Гідродинамічний підшипник

Дана стаття являється неперевіреним навчальним завданням. Студент: Marina Викладач: Шкодзінський О.К. Термін до: 10 січня 2011 До вказаного терміну стаття не повинна редагуватися іншими учасниками проекту. Після завершення терміну виконання будь-який учасник може вільно редагувати дану статтю і витерти дане попередження, що вводиться за допомогою шаблону.

Гідродинамічний підшипник

Загальний вигляд

Схематичне позначення

Гідродинамічний підшипник (рос.-гидродинамический подшипник,англ.-hydrodynamic bearing) - це підшипник ковзання з мастилом, в якому несучий оливний шар створюється в разі обертання шпинделя внаслідок прилипання оливи до поверхонь шийки і вкладки і затягування її в клиновий зазор між робочими поверхнями в результаті взаємодії між частинками оливи. Для переміщення в′язкої рідини з області з низьким тиском в область підвищеного тиску витрачається енергія від зовнішнього джерела. Прилиплий змащувальний матеріал до робочої поверхні чинить опір стиранню і рухається в область з підвищеним тиском. Точка найбільшого тиску знаходиться на деякій відстані перед точкою мінімального зазору. Вздовж шийки тиск розподіляється за законом, близьким до параболічного. Гідродинамічні підшипники ще називають гіродинамічними опорами.

Принцип роботи гідродинамічного підшипника

Принцип роботи заснований на гідродинамічному ефекті, що полягає у виникненні підіймальної сили в зазорі між рухомими тілами,які розділені шаром рідини чи газу.Сила збільшується з приростом швидкості руху і зменшенням зазору, вона являється рівнодійною тисків масляного клину.

Класифікація гідродинамічних підшипників

а) Одноклинові

Шпиндельний одноклиновий підшипник з осьовим регулюванням зазору

Схема одноклинового гідродинамічного підшипника

Якщо в підшипнику є один звужувальний зазор, який утворює один оливний клин то такий підшипник називається одноклиновим.

Одноклинові підшипники прецизійних і швидкохідних шпинделів мають низку недоліків, з яких найбільш суттєвим є те,що вони не забезпечують стабільне положення шпинделя при великих швидкостях і малих навантаженнях. Проте конструктивно вони простіші. Прикладом такого підшипника може бути підшипник з осьовим регулюванням зазору.

Одноклиновий підшипник з осьовим регулюванням зазору

Конічно розрізна вкладка 3 входить у конічний отвір втулки 2 або корпуса. У разі осьового переміщення вкладками гайками 1 і 4 вона деформується і в результаті змінюється зазор, але спотворюється форма вкладки. Нещільне прилягання вкладки до отвору знижує жорсткість опори. Для усунення цього явища в розріз вкладки, яка має форму ластівчиного хвоста, вводять головки болтів 5, аналогічної форми. Під час затягування болтів вкладка розширюється і притискається до поверхні отвору, спотворення отвору вкладки зменшується, тому й підвищується жорсткість опори. Проте в сучасних верстатах вкладки такого типу зустрічаються рідко.

б) Багатоклинові

Шпиндельний багатоклиновий підшипник з осьовим регулюванням зазору

Схема багатоклинового гідродинамічного підшипника

Підшипники які мають декілька оливних клинів, забезпечуючи цим більш високу точність і положення осі шпинделя,називають багатоклиновими.

У багатоклинового підшипника оливні клини взаємно навантажують один одного, що у багато разів перевищує зовнішнє навантаження і забезпечує стабільне положення осі шпинделя у разі неробочого обетрання і під навантаженням. Багатоклинові підшипники найбільш повно відповідають вимогам , які ставляться до шпиндельних підшипників.

Багатоклиновий підшипник з осьовим регулюванням зазору

Такі підшипники мають явну перевагу над одноклиновими, забезпечуючи: стійке обертання шпинделя за малих зовнішніх навантаженнь і великих швидкостях ковзання; мають високу жорсткість несучих оливних клинів; дають змогу регулювати величину діаметрального зазору без спотворення форми робочих поверхонь; мають меншу температуру внаслідок кращих умов тепловідведення.

Конструктивні параметри гідродинамічних підшипників

Конструктивні параметри гідродинамічних підшипників визначаються, виходячи з діаметра [math]\mathit{D} \[/math] шийки шпинделя, який вибраний з умов необхідної жорсткості. Довжина [math]\mathit{L} \[/math] сегмента в осьовому напрямку і довжина дуги охоплення [math]\mathit{B} \[/math], см.приймається із співвідношення

[math]L = 0,75\cdot \mathit{D } \[/math] [math]B\approx \mathit{0,5}\cdot \mathit{D} \[/math]

[math]\mathit{D} \[/math] - діаметр шийки шпинделя

Діаметральний зазор, мкм

[math]\Delta \ = 3\cdot \mathit{D } \[/math]

Розрахунок багатоклинового гідродинамічного підшипника

Визначається вантажна здатність [math]\mathit{F}_\delta \[/math]. За умови навантаження на кожний сегмент, у разі зміщення центру шпинделя під дією зовнішнього навантаження рівному нулю:

[math]\mathit{F}_{o}\ = 0,5\cdot \Large{\frac { \mu \cdot \mathit{n} \cdot \mathit{D} \cdot \mathit{B} \cdot \mathit{L} \ }{ \Delta^2 \ }\cdot \mathit{c}_L \ }[/math]

де

[math]\mathit{c}_{L}\ = \Large{\frac {1,25}{1 + \frac{\mathit{B}^2\ }{\mathit{L}^2 \ } }[/math]

Вантажна здатність підшипника [math]\mathit{F}_\delta \[/math] дорівнює

[math]\mathit{F}_\delta \ = \Large{\sum_{1}^k \vec {F}_i \ }[/math]

Демонстрація гідродинамічного підшипника

,