Spirálové drážkové ložisko - Spiral groove bearing - Wikipedia

Spirálová drážková ložiska (také známý jako Pušková ložiska) jsou samočinné (deník a tah), nebo hydrodynamická ložiska používá se ke snížení tření a opotřebení bez použití maziv pod tlakem. Tuto schopnost mají díky zvláštním vzorům drážek. Spirálová ložiska jsou samočinná, protože jejich vlastní otáčení vytváří tlak potřebný k oddělení ložiskových ploch. Z tohoto důvodu jsou to také bezkontaktní ložiska.

Příklady spirálových ložisek s čepem a axiálním tvarem.

Úkon

Axiální ložiska se spirálovými drážkami vytvářejí požadovaný tlak, který udržuje mazané ložiskové povrchy a odděluje je čistě prostřednictvím čerpacího účinku drážek, zatímco čepové, kuželové a kulové formy také vytvářejí zvláštní tlak vyvíjený hydrodynamické ložisko klínová akce. Když se části ložisek vzájemně otáčejí, drážky tlačí mazivo skrz ložisko mezi povrchy, což způsobuje celkový nárůst tlaku.

Pohyb povrchů pak způsobí, že tekutina proudí přes drážky a vytvoří se tlakové zvlnění, kolmé ke směru pohybu. Mezi povrchem ložisek a kapalinou dochází ke zvýšení čistého tlaku, protože tento tok je omezen a kluzné ložisko řez nebo jiná sada drážek vytvářejících nárůst tlaku, který působí proti nárůstu tlaku vytvořeného první sadou drážek (vzor rybí kosti). Při dostatečné rychlosti vytvářejí vnitřní tlaky dostatečnou sílu, aby unesly aplikované zatížení, a nosné plochy jsou zcela odděleny. Je to tlak působící kolmo na směr pohybu, který podporuje zatížení ložiska.

Jako mazivo lze použít většinu plynů nebo kapalin, včetně chladiv, tekutých kovů, olejů, tuků,[1] voda nebo vzduch.[2]

Toto vysvětlení zanedbává účinky setrvačnost, stlačitelnost maziva a další faktory.[3]

Výroba

Rozměry drážek jsou přizpůsobeny zamýšleným provozním podmínkám ložiska. Pokud jsou prohlubně na drážkovaném povrchu příliš hluboké, dojde k výraznému úniku maziva. Pokud je hloubka zmenšena, účinek čerpadla se zastaví. Rovněž je třeba zohlednit rychlost otáčení nosných ploch a přesnost rozměrů. Návrháři a výrobci vypočítávají optimální rozměry pro maximální účinnost.[4]Drážky se vyrábějí následujícími způsoby:

Leptání

Leptání je nejjednodušší způsob výroby ložisek se spirálovými drážkami. Povrch kovu je potažen lakem odolným proti leptání, poté jsou zamýšlená místa drážek odstraněna ručně. Faktory, které ovlivňují vlastnosti drážek v této metodě, jsou:

  • čas leptání
  • teplota leptací lázně
  • pohyb kovu lázní
  • oběh leptadla

I přes jednoduchost této metody existuje významná nevýhoda: hloubka drážky není stejnoměrná, a proto je docela nepřesná.

Selektivní leptání

Tato metoda se liší od běžného leptání, protože na povrch, který má být drážkovaný, jsou umístěny dvě vrstvy, ale leptanu je vystavena pouze horní vrstva, která chrání spodní povrchy.

Mechanické zapichování

Tato metoda se používá, když jsou požadovány přesnější a rovnoměrnější drážky. Drážky jsou řezány řezačkou s elektrickým průměrem, povrch disku je otočen a řezačka je řízena vodicím kroužkem, takže spirály mají požadovaný logaritmický tvar.

Jednou z nevýhod této metody je, že pro přesné řezání menších drážek je zapotřebí více specializovaného vybavení. (přibližně 6 cm a méně).

Pájení

Pájení se používá, když jsou jiné výrobní metody nedostupné nebo nepoužitelné pro danou situaci; např. ložisko je příliš velké pro leptací lázeň. Získá se fólie, na kterou byly vyleptány drážky, a je připájena na plochý nosný povrch.

Faktory, které jsou v této metodě brány v úvahu, jsou:

  • teplota, při které má být ložisko použito
  • velikost ložisek
  • povaha materiálů, které mají být spojeny.

Laserové obrábění

Moderní lasery usnadnily a zpřístupnily výrobu přesných drážek, ale ne všechny lasery ani laserové společnosti mají požadovanou technologii. Dobrý dodavatel bude vyrábět přesné drážky s konstantní hloubkou v keramických nebo kovových součástech s přesností na zlomek mikrometru, včetně správných logaritmických drážek pro axiální ložiska.[1]

Typy

Toto jsou hlavní typy ložisek se spirálovou drážkou.[5]

Časopis

Válcová ložisková ložiska se vzorem rybích kostí ve spirálových drážkách poskytují ložisko s vynikající nosností, odolností proti kavitaci a vynikající stabilitou.

Spirálový čep a axiální ložiska využívající vzduch jako mazivo.

Symetrický vzor rybí kosti má nulový průtok, což snižuje možnost unášení nečistot do ložiska, ale ložiska se spirálovými drážkami jsou také k dispozici s jediným vzorem, který produkuje průtok maziva. Tato vlastnost byla použita k výrobě známého objemu průtoku pro dávkovací systémy s dieselovým čerpadlem s konstantním průtokem.

Plochý tah

Plochá axiální ložiska, nejběžnější spirálová ložiska, jsou pojmenována, protože jedno se skládá z plochého povrchu, který je proti drážkovanému povrchu.

Variace tohoto typu ložiska pocházejí z povahy spirálového povrchu a typu proudění kapaliny. Následuje seznam různých typů plochých axiálních ložisek:

  • S příčným tokem
  • Rybí kost rýhovaná, bez příčného toku
  • Částečně drážkované (čerpání dovnitř nebo ven)
  • S neustálým omezením na příčný tok.

Sférický tah

Polokulové ložisko spirálové drážky mazané tukem používané u ventilátorů s nízkou hlučností.

Sférické (nebo obvykleji polokulové) axiální ložisko se skládá z koule, která se soustředně otáčí ve sférickém kalíšku s drážkovými vzory.

Obrázek ukazuje polokulové ložisko spirálové drážky mazané tukem, které vynalezl Ron Woolley z poradenské služby pro ložiska plynu na Southampton University ve spolupráci s British Gas.[6]

Kónický tah

V těchto ložiscích je z konce válcového hřídele vyříznut kužel. Na povrchu kužele vedle válcové části jsou vytvořeny drážky.

Historie a aplikace

Ložiska se spirálovou drážkou byla vynalezena ve Velké Británii a jedním z prvních publikovaných článků bylo to, že společnost Whipple, z níž se původně označovaly jako drážky Whipple.[7]Během 60. a 70. let došlo k explozi analytických metod pro jejich návrh a byly vyzkoušeny četné aplikace. Hodně z historie lze vidět v publikacích Mezinárodního sympozia ložisek plynu [8]

Spirálová drážková ložiska se nejúspěšněji používala v setrvačné gyroskopy pro letadla a lodě.[9]V této aplikaci byla spirálová drážková ložiska vyrobena z keramiky z karbidu boru a drážky byly vyrobeny společností ION paprsek. Ložiska byla velmi úspěšná, s MTBF hodnoty nad 100 000 hodin a stop-start schopnost 1 000 000krát.[10]

Vzhledem k mnoha technickým výhodám se axiální ložiska nadále používají v gyroskopech, jako například v Hubbleův dalekohled.[11]

V posledních 20 letech vzniklo v kompresorech a turbínách mnoho dalších aplikací, které využívají bezolejové vlastnosti, dlouhou životnost, nízké tření a čistou zelenou charakteristiku. [12]

Jednou z hlavních oblastí použití je oblast suché plynové těsnění kde axiální ložisko se spirálovou drážkou působí tak, že zvedá těsnicí plochy od sebe a vytváří úzkou těsnicí mezeru, která zabraňuje kontaktu a opotřebení. Jsou velmi úspěšné a byly použity u mnoha průmyslových kompresorů.

Další pozoruhodné použití spirálových ložisek je v kryogenní expandéry. Používají se zde k podpoře vysokorychlostního otáčení turbín ak minimalizaci ztrát energie v důsledku neúčinnosti. Kryogenní expandéry extrahovat energii z proudů plynů, které do ní vstupují, což způsobuje rychlý pokles teploty, a extrahovaná energie se používá k otáčení turbín.[13][14]

Výhody

V následujícím seznamu jsou uvedeny výhody použití spirálových ložisek oproti jiným samočinným ložiskům.

  • Ve srovnání s ložisky s naklápěcími podložkami se vyrábějí snadno a levně
  • Při běhu mají nulové opotřebení a budou fungovat po velmi dlouhou dobu
  • Mají vynikající stabilitu (všechna plynová ložiska trpí problémy se stabilitou, spirálová drážka patří k nejlepším)
  • Mohou být vyrobeny pro použití v menších zařízeních a udržovat účinnost
  • Nabízejí přesné umístění běhu umožňující jemné vzdálenosti špičky a vyšší účinnost
  • Fungují dobře s plynovým nebo vzduchovým mazivem a jako takové jsou zcela bez oleje a jsou ideální pro čisté zelené aplikace

Design

Na trhu existuje několik metod návrhu tabulek pro nestlačitelná maziva (olej, voda), ale u stlačitelných plynových maziv je třeba se uchýlit k numerickým metodám a specializovaným designovým společnostem. Analýza ložisek se spirálovou drážkou obecně vyžaduje numerickou metodu řešení Reynoldsova rovnice i když jsou publikovány některé optimální parametry.[15]Moderní CFD metody nejsou vhodné pro obecné konstrukční práce, protože počet prvků kolem ložiska a přes vůli činí analýzy příliš pomalé. Kritickým aspektem konstrukce pro všechna ložiska používající maziva na stlačený plyn je stabilita zatímco u nestlačitelných tekutin je stejně důležité zatížení a ztráta energie.

Viz také

Reference

  1. ^ Konstrukce maziva s recirkulací hydrodynamických spirálových drážkových ložisek s použitím plastických maziv. Disertační práce. Molyneaux A. University of Southampton 1983. <https://www.researchgate.net/publication/34993106_The_design_of_lubricant_recirculating_hydrodynamic_spiral_groove_bearings_using_grease_lubricants >
  2. ^ "Molyneaux A. Externě tlaková a hybridní ložiska mazaná R134A pro bezolejové kompresory". EPFL. 1996. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  3. ^ "Ložiska keramické spirálové drážky Molyneaux A. v bezolejových kompresorech" (PDF). Konference IMechE. 1993. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  4. ^ Muijderman, E.A. (1965). "Spirálová drážková ložiska". Průmyslové mazání a tribologie. 17: 12–17. doi:10.1108 / eb052769.
  5. ^ Muyderman, E.A. (1966). "Konstrukce se spirálovými ložisky". Mít na sobě. 9 (2): 118–141. doi:10.1016/0043-1648(66)90129-3.
  6. ^ Patent: Mazané axiální axiální ložisko. Woolley R W https://www.google.com/patents/US3927921
  7. ^ Nakloněné drážkové ložisko Autor: R.T.P. Whipple UK. Úřad pro atomovou energii <http://discovery.nationalarchives.gov.uk/details/r/C2965248 >.
  8. ^ Poradenská služba pro ložiska plynu, Katedra strojírenství, University of Southampton <http://www.worldcat.org/title/gas-bearing-symposium-papers/oclc/216839017 >.
  9. ^ Patent: Ložiska mazaná plynem a způsob výroby. Beardmore G. Smiths Industries, Velká Británie. <http://www.google.com.au/patents/EP0029667A1 >.
  10. ^ Breadman, G. Vývoj gyroskopu plynového ložiska řady 700. 5. mezinárodní sympozium ložisek plynu, 1971. University of Southampton, UK.
  11. ^ "Gyroskopy".
  12. ^ Keramická ložiska se spirálovou drážkou v bezolejových kompresorech. Molyneaux A. <http://www.ofttech.com/pdfpages/Ceramic%20Oil-Free%20Bearings.pdf >.
  13. ^ Molyneaux, AK (1989). „Použití plynových ložisek se spirálovou drážkou v kryogenním expandéru 350 000 ot / min“. Tribologické transakce. 32 (2): 197–. doi:10.1080/10402008908981879.
  14. ^ "ZÁKLADY TURBOEXPANDERU - soubor MIT." Vyhledávač dokumentů, převaděč a stahování - soubor MIT. N.p., n.d. Web. 13. února 2012. <http://www.mitfile.com/pdf/fundamentals-turboexpander.html >.
  15. ^ Optimalizace samočinně působících ložisek rybinových rýh pro maximální stabilitu Hamrock Fleming NASA. <https://archive.org/details/nasa_techdoc_19740026775 >.
  • Broman, GoÌran. Na plochém spirálovém drážkovém tlačném ložisku. Lund: [divize strojních prvků, Lund Technical University], 1991. Tisk.
  • Hamrock, Bernard J. .. Základy mazání fluidním filmem. New York: McGraw-Hill, 1994. Tisk.
  • „SPIRAL GROOVE BEARINGS - SKF Industrial Trading and Development Company, B.V.“ Patentové vyhledávání a vynález Patentové informace. Web. 26. ledna 2012. <http://www.freepatentsonline.com/3836214.html >.
  • Malanoski, S. B .; Pan, C. H. T. (1965). „Statické a dynamické vlastnosti axiálního ložiska se spirálovitým rýhováním“. Journal of Basic Engineering. 87 (3): 547. doi:10.1115/1.3650603.
  • Možnosti využití plynových ložisek v gyroskopech. Unterberger, R. AA (Muenchen, Technische Universität, Mnichov, Západní Německo). Symposium on Gyroscope Technology, Heidelberg, West Germany, 25 April 26, 1974, Proceedings. (A75-10151 01-35) Düsseldorf, Deutsche Gesellschaft fuer Ortung und Navigation, 1974, str. 189-209. V němčině. (1974) Instrumentation and Photography.
  • Plynem mazaná ložiska gyroskopů: kurz pořádaný na katedře obecné mechaniky, září – říjen 1970. Číslo 43 série CISM, číslo 43 kurzů a přednášek. Gerhard Heinrich. Springer-Verlag, 1972. Cornell University ISBN  0-387-81147-8, 9780387811475.

externí odkazy