静止状态下,推力瓦块与推力盘之间既使有油,但油层无承载能力,见图8-3(a);转子起动后,将粘附在推力盘上的油层带入推力盘与推力瓦块之间的间隙,由于此时推力瓦块与推力盘平行,等厚度的油膜只能承受很小的压力且不可能持久,见图8-3(b);转子上产生轴向推力之后,通过推力盘使间隙中的油膜受到压力,并传给推力瓦块,容易摆动的推力瓦块在油压的作用下,不再与推力盘平行而产生倾斜,于是两者之间就形成了楔形间隙,见图8-3(c),油不断被带入到楔形间隙中,便形成了流体动压滑动轴承的油膜力,与转子的轴向推力相平衡。随着轴向推力的不断增大,推力瓦块的倾斜度也不断增大,油楔中的油膜力也不断增大,与转子的轴向推力达到新的平衡。
产生摩擦和摩擦阻力的原因主要是:接触点的粘着作用、表面微凸体间啮合的机械作用、表面间边界膜的剪切作用、表面间流体的剪切作用和滚动接触中的弹性迟后作用等。从微观尺度来看,物体表面是粗糙的,因而在正压力作用下发生相互接触时,两表面仅仅在他们的理论接触区中的微凸体上相遇,一些微凸体被压平或压入配合表面,真实接触面积通常远远小于名义接触面积。不仅在两个接触物体的硬度和弹性模量不同时会出现压入现象,而且在两个物体的硬度相同,而轮廓峰的外形不同时也会产生压入现象。而且,一般情况下,物体表面被一层称为边界膜(物理膜或化学膜,如:氧化膜)的东西所覆盖。在真实接触的这些区域内,接触处被边界膜所分隔,当两表面作切向位移时,就必须克服因微凸体压入的啮合作用和边界膜的剪切作用而产生的变形阻力。边界膜的剪切作用称作边界摩擦,摩擦系数一般在0.15~0.04之间。如果表面上的边界薄膜因种种原因被去除或被破坏,如载荷或温度过大等,接触将发生在表面微凸体的洁净材料间,则两个表面的接触处的原子间将会相互吸引,从而产生强大的粘着力,能在一定程度上形成牢固的结点。在高真空(如外层空间)下工作的机构中,这种现象特别显著。粘着性质取决于接触物理学及接触化学。当发生相对滑动时,一定要克服这些粘着力,也就是说,粘着产生的结点必须被剪断。剪断这些节点的力也是两个表面间产生摩擦的主要原因之一,称作粘着摩擦。粘着作用产生的摩擦系数与结点的剪切强度相应,微凸体压入的啮合作用产生的摩擦系数与材料剪切强度和材料硬度等相关。
轴承油膜的形成和油膜压强的大小受轴的转速、润滑油粘度、轴承间隙以及轴承负荷和轴承结构等因素的影响。一般转速越高,油的粘度越大,被带进的油越多,油膜压强越大,承受的载荷越大。但是,油的粘度过大,会使油分布不均匀,增加摩擦损失,不能保持良好的润滑效果。轴承间隙过大,对油膜形成不利,并增大对油量的消耗;过小,又会使油量不足,不能满足轴承冷却的要求。负荷过大,油膜形成会很困难,当超过轴承的承载能力时,轴瓦就会烧坏。对支承轴承来说,轴承长度和直径的比L/d过大,润滑油不容易从轴端流走,使温度升高,而且由于制造安装误差,不可避免的轴偏斜使轴承端部产生边缘压力过大,造成严重磨损和疲劳破坏。所以L/d过大没有好处。一般圆瓦轴承和可倾瓦轴承宽径比L/d分别为0.6~1.0和0.4~0.6。
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其中相对间隙
(
=c/r,其中c为半径间隙(R-r),r为轴径半径)、宽径比L/d、偏心率ε(ε=e/c,其中e为偏心距)是比较重要的几何参数。相对间隙
越小,旋转精度就越高,但轴承的承载能力和润滑油的流量也越小,轴承容易发热;反之,则相反。对高速(v>10m/s)轻载(P<3MPa的圆柱轴承,通常
=0.0015~0.0025。宽径比L/d小,润滑油的侧漏现象较显著,油膜承载力会降低,但摩擦热量易带走,同时对轴的弯曲变形和制造安装误差不敏感。现今,高速、大功率的汽轮机、离心式压缩机大多采用L/d=0.4~0.6的短轴承结构。偏心率ε越大,偏心距e也就越大,转子的稳定性就越好,但要防止因最小油膜厚度hmin过薄(hmin=c-e)而发生干摩擦。
粘着作用和啮合作用产生的摩擦称作干摩擦,摩擦系数较大,一般在0.3~0.6之间,铜、铬等的干摩擦系数达0.8~1.5,聚四氟乙烯的干摩擦系数最小,为0.04~0.1,石墨为0.08左右。如果两表面之间有润滑剂存在,由于润滑剂有粘度存在,相对运动使润滑剂剪切滑动所产生的阻力就形成了摩擦的另一个原因,称作流体摩擦。流体摩擦的摩擦系数较小,一般0.001~0.02之间。多数情况下,两表面之间既有材料间的直接接触米乐M6(MiLe)亚洲官方网站- 赔率最高在线投注平台,又有边界膜和流体膜的存在,称作混合摩擦,摩擦系数一般在0.1~0.01之间。滚动摩擦则是作相对滚动的两表面之间的材料变形的滞后现象引起的。较硬的表面间的滚动摩擦系数较小,一般在0.002~0.008之间,点接触为0.002~0.004,线。由摩擦而造成的能源损失约占世界能量产量的1/3~1/2,可见摩擦的影响是比较巨大的,合理的减小摩擦损失对于节约能源是非常有意义的。