Розуміння підшипників ковзання

Пристрої

Портативний балансир та віброаналізатор Balanset-1A.

$2,353.83

Деталі

Датчик вібрації</trp-post-container

$107.26

Деталі

Оптичний датчик (лазерний тахометр)</trp-post-container

$147.78

Пристрої

Balanset-4</trp-post-container

$8,107.90

Деталі

Магнітна підставка Insize-60-kgf</trp-post-container

$54.82

Деталі

Світловідбиваюча стрічка</trp-post-container

$11.92

Пристрої

Динамічні ваги "Балансет-1А" OEM</trp-post-container

$2,067.80

Визначення: Що таке підшипник ковзання?

A підшипник ковзання (також званий підшипником ковзання, підшипником втулки або підшипником рідинної плівки) – це тип підшипника, який підтримує обертовий вал через тонку плівку мастила під тиском, а не через тіла кочення. Обертовий вал (“шийка”) відділений від нерухомої поверхні підшипника гідродинамічною масляною плівкою, яка утворюється внаслідок обертання вала, затягуючи оливу в збіжний клиноподібний зазор. Цей масляний клин під тиском підтримує навантаження на вал без контакту металу з металом.

Підшипники ковзання є основоположними для високошвидкісних обертових машин з високим навантаженням, таких як турбіни, генератори та великі компресори, оскільки вони забезпечують чудову вантажопідйомність, низьке тертя на високих швидкостях та значне демпфування що допомагає контролювати вібрація та стабілізувати ротор системи.

Принцип роботи: гідродинамічне змащення

Як утворюється масляна плівка

Підшипник ковзання працює за принципом гідродинамічного змащення:

1. Перший контакт: У нерухомому стані вал спирається на опорну поверхню під дією сили тяжіння
2. Початок ротації: Коли вал починає обертатися, він за допомогою адгезії втягує оливу в зазор
3. Клиноподібне формування: Конвергентна геометрія між валом і підшипником створює клиноподібний простір
4. Генерація тиску: Нафта, що затягується в збіжний клин, створює гідродинамічний тиск
5. Зліт: Сила тиску перевищує вагу вала, піднімаючи його на повну масляну плівку
6. Стаціонарний стан: Вал плаває на масляній плівці під тиском без контакту з металом

Товщина масляної плівки

• Типова товщина: 10-100 мікрометрів (0,0004-0,004 дюйма)
• Надзвичайно тонкий, але достатній для запобігання контакту
• Товщина змінюється по колу (мінімум у точці найбільшого зближення)
• Залежить від швидкості, навантаження, в'язкості оливи та зазору в підшипнику

Типи підшипників ковзання

1. Звичайний циліндричний (повний шнек)

• Найпростіша конструкція: циліндричний отвір з канавкою для подачі оливи
• Кут обхвату 360°
• Хороша вантажопідйомність, але може бути схильна до нестабільності на високих швидкостях
• Поширений у двигунах, насосах, загальнопромисловому обладнанні

2. Частково дугові підшипники

• Опорна поверхня покриває лише частину кола (120-180°)
• Менша вага, менша потреба в потоці оливи
• Менша жорсткість, ніж у повної шийки
• Використовується в умовах низького навантаження

3. Підшипники з нахилом

• Опорна поверхня розділена на кілька незалежних подушок, які обертаються
• Кожна колодка розвиває власний гідродинамічний клин
• Стійкий до масляних вихорів/хлистів
• Галузевий стандарт для високошвидкісних турбомашин
• Дорожче, але з кращими динамічними характеристиками

4. Напірна гребля та зміщені підшипники

• Модифіковані циліндричні підшипники з геометричними особливостями для підвищення стійкості
• Канавки, греблі або зміщені отвори збільшують ефективне демпфування
• Компроміс між простою циліндричною та похилою площадкою

Динамічні характеристики

Жорсткість

Жорсткість підшипника ковзання є складною та залежить від швидкості:

• Низька швидкість: Низька жорсткість, положення вала значно змінюється залежно від навантаження
• Висока швидкість: Вища жорсткість завдяки більш розвиненому гідродинамічному тиску
• Варіація напрямку: Різна жорсткість у горизонтальному та вертикальному напрямках
• Перехресно-зв'язана жорсткість: Прогин в одному напрямку створює силу в перпендикулярному напрямку

Демпфування

Підшипники ковзання забезпечують значне демпфування:

• Енергія, що розсіюється через в'язке зсувне розтягування масляної плівки
• Демпфування збільшується зі швидкістю та в'язкістю оливи
• Критично важливо для обмеження вібрації на критичні швидкості
• Необхідний для запобігання нестабільність ротора

Залежність від швидкості

Усі властивості підшипників ковзання змінюються зі швидкістю обертання:

• Жорсткість збільшується зі швидкістю
• Демпфування збільшується зі швидкістю
• Власні частоти підніматися зі швидкістю
• Критичні швидкості перемикатися вгору зі збільшенням швидкості

Переваги підшипників ковзання

• Висока вантажопідйомність: Може підтримувати дуже важкі ротори
• Можливість високої швидкості: Підходить для швидкостей до 50 000+ об/хв
• Низький коефіцієнт тертя на швидкості: Після утворення гідродинамічної плівки коефіцієнт тертя дуже низький (0,001-0,003)
• Відмінне демпфування: Контролює вібрацію на критичних швидкостях
• Тиха робота: Відсутність шуму кочення
• Ударостійкість: Масляна плівка поглинає тимчасові навантаження
• Довге життя: Відсутність контакту з металом означає мінімальний знос (можливість експлуатації протягом десятиліть)
• Простий дизайн: Базові типи прості та економічні

Недоліки та проблеми

• Високе пускове тертя: Немає масляної плівки в стані спокою, потрібен момент для зняття зриву
• Необхідна система змащення: Необхідно безперервно подавати чисту, охолоджену оливу
• Ризик вихору/хлиста нафти: Звичайні циліндричні підшипники, схильні до нестабільності
• Повільніша відповідь: Масляна плівка додає податливості, менш жорстка, ніж підшипники кочення на низьких швидкостях
• Температурна чутливість: Зміна продуктивності залежно від температури оливи (впливає на в'язкість)
• Чутливість до забруднення: Частинки можуть пошкодити поверхню підшипника або заблокувати масляні канали
• Осьове позиціонування: Не забезпечує внутрішнього осьового обмеження (потрібен окремий опорний підшипник)

Застосування

Підшипники ковзання є стандартними в:

• Парові та газові турбіни: Багатомегаватні енергоблоки
• Великі генератори: Синхронні генератори на електростанціях
• Відцентрові компресори: Високошвидкісні промислові компресори високого навантаження
• Великі електродвигуни: У двигунах потужністю > 500 к.с. часто використовуються підшипники ковзання
• Морська рушійна установка: Підшипники валу гребного ...
• Папероробні машини: Великі підшипники кочення
• Двигуни внутрішнього згоряння: Корінні та шатунні підшипники колінчастого вала

Зв'язок з динамікою ротора

Підшипники ковзання критично впливають на динамічну поведінку ротора:

• Визначення критичної швидкості: Жорсткість та демпфування підшипників безпосередньо впливають на критичні точки швидкості та амплітуди
• Стабільність: Тип і конструкція підшипника визначають схильність до масляний вихор і вал батіга
• Діаграми Кемпбелла: Покажіть, як змінюються власні частоти зі швидкістю через зміни жорсткості підшипника
• Балансування: Вплив характеристик підшипника коефіцієнти впливу і балансова реакція

Підшипники ковзання являють собою складну, зрілу технологію, необхідну для високопродуктивних обертових машин. Їх унікальне поєднання вантажопідйомності, швидкісної здатності та демпфування робить їх незамінними в критичних умовах, незважаючи на складність вимог до змащування та динамічної поведінки.

---

← Назад до головного індексу