A Potisni ležaj s filmom tekućinepodnijeti aksijalno opterećenje, što je sila koja djeluje paralelno s osi osovine. Odvaja dvije površine s supernabijenim mazivim filmom. Film je vrlo tanak i obično se mjeri u mikronima. Unatoč tome, može izdržati pritisak od nekoliko megapaskala. Radi bez kotrljajućih tijela, magnetskih polja ili ubrizgavanja plina. Umjesto toga, oslanja se na geometriju, relativno gibanje i ponašanje viskoznih tekućina između konvergentnih površina. Da bismo razumjeli kako to radi, potrebno je ispitati osnovnu hidrodinamičku teoriju. Zatim, teorija je povezana s geometrijskim karakteristikama dizajna potisnog ležaja.
Središnji problem: Zašto je potisno opterećenje geometrijski teže od radijalnog
U običnom klizajućem ležaju koji podržava radijalno opterećenje, rotacijska osovina se prirodno pomiče u ekscentrični položaj unutar rupe. Ova ekscentričnost stvara konvergenciju-konvergenciju-divergentni jaz oko opsega kruga. Konvergentni dio proizvodi hidrodinamički tlak koji podiže osovinu od nosive stijenke. Geometrija se razvija prirodno. Čak i ako je osovina savršeno cilindrična i rupa savršeno cilindrična, opterećenje uzrokuje ekscentričnost. Kao rezultat toga, otvor za podmazivanje postaje klinast-oblik.
Aksijalno opterećenje stvara sasvim drugačiju situaciju. Kotač je rotirajući potisni prsten na vratilu koji je okrenut prema podlozi ležaja i premošćuje dvije gotovo paralelne ravnine. Kada se dvije paralelne površine pomiču jedna u odnosu na drugu, one ne mogu same stvarati hidrodinamički pritisak. Maziva se ne mogu stisnuti jer razmak ostaje isti po cijeloj površini. Naprotiv, tekućina teče prema van u svim radijalnim smjerovima bez povećanja tlaka. Reynoldsova jednadžba podmazivanja, razvijena iz Navier-Stokesove jednadžbe u aproksimaciji tankog filma, to jasno pokazuje. Pritisak se javlja samo kada postoji konvergentni razmak koji se naziva klinasti izraz ili visina razmaka koji se naziva izraz stiskajućeg filma koji varira tijekom vremena. Savršeno paralelna površina koja se kreće ravnomjernom brzinom ne zadovoljava ni jedno ni drugo (Reynolds, Philosophical Transactions of the Royal Society, vol 177, 1886).
Ovo je osnovni inženjerski problem koji potisni ležaj s tekućim filmom mora riješiti. Mora formirati konvergentni klin između dviju površina i prirodno ostati paralelan pod aksijalnim opterećenjem.
Reynoldsova jednadžba: Matematička osnova
Reynoldsova jednadžba tankog{0}}sloja za nestlačivi fluid s konstantnom viskoznošću može se napisati na sljedeći način:
Estracheit (h3 staza/ staza) + staza/ staza (h3 staza/ staza)=6U staza/ staza x + 12staza/ staza
U ovoj jednadžbi h je debljina lokalnog filma ovisno o lokaciji. p je hidrodinamički tlak. Pretvarač energije je dinamička viskoznost maziva. U je relativna brzina između dviju površina. Preostala razlika je brzina kojom se debljina filma mijenja tijekom vremena. Pojam je važan samo kada postoji učinak ekstruzijske membrane.
Desna strana jednadžbe prikazuje dva načina stvaranja tlaka.
Eripinte
Tlak se javlja kada se debljina tankog filma h smanjuje duž smjera gibanja. Drugim riječima, jaz se mora smanjivati. Rezultirajući tlak raste s viskoznošću i brzinom klizanja maziva. Ako je viskoznost nula, tlak nestaje. Isto bi se dogodilo da je brzina klizanja nula. Ni pod kojim uvjetima ležajevi ne smiju biti podvrgnuti hidrodinamičkom djelovanju.
Terminologija komprimiranog filma (učinkovitost pretvorbe energije)
S vremenom se praznine smanjuju i mogu biti stresne. To se događa čak i kada nema klizanja između površina. Ovaj učinak je važan u sustavima s brzim promjenama udarnih ležajeva, uvjeta pokretanja motora i opterećenja. U potisnim ležajevima koji rade pri konstantnoj brzini, član je obično vrlo mali u stabilnom radu. Međutim, ovo postaje vrlo važno kada inženjeri proučavaju stabilnost ležajeva pod različitim opterećenjima.
Praktična ideja je jednostavna. Potisni ležaj radi kontroliranjem funkcije h(x), koja opisuje profil debljine filma. Ostatak mora biti dizajniran da se kreće u negativnom smjeru. To znači da se film za podmazivanje tanji kako put protoka prolazi kroz brtvu. Stoga se dizajn potisnog ležaja usredotočuje na stvaranje i održavanje konvergentnog filma u stvarnim radnim uvjetima kao što su temperatura, varijacije opterećenja, brzina vrtnje i neusklađenost vratila.
Kako se stvara konvergentni klin: tri geometrijska pristupa
1. Fiksna{1}}sužena geometrija-podloge
Najjednostavnija metoda je obrada nosivih površina s malim konusima. To znači da je rub olova, koji prvi susreće trkač koji se okreće, nešto dublji od ruba repa. Kut suženja je mali. Obično između 0,5 i 2,0 miliradijana. To stvara visinsku razliku od samo nekoliko mikrona po duljini brtve. Dok kotač prolazi kroz suženu površinu, on povlači mazivo iz dubljeg područja u pliće. Kao rezultat toga, pritisak povećava konvergentno područje.
Terase su jednostavnog dizajna i niske cijene. Također ne zahtijeva pokretne dijelove unutar ležajeva. Međutim, ima važno ograničenje. Optimalne promjene kuta konusa variraju s radnim uvjetima. Na raspodjelu debljine h (x) utječu porast temperature, trošenje i promjena brzine. Zbog toga ležajevi mogu odstupati od optimalnih radnih uvjeta. Kod malog opterećenja, konus može biti prevelik. Pri visokim opterećenjima i temperaturama, toplinska ekspanzija mijenja oblik brtve i efektivni profil suženja na nepredvidive načine (Khonsari & Booser, Applied Tribology, 2. izdanje, Cambridge University Press, 2017.).
2. Ležajevi nagibne-podloge (zakretne-podloge)
Dizajn-podloge s nagibom izumili su Anthony Michell i Kingsbury početkom 20. stoljeća. U ovom dizajnu, svaki jastučić može lagano rotirati oko točke zakretanja. Kada kotač prolazi kroz površinu pločice, on povlači mazivo kroz otvor. Prednji rub je udaljen od trkača, a stražnji rub je bliže trkaču jer se podloga može naginjati. Ovo automatski stvara konvergentni klin. kut klina i zatim se prilagođavaju radnim uvjetima.
Proces samo{0}}regulacije je jednostavan. Kako se kotač približava košuljici, stvara se pritisak u mazivom filmu. Taj pritisak stvara rotacijske sile oko osovine. Brtva se nastavlja naginjati dok se sila ne uravnoteži osloncem oslonca. U ovom stanju ravnoteže, kut nagiba postaje točna vrijednost potrebna za podupiranje opterećenja pri trenutnoj brzini i viskoznosti maziva. Ako se opterećenje povećava, film postaje tanji i viskoznost se povećava. Zatim se brtva više nagnula kako bi održala ravnotežu. Ako se brzina povećava, film se zgušnjava i jastuci se manje naginju. Na taj način se ležajevi mogu automatski podešavati bez vanjske kontrole.
Potisni-ležajevi s nagibnim jastučićima naširoko se koriste u visoko traženoj industrijskoj opremi. Primjeri uključuju parne turbine, centrifugalne kompresore, velike hidroelektrične generatore i brodske pogonske osovine. Popularni su jer se automatski prilagođavaju promjenama opterećenja, brzine i poravnanja. To pomaže u sprječavanju kvara membrane i izravnog kontakta između površina.
mjesto zakretanja, također. Ako je osovina u središtu podloge, ili oko 50% duljine podloge, od prednjeg ruba, ležaj najbolje radi u smjeru rotacije i nepovratan je. Za opremu koja se mora okretati u oba smjera, osovine se obično postavljaju na oko 60% duljine košuljice. Ovaj raspored smanjuje maksimalnu nosivost u željenom smjeru, ali pruža prihvatljivu izvedbu u oba smjera rotacije (Hamrock, Schmid & Jacobson, Principi mehanike, 3. izdanje, CRC Press, 2019.).
3. Ležajevi-profila (Rayleigh stepenica).
Lord Rayleigh je 1918. pokazao da najbolje opterećenje konture filma nije postupno sužavanje. Umjesto toga, to je stepenasti profil. Dizajn ima ravni duboki kraj na ulazu i ravni plitki kraj na izlazu, odvojen naglim korakom. Rayleighov korak proizvodi veći pritisak od linearnih stožaca slične veličine. To je zato što se pritisak stvara u usisnom području i održava u koracima prije nego što se film počne raspršivati (Rayleigh, Notes on Lubrication Theory, Journal of Philosophy, serija 6, svezak 35, 1918.).
Koračni ležajevi se uglavnom koriste tamo gdje se mogu proizvesti s preciznošću. To se obično radi preciznom strojnom obradom ili laminiranjem površina s utorima. Ovi ležajevi općenito nisu prikladni za dvosmjernu rotaciju. Uobičajeno se koriste u-sustavima velikih-i lakih-opterećenja kao što su žiroskopi i precizni instrumenti. Nisu uobičajeni u teškoj industrijskoj opremi jer je teško održati potrebnu geometriju koraka kada dođe do toplinskog širenja i mehaničke deformacije.
Fizički mehanizam u pojedinostima: Što se događa u konvergentnom filmu
Ako napustimo jednadžbu i pogledamo fizički proces, lakše je razumjeti kako klin stvara pritisak.
Uzmite u obzir da se površina spljoštenog kanala kreće brzinom U na suženoj podlozi. Debljina filma smanjuje se od h_inlet do h_outlet duž smjera kretanja. Mazivo ulazi kroz otvor na ulazu u suženi prostor. Tekućine se ne mogu jednostavno komprimirati kako bi se prilagodile manjim prostorima jer su u većini aplikacija s potisnim ležajevima tekućine gotovo nestlačive. Ovo vrijedi za tipična mineralna ulja s tlakom ispod oko 500 MPa (Bair & Winer, Journal of ASME Journal of Tribology, vol. 114, 1992.). Stoga ista količina tekućine mora proći kroz manje raspore.
Kako se film tanji, prosječna brzina ulja za podmazivanje mora rasti. To je zato što tekućina istog volumena mora proći kroz manji volumen presjeka.
Lubrikant unutar filma nigdje se ne kreće istom brzinom. Brzina tekućine varira s debljinom filma. Ona je nula na stacionarnoj površini i U na pokretnoj površini. Stoga se tlak unutar filma mora prilagoditi kako bi se protok uskladio sa zahtjevima kontinuiteta.
U konvergentnom dijelu filma tlak raste duž smjera gibanja. To pomaže u kontroli protoka tekućine i sprječava da lubrikant prebrzo napusti područje. Ako postoji zona disperzije, tlak pada. Stoga se u polimerizacijskom segmentu filma stvara vršni tlak. Ova raspodjela tlaka obično je poznata kao brežuljak tlaka. Kada se pritisak integrira unutar područja jastučića, stvara se sila potrebna za podupiranje opterećenja.
Tlačno brdo podržava trkače. Tanak sloj ulja za podmazivanje odvaja klizan od košuljice. U dobro-projektiranim industrijskim potisnim ležajevima minimalna debljina filma, h_min, obično je između 5 i 50 mikrona. Za konusne-nacrte tla, ova minimalna debljina obično je blizu ruba repa (Wilcock & Booser, Bearing Design and Applications, McGraw-Hill, 1957.).
Rotatori i brtve ne smiju se međusobno dodirivati tijekom normalne uporabe. Odvaja ih tanak sloj tekućine. Pri najvećem tlaku, ovaj podmazujući film može izdržati više tlačnih naprezanja nego što mogu izdržati mnogi konstrukcijski čelici.
Temperatura i viskoznost: petlja povratne veze
Učinkovitost pretvorbe energije, učinkovitost pretvorbe energije, pojavljuje se izravno u dva dijela Reynoldsove jednadžbe. Zbog toga postoji vrlo važan povratni proces unutar ležaja. Mazivo proizvodi pritisak, a time i nosivost, ovisno o viskoznosti. U isto vrijeme, trenje unutar maziva proizvodi toplinu, što smanjuje viskoznost maziva.
Kako se temperatura ležaja povećava, ulje postaje tanje. Pri istoj brzini i geometriji, tanje ulje proizvodi manji pritisak. Ako opterećenje ostane isto, film za podmazivanje mora biti tanji kako bi podnio opterećenje. Što je tanji film, to je veća brzina smicanja unutar maziva. To stvara više topline uslijed trenja, što dodatno smanjuje viskoznost. Zatim se ciklus nastavlja. Ako se ovaj proces ne kontrolira, može dovesti do toplinske nestabilnosti i kvara ležaja.
Brzina stvaranja topline od viskoznog smicanja u filmu potisnog ležaja može se procijeniti pomoću:
Q_trenje=η (U/h)² × A_pad × h
gdje je A_pad površina jastučića.
Ova se jednadžba može pojednostaviti na:
Q_trenje=ηU²A_pad/h
Ovaj oblik pokazuje da je toplina trenja obrnuto proporcionalna debljini filma. Kako se film stanjuje, proizvedena toplina brzo raste.
Postoji nekoliko načina za uklanjanje te topline s ležajeva. Toplina može ući u kućište ležaja kroz materijal jastučića. Toplina također može oduzeti mazivo s filma na stražnjem rubu. Osim toga, toplina može ući u osovinu kroz centrifugu.
Stvaranje topline i uklanjanje topline su uravnoteženi u razumno dizajniranim ležajevima. U ovoj točki, temperatura maziva je stabilna i ulje zadržava dovoljno viskoznosti da podnese opterećenje.
Dva su čimbenika posebno važna za kontrolu temperature. Prva je toplinska vodljivost materijala jastučića. Drugi je protok maziva kroz ležaj. Brtve od bakra i-legura bakra prenose toplinu učinkovitije od čeličnih jastučića. Stoga, pod istim uvjetima opterećenja i brzine, obično rade na nižim temperaturama membrane.
Metoda podmazivanja također utječe na temperaturu. Preliveno podmazivanje osigurava puno ulja za šupljinu ležaja i eliminira više topline. Usmjereno{2}}podmazivanje uglavnom dovodi ulje do prednjeg ruba svake brtve i obično zahtijeva manje ulja. Međutim, sustavi poplave mogu uzrokovati veće gubitke miješanja u velikim -strojevima velike brzine (Etz, Journal of ASME Tribology, vol. 102, 1980.).
Minimalna debljina filma i nosivost: Projektiranje radne točke
Minimalna debljina filma, h_min, najvažniji je radni parametar potisnog ležaja s filmom fluida. Pokazuje radi li ležaj sigurno u režimu hidrodinamičkog podmazivanja ili se kreće prema mješovitom ili graničnom podmazivanju, gdje može započeti površinski kontakt.
Odnos između minimalne debljine filma i radnih uvjeta često se izražava karakterističnim brojem-potisnog ležaja:
h_min / L ∝ √ (ηUL / W)
U ovoj jednadžbi, L je duljina podloge u smjeru gibanja, a W je primijenjeno potisno opterećenje.
Ovaj odnos pokazuje kako različiti radni čimbenici utječu na debljinu filma.
Povećajte brzinu U
Kako se broj okretaja povećava, film za podmazivanje postaje deblji. To je obično korisno jer poboljšava odvajanje površine. Međutim, veće brzine također mogu povećati ljepljivo zagrijavanje, što može uzrokovati probleme s toplinom.
Povećajte viskoznost η
Kada se viskoznost poveća, film za podmazivanje se zgusne. Ovo povećava nosivost. Međutim, što je veća viskoznost, veći je gubitak miješanjem i viša je radna temperatura.
Smanjite opterećenje W
Kako se opterećenje smanjuje, film za podmazivanje se zgušnjava. Ovo je najizravniji način povećanja debljine filma.
Smanjite duljinu jastučića L
Učinak duljine jastučića je složen. Kraći jastuci mogu povećati gradijent debljine filma. To može povećati količinu proizvedenog pritiska po jedinici površine. Međutim, kraći jastuci također pružaju manju potpornu površinu, što rezultira manjom ukupnom nosivošću.
U većini industrijskih primjena, minimalna debljina filma je između 15 i 50 mikrona, što osigurava dovoljnu zaštitu od površinskog kontakta. Ovaj raspon uzima u obzir hrapavost površine, dinamičke uvjete rada i kontaminaciju maziva. Hrapavost površine preciznih ležajeva obično je između 0,2 i 0,8 mikrometara.
Kada je minimalna debljina filma manja od 10 mikrona, ležajevi mogu ući u režim mješovitog podmazivanja. U ovom stanju može doći do kontakta između površinskih neravnina. Stoga inženjeri moraju obratiti veliku pozornost na završnu obradu površine, kontrolu kontaminacije te postupke uključivanja i isključivanja (Booser & Khonsari, STLE Life Factors for Plain Bearings, Society of Tribologists and Lubrication Engineers, 2020.). Inženjeri podmazivanja, 2020).
Pokretanje i gašenje: neizbježno miješano-razdoblje podmazivanja
Svaki hidrodinamički potisni ležaj, bez obzira na to koliko je dobro dizajniran, podvrgnut je mješovitom ili graničnom podmazivanju prilikom pokretanja i zatvaranja. Kada os miruje, brzina U u Reynoldsovoj jednadžbi je nula. Stoga se ne može stvoriti hidrodinamički tlak. Cjelokupno potisno opterećenje izravno je podržano površinom jastučića.
Kako se os okreće, postupno se stvara film za podmazivanje. Ležajevi se prvo podmazuju na granici, gdje je površina odvojena vrlo tankim slojevima maziva. Kako se brzina povećava, ležaj ulazi u mješovito podmazivanje. U ovoj fazi, dio opterećenja snosi film za podmazivanje, dok neke površinske neravnine ostaju u kontaktu. Kako se brzina dalje povećava, formira se potpuna hidrodinamička membrana. U ovoj točki lubrikant potpuno odvaja površinu.
Brzina pri kojoj dolazi do potpunog odvajanja naziva se prijelaznom brzinom. Ova brzina ovisi o opterećenju, viskoznosti maziva i završnoj obradi površine. U dobro-projektiranim, površinski kvalitetnim i dobro-podmazanim industrijskim ležajevima, prijelazna brzina je obično između 0,5% i 5% normalne radne brzine (Stachowiak & Batchelor, Engineering Tribology, 4. izdanje, Butterworth-Heinemann, 2014.).
Ispod prijelazne brzine još uvijek je postojao nešto površinskog kontakta. U međuvremenu može doći do habanja. Ako ležaj prolazi kroz više ciklusa pokretanja i zaustavljanja, ovo trošenje postupno oštećuje preciznu završnu obradu površine potrebnu za učinkovit hidrodinamički rad.
Iz tog razloga mnoge velike turbine i kompresori koriste hidrostatske uljne sustave. Ovi sustavi ubrizgavaju visokotlačno ulje, obično između 20 i 70 MPa, kroz rupe u ležaju prije nego se vratilo počne okretati. Ulje pod tlakom odvaja površinu kako bi spriječilo izravan kontakt tijekom pokretanja-.
Nakon što osovina postigne dovoljno veliku brzinu da proizvede stabilan hidrodinamički film, gornji dovod ulja se zatvara. Ležajevi tada rade pomoću vlastitog hidrodinamički generiranog filma maziva. Ova metoda povećava troškove opreme i zahtijeva dodatnu snagu pumpanja, ali u primjenama s čestim ciklusima pokretanja i zatvaranja, može značajno produžiti životni vijek ležaja.
Ključne konstrukcijske varijable i njihov učinak na performanse ležaja
Sljedeće varijable su glavni čimbenici dizajna za potisni ležaj s filmom fluida.
Kut luka podloge (obodna širina)
jastučić luk pruža područje jastučića. Zbog toga svaka brtva može podnijeti veće opterećenje. Međutim, veći jastuci također proizvode više topline. U više-potisnim ležajevima, kut luka jastučića je obično između 25 stupnjeva i 60 stupnjeva.
Broj jastučića
Korištenje više brtvi može poboljšati raspodjelu opterećenja i smanjiti maksimalni pritisak na svaku brtvu. Međutim, više brtvi također znači više osovina, veće temperaturne varijacije, ležajeve i veću složenost proizvodnje. Većina industrijskih potisnih ležajeva koristi 6-12 jastučića.
Zakretni položaj (nagibni-dizajni podloge)
položaj stožera ima velik utjecaj na performanse. Osovina, smještena na 50% duljine košuljice, pruža optimalnu izvedbu u smjeru rotacije. Osovina, smještena na 60% duljine brtve, malo smanjuje vršnu izvedbu, ali omogućuje prihvatljiv rad u oba smjera rotacije.
Materijal jastučića
Odabir materijala jastučića utječe na prijenos topline i trajnost. Čelični jastuci su kruti i mogu dobro zadržati oblik čeličnih jastuka tijekom upotrebe. Brtve od bakrene legure mogu učinkovitije provoditi toplinu i pomoći u smanjenju temperature ulja za podmazivanje.
Mnogi podlošci ležajeva također koriste površinu ležaja presvučenu Babbit-om. Babbitt, koji može biti na bazi kositra ili olova, prilagođava se malim površinskim neravninama i apsorbira sitne čestice onečišćenja. Ovo poboljšava pouzdanost ležaja. Čvrstoća na zamor babitnog sloja ograničava maksimalni radni tlak. Konvencionalni babit materijali obično podnose pritisak od oko 10 do 15 MPa. Prekrivni materijali na bazi-kositra i-aluminija obično mogu izdržati tlak između 18 i 25 MPa (Khonsari & Booser, 2017.).
Stupanj viskoznosti maziva
Viskoznost maziva ima veliki utjecaj na performanse ležaja. Ulje veće viskoznosti može podnijeti veće opterećenje pri nižoj brzini. Međutim, oni također proizvode više topline pri velikim brzinama.
ISO VG 32 do ISO VG 68 mineralna ulja se obično koriste u primjenama turbostrojeva. U sporijoj i težoj industrijskoj opremi, kao što su sustavi zupčanika i kompresori, obično se koriste ulja ISO ISO VG 100 do ISO VG 320 (ISO 3448:1992, ISO klasifikacija viskoznosti industrijska tekuća maziva).
Industrijska tekuća maziva - ISO klasifikacija viskoznosti).
Radijalne dimenzije (unutarnji i vanjski radijus)
Unutarnji i vanjski radijusi utječu na radne karakteristike ležajeva. Prosječni radijus određuje brzinu klizanja određene brzine vratila.
Što je veći omjer vanjskog radijusa prema unutarnjem radijusu, to je veća površina jastučića. To može povećati nosivost. Međutim, također stvara veću razliku u brzini klizanja po širini jastučića. Kao rezultat toga, raspodjela pritiska postaje neravnomjerna i stvarni kapacitet nosivosti može biti niži od onog naznačenog samom površinom jastučića.
Načini kvarova i njihova povezanost s principom rada
Razumijevanje načina rada potisnog ležaja olakšava razumijevanje načina kvara.
Kolaps filma (nestanak maziva)
Ako je količina ulja za podmazivanje premala, uljni film na prednjem rubu postaje tanji. Zbog toga se hidrodinamički klin ne razvija normalno. Minimalna debljina filma tada je smanjena, vjerojatno ispod razine potrebne za potpuno-podmazivanje filma. Kada se to dogodi, ležaj ulazi u mješoviti-režim podmazivanja.
Kako dolazi do površinskog kontakta, ljuskice ili obloge počinju se trošiti. Ovaj kontakt stvara više trenja i topline. Što je viša temperatura, niža je viskoznost lubrikanta, zbog čega je film tanji. Proces se zatim nastavlja, potencijalno dovodeći do gubitka topline i kvara ležaja (Booser & Khonsari, 2020.).
Toplinska distorzija (krunjenje)
Temperatura na površini jastučića nije uvijek ujednačena. Ako su neka područja toplija od drugih, različiti dijelovi brtve se šire različito. To će promijeniti oblik površine jastučića i može promijeniti očekivani stožasti ili ravni profil.
U nagibnim-ležajevima, termičko krunjenje može pomaknuti središte efektivnog pritiska dalje od lokacije stožera. To mijenja ravnotežu sila koje djeluju na brtvu i može smanjiti minimalnu debljinu filma na nesigurne razine.
Stoga je analiza toplinske deformacije važan dio dizajna-potisnog ležaja visokih performansi. Inženjeri često koriste analizu konačnih elemenata za proučavanje kombiniranih učinaka temperature i strukturne deformacije (Ettles, 1980.).
Rubno opterećenje (neporavnanje)
Neusklađenost vratila ili deformacija kućišta ležaja mogu uzrokovati naginjanje potisnog prstena u odnosu na podloge ležaja. Kada se to dogodi, opterećenje je koncentrirano na jednom rubu, a ne raspršeno po površini jastučića.
Ovo stanje se naziva rubno opterećenje. Može povećati lokalni pritisak. U nekim slučajevima, pritisak na rub tereta može biti tri do pet puta veći od prosječnog pritiska na cijeloj podlozi. Stoga, čak i ako sveukupno opterećenje ležaja ostane unutar projektne specifikacije, Babbit sloj može premašiti svoju granicu zamora.
Nestabilnost zakretanja (nagibni-ležajevi jastučića)
U potisnim ležajevima jastučića s nagibom pri velikim brzinama i malom opterećenju, jastučić možda neće biti stabilan u jednom položaju. Umjesto toga, jastučići se mogu naginjati naprijed-natrag.
Ovo se ponašanje naziva zaokretna nestabilnost. To je slično uljnom vrtlogu u ležajevima klizača. Nestabilnost proizvodi vibracije na frekvenciji nižoj od brzine osi.
Mogućnost ovog problema ovisi o odnosu između krutosti koju stvara oslonac zakretanja i krutosti koju stvaraju hidrodinamičke sile u filmu za podmazivanje. Ako ravnoteža postane nepovoljna, postaje teško održati stabilan rad (Childs, Turbomachinery Rotordynamics, Wiley, 1993.).
Zaključak
Princip rada potisnih ležajeva s tekućim filmom temelji se na jednostavnoj fizičkoj činjenici. Kada se dvije površine pomiču jedna u odnosu na drugu, viskozna tekućina u konvergentnom otvoru stvara pritisak. Taj se tlak stvara hidrodinamičkim djelovanjem i ne zahtijeva vanjske izvore tlaka. Iz tog razloga, potisni ležajevi su dizajnirani za stvaranje, održavanje i kontrolu polimeriziranog mazivog filma u različitim radnim uvjetima, kao što su opterećenje, brzina, temperatura i mehanička deformacija.
U proizvodnom procesu, fiksni konusni ležaj i stepenasti ležaj stvaraju konvergentnu geometriju. Oblik je izgrađen na nosivoj površini i ostaje fiksiran tijekom rada.
Nagibni{0}}ležajevi rade drugačije. Svaka brtva se može prilagoditi tijekom uporabe. To omogućuje jastučiću da kontinuirano formira konvergentni klin koji zadovoljava trenutne radne uvjete. Kako se mijenja opterećenje, brzina i svojstva maziva, mijenja se i kut brtve.
U obje vrste ležajeva, film za podmazivanje odvaja površinu ležaja od rotirajućeg potisnog prstena tijekom normalnog hidrodinamičkog rada. Opterećenje se postiže pritiskom koji se stvara unutar filma za podmazivanje, a ne izravnim kontaktom između čvrstih površina. Film za podmazivanje obično je debeo samo nekoliko mikrometara do nekoliko desetaka mikrona, ovisno o uvjetima rada i dizajnu ležaja.
Reference
- Reynolds, O. (1886). "O teoriji podmazivanja i njezinoj primjeni na pokuse gospodina Beauchamp Towera, uključujući eksperimentalno određivanje viskoznosti maslinovog ulja."Philosophical Transactions of the Royal Society, tom. 177, str. 157–234.
- Michell, AGM (1905). "Die Schmierung ebener Flächen."Zeitschrift für Mathematik und Physik, tom. 52, str. 123–137.
- Rayleigh, Gospodine. (1918). "Bilješke o teoriji podmazivanja."Filozofski časopis, serija 6, vol. 35, br. 205, str. 1–12.
- Khonsari, MM i Booser, ER (2017).Primijenjena tribologija: Dizajn ležaja i podmazivanje, 2. izd. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hamrock, BJ, Schmid, SR i Jacobson, BO (2019).Osnove strojnih elemenata, 3. izd. Boca Raton: CRC Press.
- Stachowiak, GW i Batchelor, AW (2014).Inženjerska tribologija, 4. izd. Boston: Butterworth-Heinemann.
- Wilcock, DF & Booser, ER (1957).Dizajn i primjena ležaja. New York: McGraw-Hill.
- Ettles, CM (1980). "Analiza i izvedba ležajeva sa zakretnim klinovima s obzirom na toplinske i elastične učinke."ASME časopis za tehnologiju podmazivanja, tom. 102, br. 2, str. 182–192.
- Booser, ER i Khonsari, MM (2020).STLE životni faktori za klizne ležajeve. Park Ridge: Društvo tribologa i inženjera podmazivanja.
- Bair, S. & Winer, WO (1992). "Reologija tekućih maziva pri visokom-tlaku i visokom smičnom naprezanju."ASME časopis za tribologiju, tom. 114, br. 1, str. 1–13.
- Childs, DW (1993).Rotordinamika turbostrojeva: fenomeni, modeliranje i analiza. New York: John Wiley & Sons.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. (1992).ISO 3448:1992 - Industrijska tekuća maziva: ISO klasifikacija viskoznosti.Ženeva: ISO.
- Cameron, A. (1966).Načela podmazivanja. London: Longmans.
- Dowson, D. (1998).Povijest tribologije, 2. izd. London: Professional Engineering Publishing.
- Pinkus, O. i Sternlicht, B. (1961).Teorija hidrodinamičkog podmazivanja. New York: McGraw-Hill.