A Vedeliku kile tõukelaagerkandma aksiaalset koormust, mis on võlli teljega paralleelselt mõjuv jõud. See eraldab kaks pinda ülelaaditud määrdekilega. Kile on väga õhuke ja seda mõõdetakse tavaliselt mikronites. Sellegipoolest talub see mitme megapaskali survet. See töötab ilma veerevate elementide, magnetväljade või gaasi sissepritseta. Selle asemel tugineb see geomeetriale, suhtelisele liikumisele ja viskoossete vedelike käitumisele koonduvate pindade vahel. Et mõista, kuidas see toimib, on vaja uurida hüdrodünaamika põhiteooriat. Seejärel on teooria seotud tõukejõu laagri konstruktsiooni geomeetriliste omadustega.
Keskne probleem: miks tõukejõu koormus on geomeetriliselt raskem kui radiaalkoormus?
Tavalises radiaalkoormust toetavas tihvtilaagris liigub pöörlev võll ava sees loomulikult ekstsentrilisse asendisse. See ekstsentrilisus loob konvergentsi-koonduva-lahkneva tühimiku ümber ringi ümbermõõdu. Koonnev sektsioon tekitab hüdrodünaamilist survet, mis tõstab võlli laagriseinalt. Geomeetria areneb loomulikult. Isegi kui võll on täiesti silindriline ja auk on täiesti silindriline, põhjustab koormus ekstsentrilisust. Selle tulemusena muutub määrdevahe kiilukujuliseks{7}}.
Aksiaalne koormus loob hoopis teistsuguse olukorra. Ratas on võllil olev pöörlev tõukerõngas, mis on suunatud laagripadja poole ja ulatub kahel peaaegu paralleelsel tasapinnal. Kui kaks paralleelset pinda liiguvad üksteise suhtes, ei saa nad iseseisvalt hüdrodünaamilist rõhku tekitada. Määrdeaineid ei saa kokku suruda, sest vahe jääb kogu pinna ulatuses samaks. Vastupidi, vedelik voolab kõigis radiaalsetes suundades väljapoole, ilma survet suurendamata. Reynoldsi määrimisvõrrand, mis on välja töötatud Navier-Stokesi võrrandist õhukese kile lähenduses, teeb selle selgeks. Rõhk tekib ainult siis, kui on olemas koonduv vahe, mida nimetatakse kiiluliikmeks, või pilu kõrgus, mida nimetatakse pigistuskile terminiks ja mis aja jooksul muutub. Täiesti paralleelne ühtlase kiirusega liikuv pind ei rahulda kumbagi (Reynolds, Philosophical Transactions of the Royal Society, vol 177, 1886).
See on põhiline inseneriprobleem, mille vedelkile tõukelaager peab lahendama. See peab moodustama kahe pinna vahel koonduva kiilu ja jääma loomulikult paralleelseks aksiaalkoormuse all.
Reynoldsi võrrand: matemaatiline alus
Õhukese-kile Reynoldsi võrrandi konstantse viskoossusega kokkusurumatu vedeliku jaoks saab kirjutada järgmiselt:
Estracheit (h3 rada/ rada) + rada/ rada (h3 rada/ rada)=6U rada/ rada x + 12rada/ rada
Selles võrrandis on h kohaliku kile paksus sõltuvalt asukohast. p on hüdrodünaamiline rõhk. Energiamuundur on määrdeaine dünaamiline viskoossus. U on suhteline kiirus kahe pinna vahel. Jääk erinevus on kiirus, millega kile paksus aja jooksul muutub. Termin on oluline ainult siis, kui on olemas ekstrusioonmembraani efekt.
Võrrandi parem pool näitab kahte võimalust rõhu tekitamiseks.
Eripinte
Rõhk tekib siis, kui õhukese kile h paksus väheneb liikumissuunas. Teisisõnu, vahe peab vähenema. Tekkiv rõhk suureneb koos määrdeaine viskoossuse ja libisemiskiirusega. Kui viskoossus on null, kaob rõhk. Sama juhtuks ka siis, kui libisemiskiirus oleks null. Laagreid ei tohi mingil juhul hüdrodünaamiliselt mõjutada.
Kokkusurutud kile terminoloogia (energia muundamise efektiivsus)
Aja jooksul lüngad vähenevad ja võivad tekitada stressi. See juhtub isegi siis, kui pindade vahel puudub libisemine. See efekt on oluline kiiresti muutuvate lööklaagrite, mootori käivitamise tingimuste ja koormustega süsteemides. Konstantsel kiirusel töötavates tõukejõu laagrites on stabiilse töö korral see termin tavaliselt väga väike. See muutub aga väga oluliseks, kui insenerid uurivad laagrite stabiilsust erinevatel koormustel.
Praktiline idee on lihtne. Tõukelaager töötab h(x) funktsiooni juhtimisega, mis kirjeldab kile paksuse profiili. Jääk peab olema kavandatud liikuma negatiivses suunas. See tähendab, et määrdekile õheneb, kui voolutee läbib tihendi. Seetõttu keskendub tõukejõu laagrite disain koonduva kile loomisele ja hooldamisele tegelikes töötingimustes, nagu temperatuur, koormuse kõikumised, pöörlemiskiirus ja võlli nihe.
Kuidas luuakse koonduv kiil: kolm geomeetrilist lähenemist
1. Fikseeritud-geomeetriaga kitsenev-maapadjad
Lihtsaim meetod on laagripadja pindade töötlemine väikeste koonustega. See tähendab, et juhtjoone serv, millega pöörlev jooksja esimesena kokku puutub, on veidi sügavamal kui sabaserv. Koonuse nurk on väike. Tavaliselt vahemikus 0,5 kuni 2,0 milliradiaani. See tekitab tihendi pikkuses vaid mõne mikroni kõrguse erinevuse. Kui ratas läbib kitsenevat pinda, tõmbab see määrdeainet sügavamast piirkonnast madalamale. Selle tulemusena suurendab rõhk koonduvat piirkonda.
Terrassid on lihtsa disainiga ja madala hinnaga. Samuti ei vaja see laagrite sees liikuvaid osi. Sellel on aga oluline piirang. Optimaalsed koonusnurga muutused sõltuvad töötingimustest. Paksuse jaotust h (x) mõjutavad temperatuuri tõus, kulumine ja kiiruse muutus. Seetõttu võivad laagrid optimaalsetest töötingimustest erineda. Madala koormuse korral võib koonus olla liiga suur. Suure koormuse ja temperatuuri korral muudab soojuspaisumine tihendi kuju ja efektiivset koonuseprofiili ettearvamatul viisil (Khonsari & Booser, Applied Tribology, 2nd ed.., Cambridge University Press, 2017).
2. Kallutavad-padi (pöörd-padja) laagrid
Kallutava-padja kujunduse leiutasid Anthony Michell ja Kingsbury 20. sajandi alguses. Selle konstruktsiooni puhul saab iga padi veidi pöördepunkti ümber pöörata. Kui ratas läbib padja pinna, tõmbab see määrdeainet läbi pilu. Esiserv on jooksjast eemal ja tagumine serv jooksjale lähemal, kuna padjakest saab kallutada. See loob automaatselt koonduva kiilu. kiilunurk ja seejärel kohandada end töötingimustega.
Isereguleerimise{0}}protsess on lihtne. Kui ratas läheneb voodrile, tekib määrdekilesse rõhk. See rõhk tekitab pöördtelje ümber pöörlemisjõud. Tihend jätkab kallutamist, kuni jõud on tugipunkti toega tasakaalustatud. Sellises tasakaaluseisundis muutub kaldenurk täpseks väärtuseks, mis on vajalik koormuse toetamiseks määrdeaine praeguse kiiruse ja viskoossusega. Kui koormus suureneb, muutub kile õhemaks ja viskoossus suureneb. Seejärel kaldus tihend tasakaalu säilitamiseks rohkem. Kui kiirus suureneb, kile pakseneb ja padjad kalduvad vähem. Nii saab laagreid reguleerida automaatselt ilma välise juhtimiseta.
Kallutavaid-padi tõukelaagreid kasutatakse laialdaselt suure nõudlusega tööstusseadmetes. Näideteks on auruturbiinid, tsentrifugaalkompressorid, suured hüdroelektrigeneraatorid ja laevade tõukevõllid. Need on populaarsed, kuna kohanduvad automaatselt koormuse, kiiruse ja joonduse muutustega. See aitab vältida membraani purunemist ja otsest kontakti pindade vahel.
ka pöörde asukoht. Kui pöördepunkt on padja keskel või umbes 50% padja pikkusest esiservast, töötab laager kõige paremini pöörlemissuunas ja on pöördumatu. Seadmete puhul, mis peavad pöörlema mõlemas suunas, asetatakse pöörded tavaliselt umbes 60% voodri pikkusest. See paigutus vähendab maksimaalset kandevõimet eelistatud suunas, kuid tagab vastuvõetava jõudluse mõlemas pöörlemissuunas (Hamrock, Schmid & Jacobson, Mechanics Principles, 3. väljaanne, CRC Press, 2019).
3. Step-Profiil (Rayleigh Step) laagrid
1918. aastal näitas Lord Rayleigh, et parim filmi kontuurikoormus ei ole järkjärguline kitsenemine. Selle asemel on see astmeprofiil. Disainil on sissepääsu juures tasane sügav ots ja väljapääsu juures tasane madal ots, mis on eraldatud äkilise sammuga. Rayleighi samm tekitab rohkem survet kui sarnase suurusega lineaarsed koonused. Selle põhjuseks on asjaolu, et sisselaskepiirkonnas tekib rõhk ja see säilib etappidel, enne kui kile hakkab hajuma (Rayleigh, Notes on Lubrication Theory, Journal of Philosophy, 6. seeria, 35. köide, 1918).
Stepper-laagreid kasutatakse peamiselt seal, kus neid saab täpselt valmistada. Tavaliselt tehakse seda täppistöötlusega või pindade lamineerimisega soontega. Need laagrid ei sobi üldiselt kahesuunaliseks pöörlemiseks. Neid kasutatakse tavaliselt kiiretes-ja kerge{4}süsteemides, nagu güroskoobid ja täppisriistad. Rasketööstuslikes seadmetes ei ole need levinud, kuna soojuspaisumise ja mehaanilise deformatsiooni korral on raske säilitada nõutavat astmegeomeetriat.
Füüsikaline mehhanism üksikasjalikult: mis juhtub lähenevas filmis
Võrrandist lahkudes ja füüsikalist protsessi vaadates on lihtsam mõista, kuidas kiil survet tekitab.
Arvestage, et lamestatud kanali pind liigub kitseneval padjal kiirusega U. Kile paksus väheneb liikumissuunas h_inlet-lt h_outlet-ni. Määrdeaine siseneb sisselaskeava pilusse kitsenevasse ruumi. Vedelikke ei saa lihtsalt kokku suruda, et mahutada väiksemaid ruume, kuna enamikes tõukejõulaagrite rakendustes on vedelikud peaaegu kokkusurumatud. See kehtib tüüpiliste mineraalõlide kohta, mille rõhk on alla umbes 500 MPa (Bair & Winer, Journal of ASME Journal of Tribology, vol{7}}, 1992). Seetõttu peab sama kogus vedelikku läbima väiksematest vahedest.
Kile õhenemisel peab määrdeõli keskmine kiirus suurenema. Seda seetõttu, et sama mahuga vedelik peab läbima väiksema ristlõike ruumala.
Kile sees olev määrdeaine ei liigu kuskil sama kiirusega. Vedeliku kiirus varieerub sõltuvalt kile paksusest. Statsionaarsel padjapinnal on see null ja liikuval jooksupinnal U. Seetõttu tuleb kile sees olevat rõhku reguleerida, et vool oleks vastavuses pidevuse nõuetega.
Kile koonduvas osas suureneb rõhk piki liikumissuunda. See aitab kontrollida vedeliku voolu ja takistab määrdeaine liiga kiiresti piirkonnast lahkumist. Kui on hajutustsoon, siis rõhk langeb. Seetõttu moodustub kile polümerisatsioonisegmendis rõhupiik. Seda rõhujaotust nimetatakse tavaliselt rõhumäeks. Kui rõhk integreerub padja piirkonnas, tekib koormuse toetamiseks vajalik jõud.
Survemägi toetab jooksjaid. Õhuke määrdeõli kile eraldab jooksja vooderdist. Hästi-konstrueeritud tööstuslikes tõukejõulaagrites on minimaalne kihi paksus h_min tavaliselt 5–50 mikronit. Kitseneva{7}}pinnakujunduse korral on see minimaalne paksus tavaliselt sabaserva lähedal (Wilcock & Booser, Bearing Design and Applications, McGraw{8}}Hill, 1957).
Rotaatorid ja tihendid ei tohiks tavakasutuse ajal üksteist puudutada. Õhuke vedelikukiht eraldab need. Kõrgeima rõhu korral talub see määrdekile rohkem survepingeid kui paljud konstruktsiooniterased.
Temperatuur ja viskoossus: tagasiside ahel
Energia muundamise efektiivsus, energia muundamise tõhusus, ilmneb otse Reynoldsi võrrandi kahes osas. Seetõttu toimub laagris väga oluline tagasisideprotsess. Määrdeaine tekitab survet ja seega ka kandevõimet, olenevalt viskoossusest. Samal ajal tekitab hõõrdumine määrdeaine sees soojust, mis vähendab määrdeaine viskoossust.
Laagrite temperatuuri tõustes muutub õli õhemaks. Sama kiiruse ja geomeetriaga tekitab õhem õli vähem survet. Kui koormus jääb samaks, peab määrdekile olema õhem, et koormust toetada. Mida õhem kile, seda suurem on nihkekiirus määrdeaine sees. See tekitab rohkem hõõrdesoojust, mis vähendab veelgi viskoossust. Siis tsükkel jätkub. Kui seda protsessi ei kontrollita, võib see põhjustada termilist ebastabiilsust ja laagrite riket.
Soojuse tekkekiirust viskoossest nihkest tõukelaagri kiles saab hinnata järgmiselt:
Q_hõõrdumine=η (U/h)² × A_pad × h
kus A_pad on padja ala.
Seda võrrandit saab lihtsustada järgmiselt:
Q_hõõrdumine=ηU²A_pad/h
See vorm näitab, et hõõrdesoojus on pöördvõrdeline kile paksusega. Kui kile õheneb, suureneb tekkiv soojus kiiresti.
Selle kuumuse eemaldamiseks laagritest on mitu võimalust. Kuumus võib tungida laagrikorpusesse läbi padjamaterjali. Kuumus võib määrdeainet ka tagumise serva kilelt eemaldada. Lisaks võib kuumus vurr kaudu võlli siseneda.
Soojuse teke ja soojuse eemaldamine on tasakaalustatud mõistliku disainiga laagrites. Sel hetkel on määrdeaine temperatuur stabiilne ja õli säilitab piisavalt viskoossust, et koormust toetada.
Temperatuuri reguleerimiseks on eriti olulised kaks tegurit. Esimene on padjamaterjali soojusjuhtivus. Teine on määrdeaine vool läbi laagri. Vasest ja vase{3}}sulamist tihendid edastavad soojust tõhusamalt kui teraspadjad. Seetõttu töötavad need samade koormuse ja kiiruse tingimustes tavaliselt madalamatel membraanitemperatuuridel.
Määrimismeetod mõjutab ka temperatuuri. Üleujutatud määrimine annab laagriõõnde palju õli ja eemaldab rohkem kuumust. Suunatud-määrimine suunab õli peamiselt iga tihendi esiserva ja nõuab tavaliselt vähem õli. Siiski võivad üleujutussüsteemid põhjustada suuremaid segamiskadusid suurtes kiiretes{4}}masinates (Etz, Journal of ASME Tribology, vol 102, 1980).
Kile minimaalne paksus ja kandevõime: tööpunkti projekteerimine
Kile minimaalne paksus, h_min, on vedelkile tõukelaagri kõige olulisem tööparameeter. See näitab, kas laager töötab ohutult hüdrodünaamilisel määrimisrežiimil või liigub sega- või piirimäärimise suunas, kus võib alata pinnakontakt.
Kile minimaalse paksuse ja töötingimuste vahelist seost väljendatakse sageli tõukejõu-kandva tunnusnumbriga:
h_min / L ∝ √ (ηUL / W)
Selles võrrandis on L padja pikkus liikumissuunas ja W on rakendatud tõukejõu koormus.
See seos näitab, kuidas erinevad töötegurid mõjutavad kile paksust.
Suurenda kiirust U
Pöörete tõustes määrdekile pakseneb. See on tavaliselt kasulik, kuna see parandab pinna eraldamist. Suuremad kiirused võivad aga suurendada ka kleepuvat kuumenemist, mis võib põhjustada kuumaprobleeme.
Suurenda viskoossust η
Viskoossuse suurenemisel määrdekile pakseneb. See suurendab kandevõimet. Kuid kõrgem viskoossus, seda suurem on segamiskadu ja kõrgem töötemperatuur.
Vähendage koormust W
Koormuse vähenemisel määrdekile pakseneb. See on kõige otsesem viis kile paksuse suurendamiseks.
Vähendage padja pikkust L
Padja pikkuse mõju on keeruline. Lühemad padjad võivad suurendada kile paksuse gradienti. See võib suurendada survet pindalaühiku kohta. Lühemad padjad pakuvad aga ka väiksemat tugipinda, mille tulemuseks on väiksem üldine kandevõime.
Enamikus tööstuslikes rakendustes on kile minimaalne paksus vahemikus 15 kuni 50 mikronit, mis tagab piisava kaitse pinnakontakti eest. See vahemik võtab arvesse pinna karedust, dünaamilisi töötingimusi ja määrdeainete saastumist. Täppislaagrite pinnakaredus jääb tavaliselt vahemikku 0,2–0,8 mikromeetrit.
Kui kihi minimaalne paksus on alla 10 mikroni, võivad laagrid minna segamäärimisrežiimile. Sellises seisundis võib pindade vahel tekkida kontakt. Seetõttu peavad insenerid pöörama suurt tähelepanu pinnaviimistlusele, saastumise kontrollile ning sisse- ja väljalülitusprotseduuridele (Booser & Khonsari, STLE Life Factors for Plain Bearings, Society of Tribologists and Lubrication Engineers, 2020). määrdeinsenerid, 2020).
Käivitamine ja seiskamine: vältimatu sega{0}}määrimisperiood
Iga hüdrodünaamiline tõukejõu laager, olenemata sellest, kui hästi projekteeritud, allutatakse käivitamisel ja sulgemisel segamäärdele või piirmäärdele. Kui telg on paigal, on kiirus U Reynoldsi võrrandis null. Seetõttu ei saa hüdrodünaamilist rõhku tekitada. Kogu tõukejõu koormust toetab otseselt padja pind.
Telje pöörlemisel moodustub määrdekile järk-järgult. Laagreid määritakse esmalt piiril, kus pind on eraldatud väga õhukese määrdeainekihiga. Kiiruse kasvades läheb laager segamäärdeainesse. Selles etapis kannab osa koormust määrdekile, samas kui osa pinna ebapuhtustest jääb kontakti. Kiiruse edasisel suurenemisel moodustub terviklik hüdrodünaamiline membraan. Sel hetkel eraldab määrdekile pinna täielikult.
Kiirust, millega täielik eraldumine toimub, nimetatakse üleminekukiiruseks. See kiirus sõltub koormusest, määrdeaine viskoossusest ja pinnaviimistlusest. Hästi kujundatud, pinnakvaliteediga ja hästi-määritud tööstuslike laagrite puhul on üleminekukiirus tavaliselt 0,5–5% normaalsest töökiirusest (Stachowiak & Batchelor, Engineering Tribology, 4. väljaanne, Butterworth-Heinemann, 2014).
Üleminekukiirusest madalamal oli siiski mingi pinnakontakt. Vahepeal võib esineda kulumist. Kui laager läbib mitu käivitus- ja seiskamistsüklit, kahjustab see kulumine järk-järgult tõhusaks hüdrodünaamiliseks tööks vajalikku täpset pinnaviimistlust.
Sel põhjusel kasutavad paljud suured turbiinid ja kompressorid hüdrostaatilisi tõsteõlisüsteeme. Need süsteemid süstivad kõrgsurveõli, tavaliselt vahemikus 20–70 MPa, läbi laagris olevate aukude enne, kui võll hakkab pöörlema. Surve all olev õli eraldab pinna, et vältida otsest kokkupuudet käivitamisel{4}}.
Kui võll saavutab stabiilse hüdrodünaamilise kile tekitamiseks piisavalt suure kiiruse, suletakse ülemine õlivarustus. Seejärel töötavad laagrid oma hüdrodünaamiliselt genereeritud määrdekile abil. See meetod suurendab seadmekulusid ja nõuab täiendavat pumpamisvõimsust, kuid sagedaste käivitus- ja sulgemistsüklitega rakendustes võib see oluliselt pikendada laagri kasutusiga.
Peamised disainimuutujad ja nende mõju laagrite jõudlusele
Järgmised muutujad on vedelikukile tõukelaagri peamised konstruktsioonitegurid.
Padja kaare nurk (ümbermõõdu laius)
padikaar annab padjapinna. Seetõttu suudab iga tihend taluda suuremat koormust. Suuremad padjad toodavad aga ka rohkem soojust. Mitme -vooderdise tõukejõu laagrite puhul on padja kaare nurk tavaliselt vahemikus 25 kuni 60 kraadi.
Padjade arv
Rohkemate tihendite kasutamine võib parandada koormuse jaotust ja vähendada maksimaalset rõhku igale tihendile. Ent rohkem tihendeid tähendab ka rohkem pöördeid, suuremat temperatuurimuutust, laagreid ja suuremat valmistamise keerukust. Enamikus tööstuslikes tõukejõu laagrites kasutatakse 6-12 padjakest.
Pöördeasend (kallutatud{0}}padja kujundus)
pöördeasendil on jõudlusele suur mõju. Pöörd, mis asub 50% voodri pikkusest, tagab optimaalse jõudluse pöörlemissuunas. Pöörd, mis asub 60% tihendi pikkusest, vähendab veidi tippjõudlust, kuid võimaldab vastuvõetavat tööd mõlemas pöörlemissuunas.
Padja materjal
Padja materjali valik mõjutab soojusülekannet ja vastupidavust. Teraspadjad on jäigad ja säilitavad kasutamise ajal hästi teraspatjade kuju. Vasesulamist tihendid juhivad soojust tõhusamalt ja aitavad vähendada määrdeõli temperatuuri.
Paljud laagripadjad kasutavad ka Babbit{0}}kattega laagripinda. Babbitt, mis võib olla tina- või pliipõhine, kohandub väikeste pinna ebatasasustega ja neelab väikseid saasteosakesi. See parandab laagrite töökindlust. Babbitti kihi väsimustugevus piirab maksimaalset töörõhku. Tavalised babbitt-materjalid taluvad tavaliselt umbes 10–15 MPa rõhku. Kõrged-tina- ja alumiinium-põhised kattematerjalid taluvad tavaliselt survet vahemikus 18–25 MPa (Khonsari & Booser, 2017).
Määrdeaine viskoossusaste
Määrdeaine viskoossus mõjutab oluliselt laagrite jõudlust. Suurema viskoossusega õli talub suuremat koormust madalamal kiirusel. Kuid nad toodavad ka suurel kiirusel rohkem soojust.
ISO VG 32 kuni ISO VG 68 mineraalõlisid kasutatakse tavaliselt turbomasinate rakendustes. Aeglasemates ja raskemates tööstusseadmetes, nagu käigukastid ja kompressorid, kasutatakse tavaliselt ISO ISO VG 100 kuni ISO VG 320 õlisid (ISO 3448:1992, ISO viskoossuse klassifikatsiooni tööstuslikud vedelad määrdeained).
Tööstuslikud vedelad määrdeained - ISO viskoossuse klassifikatsioon).
Radiaalsed mõõtmed (sisemine ja välimine raadius)
Sise- ja välisraadiused mõjutavad laagrite tööomadusi. Keskmine raadius määrab antud võlli kiiruse libisemiskiiruse.
Mida suurem on välimise ja sisemise raadiuse suhe, seda suurem on padja pindala. See võib suurendada kandevõimet. Kuid see tekitab ka suurema erinevuse libisemiskiiruses üle padja laiuse. Selle tulemusena muutub rõhu jaotus ebaühtlaseks ja tegelik kandevõime võib olla madalam kui see, mida näitab ainult padja pindala.
Rikkerežiimid ja nende seos tööpõhimõttega
Tõukejõu laagri tööpõhimõtete mõistmine muudab selle rikkerežiimide mõistmise lihtsamaks.
Filmi kokkuvarisemine (määrdeainete nälgimine)
Kui määrdeõli juurdevool on liiga madal, muutub esiserva õlikile õhemaks. Selle tulemusena ei arene hüdrodünaamiline kiil normaalselt. Seejärel vähendati minimaalset kile paksust, võib-olla alla täieliku -kile määrimiseks vajaliku taseme. Kui see juhtub, läheb laager segamäärimisrežiimile.
Pinnakontakti tekkimisel hakkavad helbed või katted maha kuluma. See kontakt tekitab rohkem hõõrdumist ja kuumust. Mida kõrgem temperatuur, seda madalam on määrdeaine viskoossus, mis muudab kile õhemaks. Seejärel protsess jätkub, mis võib viia soojuskadu ja laagri rikkeni (Booser & Khonsari, 2020).
Termiline moonutus (kroonimine)
Temperatuur padja pinnal ei ole alati ühtlane. Kui mõned alad on kuumemad kui teised, laienevad tihendi erinevad osad erineval määral. See muudab padja pinna kuju ja võib muuta eeldatavat koonust või lamedat profiili.
Kallutatud-padjalaagrite korral võib termiline kroonimine nihutada efektiivse rõhukeskuse pöördekohast eemale. See muudab tihendile mõjuvate jõudude tasakaalu ja võib vähendada kile minimaalset paksust ohtlikule tasemele.
Seetõttu on termilise deformatsiooni analüüs{0}}suure jõudlusega tõukejõulaagrite konstruktsiooni oluline osa. Insenerid kasutavad temperatuuri ja struktuurse deformatsiooni koosmõju uurimiseks sageli lõplike elementide analüüsi (Ettles, 1980).
Serva laadimine (vale joondamine)
Võlli vale joondamine või laagrikorpuse deformatsioon võib põhjustada tõukejõu krae kaldumist laagripatjade suhtes. Kui see juhtub, koondub koormus ühele servale, mitte ei hajutatakse padja pinnale.
Seda tingimust nimetatakse serva laadimiseks. See võib lisada palju kohalikku survet. Mõnel juhul võib rõhk koorma servale olla kolm kuni viis korda suurem kui keskmine rõhk kogu padjale. Seetõttu võib Babbiti kiht ületada oma väsimuspiiri isegi siis, kui kogu laagrikoormus jääb konstruktsiooni spetsifikatsiooni piiresse.
Pöörlemise ebastabiilsus (kallutavad{0}}padjalaagrid)
Suure kiirusega ja väikese koormusega kallutatud padja tõukelaagrite korral ei pruugi padi ühes asendis olla stabiilne. Selle asemel saab padjandeid edasi-tagasi kallutada.
Seda käitumist nimetatakse pöördeliseks ebastabiilsuseks. See sarnaneb õlipöörisega laagrilaagrites. Ebastabiilsus tekitab vibratsiooni, mille sagedus on väiksem kui telje kiirus.
Selle probleemi võimalus sõltub pöördetoe tekitatud jäikuse ja määrdekile hüdrodünaamiliste jõudude tekitatud jäikuse vahelisest suhtest. Kui tasakaal muutub ebasoodsaks, muutub stabiilse toimimise säilitamine keeruliseks (Childs, Turbomachinery Rotordynamics, Wiley, 1993).
Järeldus
Vedelkile tõukelaagrite tööpõhimõte põhineb lihtsal füüsikalisel faktil. Kui kaks pinda liiguvad üksteise suhtes, tekitab koonduvas pilus olev viskoosne vedelik survet. See rõhk tekib hüdrodünaamilise toime tõttu ja see ei vaja väliseid rõhuallikaid. Sel põhjusel on tõukejõu laagrid ette nähtud polümeriseeritud määrdekile loomiseks, hooldamiseks ja juhtimiseks erinevates töötingimustes, nagu koormus, kiirus, temperatuur ja mehaaniline deformatsioon.
Tootmisprotsessis loovad fikseeritud koonuslaager ja astmelaager koonduva geomeetria. Kuju on ehitatud kandepinnale ja jääb töötamise ajal fikseerituks.
Kallutatud-padjalaagrid töötavad erinevalt. Iga tihendit saab kasutamise ajal reguleerida. See võimaldab padjal pidevalt moodustada koonduvat kiilu, mis vastab praegustele töötingimustele. Koormuse, kiiruse ja määrdeaine omaduste muutudes muutub ka tihendi nurk.
Mõlemat tüüpi laagrite puhul eraldab määrdekile normaalse hüdrodünaamilise töö käigus laagripinna pöörlevast tõukejõu kraest. Koormus saavutatakse pigem määrdekile tekitatava rõhu kui tahkete pindade vahelise otsese kokkupuutega. Määrdekile on tavaliselt vaid mõne mikromeetri kuni mõnekümne mikroni paksune, olenevalt töötingimustest ja laagri konstruktsioonist.
Viited
- Reynolds, O. (1886). "Määrdeteooriast ja selle rakendamisest hr Beauchamp Toweri katsetes, sealhulgas oliiviõli viskoossuse eksperimentaalses määramises."Kuningliku Seltsi filosoofilised tehingud, kd. 177, lk. 157–234.
- Michell, AGM (1905). "Die Schmierung ebener Flächen."Zeitschrift für Mathematik und Physik, kd. 52, lk. 123–137.
- Rayleigh, isand. (1918). "Märkused määrimise teooria kohta."Filosoofiline ajakiri, 6. seeria, kd. 35, nr. 205, lk. 1–12.
- Khonsari, MM ja Booser, ER (2017).Rakenduslik triboloogia: laagrite disain ja määrimine, 2. väljaanne. Cambridge: Cambridge University Press.
- Hamrock, BJ, Schmid, SR ja Jacobson, BO (2019).Masinaelementide põhialused, 3. väljaanne Boca Raton: CRC Press.
- Stachowiak, GW ja Batchelor, AW (2014).Inseneri triboloogia, 4. väljaanne. Boston: Butterworth-Heinemann.
- Wilcock, DF & Booser, ER (1957).Laagrite disain ja kasutamine. New York: McGraw-Hill.
- Ettles, CM (1980). "Pöördpadja laagrite analüüs ja jõudlus, võttes arvesse termilisi ja elastseid mõjusid."ASME määrdetehnoloogia ajakiri, vol. 102, nr. 2, lk. 182–192.
- Booser, ER ja Khonsari, MM (2020).STLE liugelaagrite elueategurid. Park Ridge: Triboloogide ja määrdeinseneride selts.
- Bair, S. & Winer, WO (1992). "Vedelate määrdeainete kõrgsurve ja kõrge nihkepinge reoloogia."ASME triboloogia ajakiri, vol. 114, nr. 1, lk. 1–13.
- Childs, DW (1993).Turbomasinate rootordünaamika: nähtused, modelleerimine ja analüüs. New York: John Wiley & Sons.
- Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon. (1992).ISO 3448:1992 - Tööstuslikud vedelad määrdeained: ISO viskoossuse klassifikatsioon.Genf: ISO.
- Cameron, A. (1966).Määrimise põhimõtted. London: Longmans.
- Dowson, D. (1998).Triboloogia ajalugu, 2. väljaanne. London: Professional Engineering Publishing.
- Pinkus, O. & Sternlicht, B. (1961).Hüdrodünaamilise määrimise teooria. New York: McGraw-Hill.