了解滑动轴承
定义:什么是滑动轴承?
A 滑动轴承 (也称为滑动轴承、油封轴承或流体动压轴承)是一种通过一层薄薄的加压润滑脂膜而非滚动体来支撑旋转轴的轴承。旋转轴(“轴颈”)与静止的轴承表面之间由一层流体动压油膜隔开,该油膜是由轴的旋转带动油进入一个逐渐收敛的楔形间隙而形成的。这种加压油楔支撑着轴的载荷,而无需金属与金属直接接触。.
滑动轴承是高速、高负载旋转机械(例如涡轮机、发电机和大型压缩机)的基础部件,因为它们具有优异的承载能力、高速运转时的低摩擦以及显著的优势。 减震 这有助于控制 振动 并稳定 动盘 系統。.
工作原理:流体动力润滑
油膜是如何形成的
滑动轴承的工作原理是流体动力润滑:
- 初步接触: 静止时,轴在重力作用下搁置在轴承面上。
- 轮换开始: 当轴开始转动时,它会通过粘附作用将油带入间隙中。
- 楔形构造: 轴和轴承之间的收敛几何形状形成楔形空间
- 压力产生: 被拖入收敛楔形体的油会产生流体动力压力
- 起飞: 压力超过轴的重量,将其抬升到完全油膜上。
- 稳定状态: 轴漂浮在加压油膜上,无金属接触。
油膜厚度
- 典型厚度:10-100微米(0.0004-0.004英寸)
- 极薄但足以防止接触
- 厚度沿圆周变化(在最接近点处最小)
- 取决于转速、负载、油液粘度和轴承间隙
滑动轴承的类型
1. 普通圆柱轴承(全轴颈)
- 最简单的设计:带供油槽的圆柱形孔
- 360°环绕角
- 承载能力强,但高速行驶时可能不稳定。
- 常见于电机、泵、通用工业设备
2. 部分弧轴承
- 轴承面仅覆盖圆周的一部分(120-180°)
- 重量更轻,所需油流量更少
- 比全轴颈轴承刚度低
- 用于轻负载应用
3. 倾斜瓦轴承
- 轴承表面被分成若干个可旋转的独立垫片。
- 每个垫子都会形成各自的流体动力学楔形。
- 本身具有抵抗油膜旋涡/鞭打的稳定性。
- 高速涡轮机械行业标准
- 价格更高,但动态特性更优异
4. 压力坝和偏置轴承
- 改进型圆柱轴承,通过几何特征增强稳定性
- 沟槽、挡板或偏置孔可增加有效阻尼
- 简单圆柱形垫和倾斜垫之间的折衷方案
动态特性
刚性
滑动轴承刚度是一个复杂的问题,并且与转速有关:
- 低速: 刚度低,轴位置随负载变化显著
- 高速: 更发达的流体动力压力带来更高的刚度
- 方向性变化: 水平方向和垂直方向的刚度不同
- 交叉耦合刚度: 沿一个方向的偏转会在垂直方向上产生力
减震
滑动轴承可提供显著的阻尼作用:
速度依赖性
所有滑动轴承的性能都会随转速而变化:
滑动轴承的优点
- 高承载能力: 可以支撑非常重的转子
- 高速性能: 适用于转速高达 50,000 转/分以上的场合
- 低摩擦高速: 一旦形成流体动力膜,摩擦系数非常低(0.001-0.003)。
- 优异的阻尼性能: 控制临界转速下的振动
- 静音运行: 无滚动噪音
- 抗冲击性: 油膜吸收瞬态载荷。
- 长寿: 无金属接触意味着磨损极小(可运行数十年)
- 简约设计: 基本型材简单经济。
缺点和挑战
- 启动摩擦力高: 静止状态下无油膜,需要启动扭矩。
- 需要润滑系统: 必须持续供应清洁、冷却的润滑油。
- 油膜旋涡/油膜鞭风险: 容易发生不稳定的普通圆柱轴承
- 反应较慢: 油膜增加了柔顺性,在低速运行时比滚动轴承更柔软。
- 温度敏感性: 性能随油温变化(影响粘度)
- 污染敏感性: 颗粒物会损坏轴承表面或堵塞油道。
- 轴向定位: 不提供固有的轴向约束(需要单独的推力轴承)
应用
滑动轴承是以下产品的标准配置:
- 蒸汽轮机和燃气轮机: 多兆瓦级发电装置
- 大型发电机: 发电厂中的同步发电机
- 离心式压缩机: 高速、高负荷工业压缩机
- 大型电动机: 功率大于500马力的电机通常使用滑动轴承。
- 船舶推进: 船舶螺旋桨轴承
- 造纸机: 大型滚子轴承
- 内燃机: 曲轴主轴承和连杆轴承
与转子动力学的关系
滑动轴承对转子动态性能有至关重要的影响:
- 临界速度测定: 轴承刚度和阻尼直接影响临界转速的位置和幅值。
- 稳定: 轴承类型和设计决定了其对故障的敏感性 油膜涡动 和 轴鞭
- 坎贝尔图: 展示轴承刚度变化如何导致固有频率随速度变化。
- 平衡: 轴承特性影响 影响系数 平衡反应
滑动轴承代表了一种精密成熟的技术,是高性能旋转机械不可或缺的一部分。尽管其润滑要求和动态特性较为复杂,但其独特的承载能力、转速范围和阻尼性能使其在关键应用中不可替代。.
类别