Mis on koonuse{0}}koormus-kandepõhimõte?

AKoonus{0}}maa tõukelaageron teatud tüüpi fikseeritud geomeetriaga hüdrodünaamiline tõukelaager. Sellel pole pööret, automaatset reguleerimispadja ega automaatset kalde reguleerimist. Laager kannab aksiaalset koormust, kasutades otse laagripinna külge töödeldud kiilu sisselaskeala.

Laagri survevõime tuleneb sellest kiilukujust. Kui pöörlev pind liigutab määrdeainet kitsasse pilusse, tekib õlikile sees rõhk. See rõhk toetab aksiaalset koormust ja hoiab pinna töötamise ajal eraldi.

Kuna laagrid sõltuvad täielikult selle töödeldud geomeetriast, tuleb koonuste mõõtmeid hoolikalt kontrollida. Väiksed muutused koonuse nurgas, kile paksuses või pinna kujus võivad mõjutada rõhu teket ja laagrite jõudlust.

Selleks, et mõista, kuidas koonilised tõukejõu laagrid töötavad, on vaja uurida määrdekihis tekkiva rõhu hüdrodünaamikat, mitte lihtsalt vaadelda laagreid kui teatud kindla koormusega komponente.

Põhimehhanism: hüdrodünaamiline rõhk koonduvast kiilust

Igal hüdrodünaamilise vedeliku kile laagril, sealhulgas tihvti laagritel, kallutatava tõukejõu laagril ja koonuspinnaga tõukelaagril, on sama kandevõime kui Osborne Reynoldsi 1886. aastal kirjeldatud füüsikalistel efektidel. Kui viskoosne vedelik tõmmatakse kahe pinna liikumisel läbi kitsa pilu, suureneb rõhk vedeliku membraanis. See rõhk, kui see levib laagrialale, toetab koormust ilma metalli---kontaktita.

Koonuses{0}}maa tõukelaagris tehakse see vahe vähenemine pigem geomeetria fikseerimise kui liigutamise või reguleerimise teel. Igal laagrirõnga tihendil on pöörlemissuunas kaks peamist ala.

Kitsenev tsoon (sisselaskeava): pind on raja suhtes väikese nurga all. See tekitab tühimiku, mis kitseneb, kui õli pööratakse sissepoole. Suur osa hüdrodünaamilisest rõhust tekib selles piirkonnas.

Tasane (väljalaskeava): rajaga paralleelne pind. See piirkond säilitab rõhu pärast selle tootmist ja õli väljub padja sabaservast äravoolusoonde.

Tasapinnalise maa pikkuse ja padjandi kogupikkuse suhe on üldiselt 0,60–0,70. Kui tasane maapind on liiga lühike, ei ole seal piisavalt pinda, et sellest tulenevale survele vastu pidada. Kui võtate liiga kaua aega, on kitsenev tsoon liiga väike ja rõhk ei suurene tõhusalt.

Koonuse geomeetria puhul rakendatud Reynoldsi võrrand

Reynoldsi võrrandi ühemõõtmeline vorm kokkusurumatu, konstantse-viskoossusega kile püsitingimustes on:

d/dx (h³ dp/dx)=6 μ U dh/dx

Selles võrrandis on h lokaalne kile paksus, p on rõhk, mu on dünaamiline viskoossus, U on suhteline pinnakiirus, x on liikumissuuna koordinaadid.

Lineaarsete kooniliste sisselaskeavade korral väheneb h (x) konstantse kiirusega, alates sisselaskemembraani paksusest h1 kuni minimaalse membraani h2ni koonuse{2}}maa ristmikul. Rõhugradient dp/dx sõltub nii μU-st kui ka dh/dx-st. Sellel on järgmised otsesed tagajärjed:

• Suurem kiirus suurendab kile survet ja suurendab kandevõimet, kui kile paksus on sama.

• Suurem viskoossus annab sama efekti kui suurem kiirus.

• Järsem koonus ei paranda alati jõudlust. Kui koonuse nurk muutub liiga suureks, tõuseb rõhk sisselaskeavale liiga lähedale ja üldine rõhu jaotus muutub ebaühtlaseks. See vähendab kogu kandevõimet.

Maksimaalse kandevõime h1/h2 optimaalne koonuse suhe on laminaarse voolu ja konstantse -viskoossuse tingimustes umbes 2,2. See tähendab, et sisselaskekile paksus on umbes 2,2 korda paksem kui minimaalne kile. Täpsemalt, kui kile minimaalne paksus on 15–25 μm, on sisselaskeava astme kõrgus ligikaudu 33–55 mikronit. See on fikseeritud mehaaniline funktsioon, mitte midagi, mis töö käigus muutub.

Geomeetria vs. kohanduv kallutus: mille poolest erineb koonus-maa kallutamisest{2}}

Peamine alternatiiv koonilisele maanduskonstruktsioonile on tiltpadi (Michell/Kingsbury) tõukelaager. Selles konstruktsioonis on iga padi kinnitatud pöördele. Tihendit saab kallutada ja kallutada vastavalt töötingimustele ja jooksja liikumisele.

See isereguleeruv{0}}liikumine võimaldab tihendil töö ajal leida kõige optimaalseima nurga. See aitab laagritel moodustada stabiilse õlikile erinevatel kiirustel ja koormustel.

Kahe konstruktsiooni erinevus peegeldab nii kooniliste maanduslaagrite eeliseid kui ka piiranguid:

Fikseeritud koonus viitab koonuse{0}}maa tõukelaagri kõrgeimale efektiivsusele kavandatud tööpunktis. Kuna kiirus on kavandatust palju väiksem, siis hüdrodünaamiline kile õheneb ja laagrid määritakse allpool kirjeldatud -segamäärde-ülemineku piiri lähedal.

Kandevõime, kiirus ja Sommerfeldi arv

Kitseneva{0}}maa tõukepadja kaalude kandevõime kooslaagri number(mida mõnikord nimetatakse ka Sommerfeldi numbriks tõukelaagrite jaoks), määratletud järgmiselt:

S=μNP(Rc)2S=PμN​(cR​)2

kusNon pöörlemiskiirus (pööre/s),Pon laagri keskmine rõhk (koormus ÷ projekteeritud ala),Ron iseloomulik raadius jacon võrdluskliirens seotudh₂. Antud geomeetria korral on kandevõime ligikaudu võrdelineμNU- tähendab, et kandevõime skaala lineaarselt kiirusega.

Praktilised kandevõime vahemikud kitsenevate{0}}maa tõukepatjade jaoks tööstuses (Boyd ja Rowe, 1982; Wilcock ja Booser, 1957):

Kui ületate piirmäära, kuid ei suurenda viskoossust ega kiirust sama palju, vajub kile kokku ja saate piirmääre. Kui minna alla minimaalse kiiruse, on laager koormuse jaoks liiga suur. See tekitab teistsuguse probleemi: õli ei liigu sisse ega pühi koonustsooni piisavalt ühtlaselt, mistõttu temperatuur ei jaotu ühtlaselt padja laiuses.

Soone geomeetria ja soojusjuhtimine

Iga kitsenev{0}}aluspadi on järgmisest eraldatud ümbermõõdulise äravoolusoonega. Soonel on kaks ülesannet: see eemaldab kuuma õli ühe padja tagumisest servast ja annab jaheda sisselaskeõli järgmise padja eesmisele koonusele. See õlivahetus on peamine viis soojuse juhtimiseks kitseneva-maakujunduse korral. Kuna koonuslaagritel-ei ole suunatud määrimist nagu kallutatavatel-padjalaagritel, seega sõltuvad need soone turbulentsist, et segada kuuma ja külma õli enne, kui see järgmisse koonusse läheb.

Soone laius on tavaliselt 15–25% kogu padja sammust. Kitsamad sooned muudavad patjade vahe väiksemaks, nii et need kasutavad ruumi paremini. Kuid need kahjustavad ka õli segamist ja suurendavad ülekannet-temperatuuri. Ülekandetemperatuur-on koonusse mineva õli temperatuur võrreldes pealevoolu temperatuuriga. Ettles (1969) näitas, et üle 50 m/s jooksva pinnakiirusega üle 50 m/s joostes võib ülekandefraktsioon põhjustada 40–70% kile temperatuuri tõusu kitseneva pinnakujundusega{12}}. Seega vähendab see oluliselt efektiivset viskoossust ja seejärel kandevõimet.

Suurtel perifeersetel kiirustel üle 60 m/s muutub koormuse asemel peamiseks disainipiiranguks viskoosne kuumutamine. Õli juurdevoolu temperatuur peab ISO VG 32-46 turbiiniõli puhul tavaliselt jääma 40–49 kraadi juurde. Selle eesmärk on hoida kile tipptemperatuuri alla 95–100 kraadi. See temperatuur on punkt, kus õlilisandi pakendi termiline kahjustus kiireneb.

Madala-kiiruse ja käivitus-peatusvea mehhanism

Koonilise pinnase konstruktsiooni suurim piirang on see, kuidas see töötab käivitamisel, sulgemisel ja madalatel kiirustel sõitmisel. Kuna hüdrodünaamiline kile rõhk sõltub kiirusest, võib laagri keskmine rõhk 2,0 MPa normaalkiirusel olla ainult 20% 0,3–0,5 MPa. Kui rakendatav tõukejõukoormus on suurem kui see väiksem membraani läbilaskevõime, on minimaalne kilepaksus väiksem kui pinnakareduse summa – tavaliselt 0,5–1,5 μm Ra maapinnaga laagrirataste puhul – ja tekib asperity kontakt.

Korduvad käivitus- ja seiskamistsüklid koormuse all põhjustavad tasasel pinnal stabiilset kulumist, mis on korvamatu. Erinevalt kallutusaluse laagritest, kus väike kulumine pöördepunktis võib siiski padja tagasi ajada, vähendab koonilise põranda tasase ala kulumine otseselt surveala ja kiirendab seejärel rohkem kahju. ASTM D-4998 nelja-kuuli kulumise testi kasutatakse tavaliselt õli kulumisvastaste lisandite toimivuse uurimiseks- segamäärimistingimustes käivitus- ja seiskamistingimustes. Selle põhjuseks on asjaolu, et õli äärmusliku rõhuga lisandid pakuvad ainsat koormust, kui hüdrodünaamiline kile pole veel moodustunud.

Masinate puhul, mis käivituvad sageli koormuse all,{0}}nagu mootorpumbad, mis töötavad mitu korda vahetuses-, tuleks kaaluda kallutuspatjade võimalust. Teise võimalusena peaks koonilise pinnase spetsifikatsioon sisaldama hüdrostaatilist tõstesüsteemi, mis surub õli väljastpoolt kile sisse madalatel kiirustel.

Praktilise rakenduse kokkuvõte

Ridade tõukejõulaagrite laagrikontseptsioon on peamiselt kehastatud järgmises kolmes aspektis:

1.Konvergentne kiilukuju-Lõigatud koonuse sisselaskeava h1/h2 kaare 2,2 juures, nii et see tekitab hüdrodünaamilise rõhu Reynoldsi mehhanismi kaudu.

2. Tasapinnaline maandus -60–70 protsenti tihendi pikkusest annab rõhu all oleva ala aksiaalse koormuse kandmiseks.

3. Tühjendusrenn-See tagab järgmise koonuse jaoks jahedama õli ja peatab termilise lagunemise membraani viskoossuse.

Ühtegi kolmest parameetrist ei saa iseenesest muuta, kuna iga parameetri muudatus mõjutab kõiki kolme jõudlusväärtust: kandevõime, kile temperatuur ja kile minimaalne paksus. Seetõttu peaksid insenerid konkreetse masina jaoks koonilise maandusseadme valimisel alustama laagri keskmisest rõhust normaalkiirusel. Seejärel peaksid nad kontrollima, et sobiv Sommerfeldi number paneks laagri täismembraani olekusse. Seejärel peaksid nad kinnitama, et käivitus-seiskamissagedus ja määrdesüsteemi toitetemperatuur töötavad fikseeritud geomeetrilistes piirides. Selle põhjuseks on asjaolu, et erinevalt pöördepadja konstruktsioonist ei saa koonilised maanduslaagrid oma disaini töötingimusi parandada.

Viited

• Reynolds, O. (1886). Määrimise teooriast ja selle rakendamisest hr Beauchamp Toweri katsetes, sealhulgas oliiviõli viskoossuse eksperimentaalses määramises.Londoni Kuningliku Seltsi filosoofilised tehingud, 177, 157–234.
• Boyd, J. ja Rowe, WB (1982).Triboloogia: põhimõtted ja disainirakendused. Macmillan Press.
• Wilcock, DF ja Booser, ER (1957).Laagrite disain ja kasutamine. McGraw-Hill.
• Ettles, CMM (1969). Kuuma õli{5}}kandumine tõukelaagritesse.Mehaanikainseneride Instituudi toimetised, 184(12), 75–81.
• Hamrock, BJ, Schmid, SR ja Jacobson, BO (2004).Vedelkilega määrimise alused(2. väljaanne). Marcel Dekker.
• Frêne, J., Nicolas, D., Degueurce, B., Berthe, D. ja Godet, M. (1997).Hüdrodünaamiline määrimine: laagrid ja tõukejõu laagrid. Elsevier.
• Khonsari, MM ja Booser, ER (2008).Rakenduslik triboloogia: laagrite disain ja määrimine(2. väljaanne). Wiley.
• Szeri, AZ (2011).Vedelkile määrimine(2. väljaanne). Cambridge University Press.
• ASTM D4998-22.Standardne katsemeetod traktorite hüdraulikavedelike kulumisomaduste hindamiseks. ASTM International.
• ISO 12168-1:2001.Liugelaagrid - Staatiline koormus-hüdrodünaamiliste tõukejõu krae laagrite kandevõime ilma kallutuspatjadeta. ISO.
• Stachowiak, GW ja Batchelor, AW (2014).Inseneri triboloogia(4. väljaanne). Butterworth-Heinemann.