviti. Različni so tudi dizajni valjčnih ležajev.

Mazanje.

Življenjska doba kotalnih ležajev je določena z obrabo kroglic (kolejev) in kanalov v obročih zaradi utrujenosti.Takšni ležaji potrebujejo tudi mazanje za zmanjšanje trenja in obrabe. Delovna temperatura je pomembna, saj pri povišanih temperaturah ni prizadeta le neenakomerna toplotna razteznost ležajnih elementov, kar vodi do povečanega zdrsa in posledično obrabe, ampak se zmanjša tudi trdota ležajnih materialov.

Ležajni materiali.

Drsni ležaji so izdelani iz različnih kovin, zlitin, plastike, kompozitov in drugih materialov. Dolgo časa je bil glavni ležajni material Babbitt, ki ga je leta 1839 patentiral A. Babbitt. Ta zlitina na osnovi kositra ali svinca z majhnimi dodatki antimona, bakra, niklja itd. omogoča številne možnosti sestave, ki se razlikujejo po relativna vsebnost komponent. Babitove zlitine so tako rekoč postale standard za ocenjevanje drugih materialov za ležaje, vključno s kombinacijami materialov, ki so se posamezno dobro izkazali: Babbitt in jeklo; babbitt, jeklo in bron; svinec z indijem; srebro in jeklo; grafit in bron. Med plastičnimi materiali za drsne ležaje izstopata najlon in teflon, ki ne zahtevata mazanja. Kot materiali za drsne ležaje se uporabljajo tudi karbonski grafiti, kovinska keramika in kompoziti.

Vsebina članka

Drsni ležaji.

Mazanje.

Hidrostatični ležaji.

Hidrodinamični ležaji.

Kotalni ležaji.

V kotalnem ležaju se drsno trenje nadomesti s kotalnim, kar zmanjša izgube energije zaradi trenja in zmanjša obrabo.

Kroglični ležaji.

Valjčni ležaji.

V valjčnih ležajih so kotalni elementi valji - cilindrični, sodčasti, stožčasti, igličasti ali zviti. Različni so tudi dizajni valjčnih ležajev.

Mazanje.

Ležajni materiali.

Izum se nanaša na strojništvo in se lahko uporablja v potisnih in podpornih ležajih s hidrodinamičnim mazalnim slojem za stroje, zlasti za ležaje valjarn, kjer se pojavljajo visoke obodne hitrosti in specifične obremenitve. Hidrodinamični ležaj vsebuje na eni od delovnih površin narejene žepe, ki tvorijo hidrodinamični mazalni sloj. V tem primeru se vsi žepi nahajajo le delno ali po celotnem območju plasti, kjer se tlak poveča po dolžini plasti, žepi, začenši s podajalnikom, iz katerega mazivo vstopi v plast, so med seboj ločeni po dolžini plasti s pregradami s koničastimi vrhovi, ki se končajo s tesnilnimi robovi. Tehnični rezultat je povečanje minimalne debeline sloja maziva, zmanjšanje proizvodnje toplote, povečanje nosilnosti in zmanjšanje obrabe. 4 plačo f-let, 8 ilustr.

Izum se nanaša na področje strojegradnje in se lahko uporablja v potisnih in nosilnih ležajih s hidrodinamičnim (tekočim ali plinskim) mazanjem za različne stroje, še posebej za ležaje valjarn, kjer se pojavljajo visoke obodne hitrosti in specifične obremenitve. Znane so naprave za potisne in podporne ležaje s hidrodinamičnim mazanjem in viskozno mazalno plastjo, ki delujejo po Reynolds-Mitchellovem principu, pri katerem so gibljive in stacionarne delovne površine, ki tvorijo plast, gladke, nameščene med seboj pod določenim kotom, tlak v tekočem (plinskem) mazalnem sloju med njima pa nastane tako, da vlečejo mazivo v tanko zoženo klinasto plast z viskoznimi silami (sile fluidnega trenja), ki jih ustvarja gibljiva delovna površina. Na plast delujejo tudi sile trenja s mirujoče površine, ki pa so reakcija na gibanje plasti. S tem gibanjem v plasti nastanejo tudi vztrajnostne sile mase toka maziva, ki jih povzroči ostra sprememba (vključno s prerazporeditvijo po preseku plasti) hitrosti tega toka, predvsem pod vplivom sil trenja tekočine. od mirujoče delovne površine v vstopnem delu plasti, vendar so te sile pomembne le na samem vstopu v plast po njeni dolžini (v smeri gibanja delovne površine) največ 2 mm. Nadalje po dolžini plasti ne pride do hitrih sprememb hitrosti in ne nastanejo pomembne vztrajnostne sile. Zato v ležajih, ki delujejo po principu Reynolds-Mitchella, vztrajnostne sile praktično ne vplivajo na nastanek tlaka v plasti maziva. Poleg tega vztrajnostne sile, ki nastanejo za mazalno plastjo v njenem sotoku (v potopljenem curku), ne vplivajo zaradi pospeška tekočine, ki izteka iz plasti, ki jo v njej upočasni stacionarna delovna površina. Posledično v Reynolds-Mitchellovem mazalnem sloju delujejo praktično samo viskozne sile in hidrodinamične tlačne sile, ki jih povzročajo. Slednje potisnejo delovne površine narazen in med njimi ustvarijo plast maziva določene debeline. Pomanjkljivost ležajev, ki delujejo po Reynolds-Mitchellovem principu, je v tem, da torne sile, ki delujejo s stacionarne delovne površine v območju plasti, kjer se tlak po njeni dolžini povečuje, nenehno upočasnjujejo mazivo med premikanjem v plasti. plast. S tem preprečimo, da bi mazivo vstopilo v plast in njegovo nadaljnje gibanje tja, t.j. zmanjša hitrost in porabo maziva, kar posledično zmanjša minimalno debelino mazivnega sloja, poveča njegovo temperaturo in zmanjša nosilnost ležaja. Nemogoče je povečati kot klina (velikost oljne reže), da bi zmanjšali navedeno zaviranje, ker vsako njegovo povečanje vodi do povečanja bočnega iztekanja maziva iz plasti, povečanje kota klina nad določeno velikostjo pa vodi celo do pojava obratnega gibanja maziva na stacionarni delovni površini v smeri dovoda. žep (vdolbina v stacionarni delovni površini, od koder se mazivo dovaja v plast). Znane so potisne naprave (A. Cameron, "Teorija mazanja v tehniki", str. 67, Mashgiz, M., 1962) in ležajni ležaji, v katerih so na eni od površin narejeni oljni žepi v obliki utorov. oblikovanje hidrodinamičnega mazalnega sloja, na primer, kot za napravo, sprejeto kot prototip v skladu z avtorskim potrdilom ZSSR N 796508, razred. F 16 C 33/04. Pri takšnih napravah se zaradi povečanja debeline plasti v oljnih žepih in zaradi tega zmanjšanja tamkajšnjih tornih sil s stacionarne delovne površine tok v žepih pospešuje (in vrtinči) s pomočjo gibljiva površina, ki izboljša mazanje med načini zagona in pri nizkih specifičnih obremenitvah zmanjša sproščanje toplote. Toda vztrajnostne sile v teh nosilnih napravah prav tako ne prispevajo k povečanju tlaka v plasti, saj so tam žepi po dolžini plasti ločeni drug od drugega z deli stacionarne delovne površine, katerih dolžina je večja od dolžine vstopnih odsekov, kjer so vztrajnostne sile še znatne in ne morejo prispevati k premagovanju upora razširjenega odseka plasti med žepi in povečanju porabe maziva. Posledično zaradi zaviranja s teh delov površine vztrajnostne sile popolnoma ugasnejo in tok maziva, pospešen v žepih, ne zadrži dodatne hitrosti, pridobljene v prejšnjem žepu, do naslednjega žepa. Zato zavzemajo uporabno površino delovne površine, kjer se ustvarja pritisk, takšni žepi pri visokih specifičnih obremenitvah zmanjšajo povečanje tlaka v plasti in zmanjšajo njeno minimalno debelino. Namen izuma je povečati nosilnost, zmanjšati porabo energije in obrabo ležajev. Ta cilj je dosežen z dejstvom, da so, tako kot v prototipu, na eni od delovnih površin, ki tvorijo hidrodinamično mazalno plast, oljni žepi, ki med seboj ne komunicirajo. Poleg tega pa se po izumu vsi žepi nahajajo le delno ali po celotnem območju plasti, kjer se povečuje pritisk po dolžini plasti, in žepi, začenši z dovodnim žepom, iz katerega vstopa mazivo plasti, so med seboj po dolžini plasti ločene le s pregradami, ki imajo koničaste vrhove, ki se končajo s tesnilnimi robovi. Prav tako je po izumu velikost žepov večja v širini plasti kot v dolžini. Poleg tega so med žepi vzdolž širine plasti vrzeli. Razdalje po širini plasti od roba delovne površine do žepov se povečujejo po dolžini plasti. Velikost žepov vzdolž dolžine plasti in globina tesnilnega roba se povečujeta, čim bližje je žep podajalniku. Plast maziva v žepih, ki mejijo na greben, začenši od dovodnega žepa, brez večjega zaviranja s stacionarno delovno površino, se pospeši s premikajočo se delovno površino in pridobi dodatne hitrosti po celotni debelini. Nato ta plast pade v tesnilno režo med žepi (med tesnilnim robom pregrade in drugo delovno površino). Zaradi kratke dolžine te reže gre tok maziva skozenj po poti, ki je krajša od dolžine vstopnega odseka, vztrajnostne sile v plasti pa so najpomembnejše ravno v začetnem delu tega odseka, ko premagujejo sile trenja iz rob tesnilne pregrade in padec tlaka med žepi vzdolž te kratke poti bistveno prispevata k ohranjanju do naslednjega žepa tistih vrednosti dodatnih hitrosti vzdolž debeline plasti, ki so bile pridobljene v prejšnjem žepu. To zagotavlja povečanje porabe maziva v plasti. Ker je podobno kot pri stožčastem klinu debelina tesnilnih rež na izstopu iz žepov manjša kot na vstopu, povečani stroški maziva pri enaki debelini sloja ustvarjajo v njem povečane pritiske in pri enaki obremenitvi na ležaju povečajo debelino plasti. Posledično bodo ob enakih drugih pogojih v mazalnem sloju ležaja po izumu povprečna hitrost maziva, njegov pretok in najmanjša debelina mazalnega sloja (ali tlak) večji kot v Reynolds-Mitchellovem sloju. in v sloju prototipa. Ker je velikost žepa po dolžini plasti izbrana tako, da ni večja od tiste, ki je potrebna za povrnitev dela hitrosti toka v žepu, izgubljenega za premagovanje upora na poti med žepi v tesnilni reži, je število žepi po dolžini plasti bodo optimalno veliki, kar zagotavlja ponavljajočo se (večstopenjsko) uporabo vztrajnostnih sil za povečanje stopnje mazanja v plasti. Na območju plasti, kjer se tlak ne poveča (doseže maksimum ali pade), zaradi odsotnosti žepov tam stacionarna površina čim bolj upočasni pretok maziva, kar je potrebno za zmanjšanje tlaka padec. Poleg tega lociranje žepov zunaj območja največje obrabe, ki se pojavi na točki najmanjše debeline plasti, znatno zmanjša obrabo na tankih vrhovih predelnih sten med žepi. Območja delovne površine med žepi in na robovih plasti v območju, kjer se nahajajo žepi, služijo predvsem kot tesnila, ki zmanjšujejo stranska puščanja, tvorba tlaka v plasti pa je zagotovljena, ko tok maziva prehaja skozi tesnjenje rež iz enega žepa v drugega. Zato poglabljanje tesnilnih robov glede na nivo delovne površine omogoča oblikovanje različnih debelin plasti v tesnilnih režah in na delovnih površinah ter ustvarjanje njihovih optimalnih vrednosti tako za zmanjšanje stranskih puščanj kot za povečanje porabe maziva. Poleg tega zagotovitev, da se širina delovne površine na robovih plasti poveča, ko se tlak poveča vzdolž njene dolžine, zmanjša bočno puščanje. Zaradi splošnega vpliva teh konstrukcijskih dejavnikov se minimalna debelina mazalne plasti poveča za več kot 2-krat. Posledično se za toliko zmanjša nastajanje toplote (poraba energije) in več kot 4-krat poveča nosilnost ležaja, zmanjša pa se tudi njegova obraba. Na sl. Slika 1 prikazuje izometrični pogled puše nosilnega ležaja z delovnimi površinami v prostorih, ki ločujejo žepe po širini plasti. Na sl. 2 prikazuje prečni prerez tulca, prikazanega na sl. 1, in odsek gredi. Na sl. Slika 3 prikazuje prečni prerez po dolžini Reynolds-Mitchellove mazalne plasti in porazdelitev hitrosti mazanja po debelini plasti. Na sl. Slika 4 prikazuje dolžinski prerez mazalne plasti ležaja po izumu in porazdelitev hitrosti v njem po debelini plasti. Na sl. Slika 5 prikazuje tloris ploščice aksijalnih ležajev s spremenljivo širino delovne površine na robovih plasti v območju, kjer se nahajajo žepi. Na sl. 6 prikazuje prerez vzdolž A-A blazine na sl. 5. Na sl. 7 prikazuje prerez vzdolž B-B blazine na sl. 5. Na sl. 8 prikazuje prerez vzdolž A-A puše na sl. 2. Na sliki, prikazani na sl. 1 in 2 puše 1 podpornega ležaja prikazujeta: žepe 2, delovno površino 3 puše, ki se nahaja v območju, kjer ni žepov, predelne stene 4 med žepi in odseke delovne površine 5 in 6, ki se nahajajo oz. vzdolž robov puše in med žepi po širini puše, tesnilni robovi 7, izdelani na koničastih vrhovih predelnih sten 4 in imajo zaokroženo ali zaokroženo velikost 8. Velikost žepov po širini plast je večja od dolžine in večja od velikosti vzdolž širine plasti odsekov delovne površine v prostorih med žepi. V prerezu, prikazanem na sl. 2, dodatno prikazano: gred 9, ki se vrti z obodno hitrostjo 10 in ima delovno površino 11, ki tvori z notranjimi površinami tulca 1 dele mazalne plasti 12 oziroma 13 v območju, kjer so žepi 2 se nahajajo in zunaj njega ter napajalni žep 14. Diagram 15 prikazuje tudi porazdelitev tlaka v mazalni plasti vzdolž njene dolžine, kot 16 je središčni kot med lokacijo največjega tlaka v mazalni plasti in predelno steno na dovodni žep, kot 17 pa je središčni kot, znotraj katerega se nahajajo žepi. Na sl. 3 prikazuje prečni prerez po dolžini Reynolds-Mitchellovega mazalnega sloja, oblikovanega med stacionarno delovno površino 18 potisne ploščice in delovno površino 11 potisnega ležaja, ki se premika s hitrostjo 10. V plasti se oblikuje tlak, katerega porazdelitveni diagram 19 je podoben diagramu v nosilni nosilni plasti brez žepov. Do točke 20 diagrama 19 se tlak poveča in nato zmanjša. Pred plastjo, v prostoru 22 med potisnimi blazinicami (ali v dovodnem žepu nosilnega ležaja), od koder se mazivo dovaja v plast, vzdolž debeline toka, ki je enaka največji debelini 23 plasti maziva ima diagram 24 porazdelitve hitrosti pravokotno ali podobno obliko. V plasti, ko preide vstopni del 25, dobi tok dokaj enakomerno (počasi spreminjajočo se po dolžini plasti) porazdelitev hitrosti po debelini plasti, kot je prikazano na diagramu 26. Ta sprememba oblike diagrama v vstopnem delu (od 24 do 26) nastane zaradi pojemka toka stacionarne delovne površine 18, ki spremeni diagram v trikotno obliko 27, in zaradi zaviranja tlaka, ki nastane v plasti, dodatno spremeni diagram v obliko konkavni trikotnik 26. Kot je razvidno iz primerjave diagramov 24 in 26, je površina diagrama 24 in zato pretok maziva pred vstopom v plast več kot 2-krat večja od površine diagrama 26 in porabe maziva v plast. Posledično celoten tok maziva z debelino 23 ne vstopi v plast, ampak večina njegovega pretoka, ki ustreza razliki območij diagramov hitrosti 23 in 26, ostane v dovodnem žepu in ga odnese vrtinec 21. Nadalje, ko se tok premika v plasti, oblika njegovega diagrama hitrosti, ki se počasi spreminja, pridobi trikotno obliko 28 na mestu, kjer tlak doseže maksimum, nato pa v območju padca tlaka v plast - oblika konveksnega trikotnika 29, ker tam pritisk pospešuje tok. Če ne upoštevamo pretoka v plasti po njeni širini (bočne netesnosti), potem so vsa območja diagramov 26, 28, 29 in pripadajoči stroški maziva enaki. V mazalni plasti prototipa (v ležaju z žepi), ko tok vstopi v plast iz vsakega žepa, pride do procesa, podobnega zgoraj obravnavanemu, pri vstopu v mazalno plast iz dovodnega žepa. Tam je pred vstopom v mazalno plast porazdelitev hitrosti enaka kot v dovodnem žepu, kar ustreza diagramu 24, in v plasti med žepi, ker je dolžina te plasti večja od dolžine vstopnega odseka, a vzpostavljena je porazdelitev hitrosti, ki ustreza diagramu 26. Tako v prototipu V vseh žepih večina maziva toka, ki meji na greben z debelino, ki je enaka debelini plasti, tudi ne vstopi vanj, ampak se vrtinči in ostane v žepih. Pomanjkljivost ležajev, ki delujejo po Reynolds-Mitchellovem principu, vključno s prototipnimi ležaji, je v tem, da sile trenja, ki delujejo s stacionarne delovne površine v območju plasti, kjer se povečuje pritisk po njeni dolžini, nenehno upočasnjujejo mazivo, ko se premika v plasti. S tem se prepreči vstop maziva v plast, tj. zmanjša hitrost in porabo maziva v sloju, kar posledično zmanjša minimalno debelino sloja maziva, poveča njegovo temperaturo in zmanjša nosilnost ležaja. Nemogoče je povečati kot klina (velikost oljne reže), da bi zmanjšali navedeno zaviranje, ker njeno vsako povečanje vodi do povečanja bočnega iztekanja maziva iz plasti, povečanje nad določeno velikost pa celo do pojava obratnega gibanja maziva na mirujoči delovni površini v smeri dovodnega žepa. Kar se tiče območja plasti, kjer se tlak ne poveča (je dosegel maksimum ali pada), je zaviranje s strani mirujoče delovne površine koristno, ker zmanjšuje ne samo bočna, temveč tudi končna puščanja in preprečuje, da bi mazivo odneslo iz plasti obdelovalna površina. Na sl. 4 v razširjenem prerezu mazalne plasti nosilnega ležaja po izumu, prikazanega na sl. 1 in sl. 2 (velja tudi za aksialni ležaj), prikazuje: pušo 1 aksijnega ležaja, nekomunicirane žepe 2, ki se nahajajo le v delu 12 območja plasti, kjer se pritisk po dolžini plasti poveča. . Poleg tega so ti žepi, začenši z dovodnim žepom 14, iz katerega se mazivo dovaja v plast, ločeni drug od drugega vzdolž dolžine plasti ne z odseki delovne površine, ki zavirajo mazivo, ampak le s pregradami 4, ki ima koničaste vrhove, ki se končajo s tesnilnimi robovi 7, ki so poravnani z delovno površino 5 ali zamaknjeni glede na to raven za 30, tako da je na vstopu maziva v žep debelina reže med tesnilnim robom 7 in druga delovna površina 11 je večja od te debeline na izstopu iz žepa. Velikost oljnih žepov 31 in 32 po dolžini plasti ne sme biti manjša od vrednosti, pri kateri tok, ki vstopa v žep iz reže med tesnilnim robom in drugo delovno površino 11, ko preide žep, pridobi povprečna hitrost večja od 2/3 hitrosti gibljive delovne površine. To ustreza diagramu 34. Tesnilni robovi imajo zaokrožitev ali zaokroženost velikosti 8, kar zagotavlja minimalen pojemek pretoka zaradi dejstva, da je ta velikost minimalna, ne več kot 2 mm in manjša od vrednosti, pri kateri je povprečni pretok čez debelina plasti v reži se zmanjša na izhodu iz nje na vrednost, ki ni manjša od 1/2 hitrosti gibljive delovne površine. To ustreza diagramu 33. Velikost žepov po dolžini plasti (razdalja med tesnilnimi predelnimi stenami) se poveča od vrednosti 31 do vrednosti 32 pri dovodnem žepu. Bližje kot je žep podajalniku, bližje kot je žep podajalniku, večja je globina tesnilnega roba. Prikazuje tudi: delovno površino 3 puše, ki se nahaja v območju 13. plasti, kjer ni žepov; ravnina 6, ki povezuje tesnilne robove in prikazuje konturo glavnega laminarnega toka; delovne površine 5, ki se nahajajo vzdolž robov rokava in med žepi vzdolž širine rokava, lahko sovpadajo z ravnino 5, kot je prikazano na sl. 1 in sl. 2; gred 9, ki se vrti z obodno hitrostjo 10 in ima delovno površino 11, ki tvori dele mazalne plasti 12 in 13 z notranjimi površinami tulca 1. Diagram 15 porazdelitve tlaka v mazalni plasti po njeni dolžini je prikazano tudi, kjer se največji tlak nahaja v točki, določeni s kotom 16. Mazalna plast potisnega ležaja po izumu bi imela podoben videz. Če so žepi s takšnimi predelnimi stenami nameščeni v območju 13, kjer pade tlak, bo to tudi zmanjšalo zaviranje pretoka, vendar bo prispevalo k prenosu maziva iz plasti, kar ni priporočljivo. Zato je treba žepe namestiti samo na tistem območju plasti, kjer se tlak poveča vzdolž njegove dolžine. Naprava po izumu deluje na naslednji način. Mazivo v dovodnem žepu, kot v Reynolds-Mitchellovi plasti, obravnavani zgoraj, pospeši premikajoča se delovna površina 11 in sosednji tok debeline 23, ki je enak največji debelini plasti maziva, pridobi dodatne hitrosti, kot je prikazano na diagram 24. V tem primeru se proces prenosa kinetične energije mazanja iz grebena zgodi z največjo učinkovitostjo, saj plast po celotni debelini 23 pridobi največjo možno hitrost (hitrost gibljive površine). Nato ta tok vstopi v območje 12 (kjer se nahajajo žepi) mazalne plasti, ki je po izumu klinasta reža med površino 11 in površino 5 ter ravnino 6. Nato mazivo vstopi v žepe 2 in nato v plast območja 13, kjer manjkajo žepi. V območju 12 vstopi tok najprej v režo med tesnilnim robom 7 prve predelne stene in delovno površino 11 (reža med žepi). Zaradi vpliva tega roba, kljub njegovi majhni torni površini (majhna vrednost 8 njegovega zatemnitve ali zaokroženosti), kot tudi zaradi razlike v tlaku med prvim žepom 2 in dovodnim žepom 4, se hitrosti pretoka spreminjajo tako, da tako, da se diagram 24 teh hitrosti pred tesnilnim robom pretvori v diagram 33 za tesnilnim robom. Kot je razvidno iz primerjave teh diagramov, v napravi po izumu mirujoči del ležaja (puša ali potisna blazina) prav tako zagotavlja določen upor proti toku, vendar ta upor, kot je razvidno iz primerjave diagrama 33 na sl. 4 in diagrami 26 na sl. 3, je bistveno manjši od upora, ki ga stacionarni del v Reynolds-Mitchellovi plasti in v prototipni plasti zagotavlja toku, saj je površina prvega diagrama pri enaki hitrosti 10 gibljive delovne površine 11 znatno večja od površine drugega diagrama. Posledično je poraba maziva, vnesenega iz dovodnega žepa 4 v plast ležaja po izumu, bistveno (več kot dvakrat) večja kot pri Reynolds-Mitchellovem ležaju in prototipu. Čeprav ne celoten tok maziva, debeline 23, vstopi v plast iz dovodnega žepa, njegov del, ki ustreza razliki območij diagramov hitrosti 24 in 33, pa ostane v dovodnem žepu kot del vrtinca 21. Nadalje je v prvem žepu tok podoben tistemu v dovodnem žepu, pospešuje in vzdolž debeline toka (debelina med ravnino 6 in površino 11) dobi diagram hitrosti obliko 34 pred drugo pregrado. Ta oblika je ni popoln pravokotnik, kot je oblika diagrama 24, zaradi krajše dolžine in globine žepov 2 kot pri dovodnem žepu. Te dimenzije žepov in še posebej njihova dolžina morajo biti optimalne, tako da število žepov ni zelo majhno, ampak tudi tako, da diagram 34 hitrosti toka v žepu pridobi zadostno popolnost, da se akumulira kinetična energija, da lahko premaga upor naslednje vrzeli med žepi brez velike izgube toka. Ta izguba se še vedno pojavlja in ustreza razliki v površinah diagramov hitrosti na obeh straneh tesnilne reže. Mazivo, ki ne pride v tesnilno režo, ostane v žepu in tam kroži kot del vrtinca, podobnega vrtincu 21 v dovodnem žepu. Do povečanja tlaka v žepih 2 pride, ker je reža med tesnilnim robom 7 in delovno površino (debelina tesnilne reže) na izstopu iz žepov manjša kot na vstopu. Tako se povečanje porabe maziva, ki ga vnese gibljiva površina, in s tem povečanje tlaka v plasti po izumu v primerjavi z Reynolds-Mitchellovimi plastmi in prototipom pojavi predvsem iz dveh razlogov: prvič, velikost 7 zatemnitev ali zaokroženost tesnilnega roba je bistveno manjša od dolžine vstopnega odseka, zato bo hidravlični upor tesnilne reže med žepi manjši, tako da diagram hitrosti toka še ne bo pridobil stacionarne oblike, podobne 26 na sl. 3, in vztrajnostne sile pomagajo premagati upor te tesnilne reže; drugič, dimenzije žepov vzdolž dolžine plasti 31 in 32 so narejene tako, da ima tok, ko se giblje v vsakem žepu, čas, da pridobi povečane hitrosti vzdolž celotne debeline navedene reže, da premaga njen upor z največjo poraba maziva, vendar naj bodo tudi te dimenzije čim manjše, da se poveča število žepov, da se proces pospeševanja pretoka v žepih bolj ponavlja po vsej plasti, kjer se tlak povečuje. Obravnavani princip ustvarjanja tlaka v mazalni plasti po izumu je podoben principu ustvarjanja tlaka v rotacijskem turbostroju: tam se v vsaki stopnji kinetična energija prenaša na delovno tekočino s premikajočim se rotorjem, nato pa v mirujoče vodilne lopatice se ta energija pretvori v tlačno energijo. Podobno kot pri tem postopku se v mazalnem sloju po izumu v vsakem žepu po njegovi dolžini kinetična energija prenaša na tok maziva s premikajočo se delovno površino, nato pa se v tesnilnih režah med žepi ta kinetična energija pretvori v tlačno energijo v naslednjem žepu, saj v tej reži tečejo vztrajnostne sile in hidrodinamične sile trenja iz gibljive površine delujejo proti tlačnim silam, ki ustrezajo razliki tlaka med žepi. Območja 5 delovne površine med žepi in na robovih plasti služijo predvsem kot tesnila, ki zmanjšujejo stranska puščanja; nastanek tlaka v plasti zagotavlja razlika v debelini tesnilnih rež na vstopu in izstopu iz žepe. Zato poglabljanje tesnilnih robov glede na nivo delovne površine omogoča oblikovanje različnih debelin plasti v tesnilnih režah in na delovnih površinah ter ustvarjanje njihovih optimalnih vrednosti tako za zmanjšanje stranskih puščanj kot za povečanje porabe maziva. Zaradi tega je debelina mazalne plasti med površinama 5 in 11 minimalna, manjša za 30 od debeline tesnilnih rež. Ta konstrukcijski ukrep zmanjša bočno puščanje, hkrati pa poveča količino maziva, ki ga prenaša premikajoča se delovna površina. Na območju plasti, kjer se tlak ne poveča (doseže maksimum ali pade), zaradi odsotnosti žepov tam stacionarna površina čim bolj upočasni pretok maziva, kar je potrebno za zmanjšanje tlaka padec. Poleg tega lokacija žepov izven območja največje obrabe, ki se pojavi na točki najmanjše debeline sloja, znatno zmanjša obrabo tankih tesnilnih pregrad med njimi. V območju žepa se lahko širina delovne površine na robovih plasti poveča po dolžini plasti, ko se poveča tlak v plasti, kar dodatno zmanjša bočno puščanje. Na sl. Na sliki 5 je v tlorisu prikazana tlačno ležajna podloga, pri kateri se v območju žepov širina delovne površine na robovih plasti povečuje po dolžini plasti. Na sl. 6 in sl. Slika 7 prikazuje prečne prereze te blazine vzdolž AA oziroma BB. Te slike prikazujejo: območje 12, kjer se nahajajo žepi 2; območje 13 na izstopu iz plasti, kjer ni žepov; diagram 15 porazdelitve tlaka po dolžini plasti; najmanjša 35 in največja 36 dimenzija širine delovne površine na robovih plasti; najmanjša 37 in največja 38 žepna velikost po dolžini plasti (dolžina žepa); velikost žepa 39 po širini plasti (širina žepa), diagram 40 porazdelitve tlaka po širini plasti. Na sl. Slika 8 prikazuje prerez vzdolž AA (slika 2) vzdolž širine nosilne ležajne puše, v katerem so poleg odsekov delovne površine na robovih plasti velikosti 41 žepi 2 ločeni od drug drugega vzdolž širine sloja po odsekih delovne površine, ki imajo velikost 42. Na diagramu je prikazana tudi 43 porazdelitev tlaka po širini sloja. Naprava po izumu, prikazana na sl. 5-8 deluje, kot je prikazano na sl. 4. Poleg zgoraj navedenega je treba opozoriti, da povečanje širine delovne površine po dolžini plasti na njenih robovih od velikosti 35 do velikosti 36 (slika 5) zmanjša količino puščanja iz plasti, saj na mestu pojava večjega pritiska se ustvari večja širina (glej diagram 15 na sliki 6). Poleg tega povečanje velikosti žepov po dolžini plasti z vrednosti 37 na vrednost 38 (slika 6) na dovodnem žepu zagotavlja optimalne pogoje za ponovno vzpostavitev hitrosti pretoka v žepih, zmanjšane v tesnilnih režah na vhod v žepe, saj večja kot je debelina reže (debelejši tok vnese v žep), večja razdalja med tesnilnimi režami je potrebna za ponovno vzpostavitev pretoka. Iz tega pogoja in tudi ob upoštevanju dejanskih dimenzij debeline tesnilnih rež in izvedljivosti oblikovanja večjega števila žepov, so dimenzije žepov 39 (sl. 7 in sl. 8) v širini plast mora biti večja od dolžine. Kar zadeva razmerje med velikostmi 39 (slika 8) žepov in velikostmi 42 odsekov delovne površine v prostorih med žepi, glede na to, da so ti odseki namenjeni le zmanjšanju pretoka maziva po širini plast od žepa do žepa, dimenzije 32 naj bodo manjše velikosti 39. Zaradi splošnega vpliva navedenih konstrukcijskih dejavnikov se minimalna debelina mazalne plasti poveča za več kot 2-krat. Posledično se za toliko zmanjša nastajanje toplote (poraba energije) in več kot 4-krat poveča nosilnost ležaja, zmanjša pa se tudi njegova obraba.

Načelo delovanja hidrodinamičnih ležajev. Hidrodinamični ležaj je nosilec s tekočim trenjem. Ti ležaji so radialni in potisni. Radialni ležaj ima tri ali štiri segmente (čevlje) 1 (slika 7.6). Nosilec je napolnjen z oljem s pomočjo hidravličnega sistema. Nerotacijsko vreteno, ki ga poganja gravitacija 3 se spusti na segmente. Ko se vreteno vrti, njegova hrapava površina potegne olje v reže med njim in segmenti. Zasnova segmenta, zlasti zamaknjeni položaj njegove podpore 2 glede na os simetrije omogoča, da se vrti pod vplivom tlaka olja, kar povzroči nastanek klinaste reže, ki se zoži v smeri vrtenja vretena.V tej reži nastane hidrodinamični tlak R, držanje vretena v visečem položaju. Če se vreteno vrti na večklinastih ležajih s samonaravnajočimi segmenti, ki ga enakomerno pokrivajo po obodu, njegov rahel premik iz povprečnega položaja pod vplivom zunanje obremenitve povzroči prerazporeditev tlaka v klinasti reži in nastanek nastale hidrodinamične sile, ki uravnava zunanjo obremenitev.

Hidrodinamične ležaje priporočamo za uporabo na vretenih, ki se vrtijo z visoko konstantno ali rahlo spremenljivo frekvenco in prenesejo majhne obremenitve, na primer za vretena brusilnih strojev. Prednosti hidrodinamičnih ležajev so visoka natančnost in vzdržljivost (mešano trenje le v trenutkih zagona in zaustavitve), slabosti pa zapletenost zasnove sistema za dovod olja za nosilce in sprememba položaja ležajev. os vretena, ko se spremeni njegova vrtilna frekvenca.

Olje za hidrodinamične ležaje. Običajno se uporablja mineralno olje razreda L (velocit), ki ima dinamični koeficient viskoznosti. u.= (4...5)10~ 3 Pa-s pri temperaturi 50 C. Olje (1...3 l/min pri tlaku 0,1...0,2 MPa) se v ležaj dovaja s pomočjo hidravličnega sistem, vključno s finim filtrom in hladilno enoto.

Konstrukcijske izvedbe radialnih hidrodinamičnih ležajev. Ležajni segmenti morajo imeti možnost samostojnega spreminjanja položaja tako v ravnini, ki je pravokotna na os vretena, kot v ravnini, ki poteka skozi os. Slednje odpravi morebitne visoke robne pritiske v nosilcu, ki jih spremlja pregrevanje olja v tankem mejnem filmu in izguba njegovih mazalnih lastnosti. Obstaja več izvedb ležajev, pri katerih se razmik med gredjo in segmenti samodejno spreminja glede na obremenitev in hitrost vretena.

Eden od modelov - LON-88, ki ga je razvil ENIMS, je prikazan na sl. 7.7. Ležaj je izdelan v obliki ločenega bloka, sestavljenega iz dveh obročev 2, treh segmentov 1 in distančni obroč 3. Zunanja končna površina segmentov je v dvotočkovnem stiku s stožčastimi površinami obročev, zaradi česar so segmenti lahko nameščeni vzdolž osi vretena in v smeri njegovega vrtenja. Distančni obroč s svojimi štrlinami preprečuje premikanje segmentov po obodu. S spreminjanjem debeline distančnega obroča lahko prilagodite delovno zračnost v ležaju.

Ležaji drugačne izvedbe - LON-34 - s segmenti 1 , nameščen kot posledica vrtenja na sferičnih nosilcih A(slika 7.8), omogočajo drsne hitrosti do 60 m/s brez robnega pritiska* Nosilci segmentov so izdelani v obliki vijakov 2 iz kaljenega jekla s finimi navoji. Z njihovim premikanjem v radialni smeri se uravnava radialna zračnost v nosilcu in položaj osi vretena. Za povečanje togosti so reže v navojnih povezavah podpornih zatičev s telesom izbrane z maticami 3, Da bi zmanjšali obrabo segmentov v trenutkih zagona in zaviranja vretena, so izdelani iz bimetala: na jekleno podlago se nanese plast brona Br OF10-0,5, Br 0S10-10 ali drugega materiala proti trenju. z uporabo centrifugalnega litja. Parameter hrapavosti Ra delovne površine segmentov ne smejo biti višje od 0,32 mikrona, vretena ne smejo biti višja od 0,04...0,16 mikronov. Mere segmentov in nosilnih vijakov so podane v tabeli. 7.1 in 7.2.

Primer zasnove sklopa vretena. Hidrodinamični ležaji so nameščeni v sprednjih in zadnjih nosilcih sklopa vretena brusilnega stroja (slika 7.9) 1 tipa LON-88. Aksialne obremenitve absorbira dvostranski potisni ležaj, ki ga tvorijo diski 2 in 4, Ovratnica je v stiku z njimi 3 vreteno. Mazivo se na ta ležaj dovaja skozi luknje B in 5. Tesnila v obliki utorov preprečujejo iztekanje olja iz glave vretena. Po kanalu G olje iz tesnilnih votlin se odvaja v ohišje vzglavja.

Konstrukcijski parametri ležajev. Premer D vretena so izbrana glede na pogoje togosti. Dolžina ležaja I za brusilne stroje - 0,751), za precizne stružnice in vrtalne stroje - (0,85-0,9) D. Dolžina loka pokritosti obloge (0,6-0,8)1. Premerna zračnost = 0,003 D. Običajno se uporabljajo ležaji s tremi ali štirimi oblogami.

Izračun hidrodinamičnih radialnih ležajev. Izračun se izvede za določitev dimenzij ležaja glede na dano nosilnost nosilca in njegovo togost. Poleg tega se določijo izgube zaradi trenja v nosilcu.

Spodaj je predstavljena metoda za izračun radialnih hidrodinamičnih ležajev s tremi ali štirimi samonaravnajočimi segmenti za nosilce z drsnimi hitrostmi do 30 m/s [67].

Začetni podatki: konstrukcijski parametri ležaja, hitrost vretena, največja radialna obremenitev, zahtevana radialna togost nosilca.

Nosilnost (N) enega segmenta s središčnim položajem vretena

kjer je dinamična viskoznost olja, Pa-s; n- hitrost vrtenja vretena, r/s; D- premer izvrtine segmenta, mm; IN- tetiva segmentnega loka, mm; L- dolžina segmenta, mm; ; konstrukcijski diametralni odmik, mm.

Pod delovanjem nastale sile se vreteno premakne iz začetnega položaja v e milimetrov, za njegovo novo lego pa je značilna relativna ekscentričnost.Če je nastala sila usmerjena vzdolž osi nosilca segmenta, je nosilnost trisegmentnega ležaja

ZAHTEVEK

1. Hidrodinamični ležaj, pri katerem so oljni žepi narejeni na eni od delovnih površin, ki tvorijo hidrodinamično mazalno plast, označen s tem, da so vsi žepi nameščeni le delno ali po celotnem območju plasti, kjer je tlak vzdolž dolžine sloja narašča, v žepe, ki se začnejo od podajalnika, iz katerega mazivo vstopa v sloj, so med seboj ločeni po dolžini sloja s pregradami s koničastimi vrhovi, ki se končajo s tesnilnimi robovi. 2. Ležaj po zahtevku 1, označen s tem, da je velikost žepov po širini plasti večja kot po dolžini. 3. Ležaj po zahtevku 1, označen s tem, da vzdolž širine plasti med žepi obstajajo odseki delovne površine. 4. Ležaj po zahtevku 1, označen s tem, da se razdalja vzdolž širine sloja od roba delovne površine do žepov povečuje vzdolž dolžine sloja. 5. Ležaj po zahtevku 1, označen s tem, da se dimenzije žepov vzdolž dolžine plasti povečujejo tem bolj, čim bližje je žep podajalniku.