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滑動軸承潤滑方式的結構選擇


滑動軸承主要按潤滑介質的狀態設計結構,根據介質的潤滑性能來選擇確定潤滑結構形式。一般潤滑結構分為如下四種形式。
①  普通導流槽式結構
②  液體靜壓式結構
③  液體動壓式結構
④  動、靜壓結合式結構
在磁力驅動泵中軸承除特殊情況外,一般采用:①和②兩種結構形式。

  1. 普通導流槽式結構
普通導流槽式滑動軸承的結構分為直導流槽和螺旋槽形式。
  • 圓弧形的弧形根據液體潤滑狀態的實際需求可設計成圓形、橢圓形等其它弧形,其結構圖如圖5-22所示。矩形槽的槽形根據潤滑狀態的需求可設計成方形、長方形、梯形以及其他形槽,其結構如圖5-23所示。(待插入圖片)
 
螺旋槽的螺旋方向是根據使用狀態如何潤滑介質的流向、流量大小以及壓力等設計確定。雙頭螺旋槽及多頭螺旋槽其槽螺旋的方向根據應用的狀態也可以設計成為交叉形、單一形。槽的形狀根據應用效果及技術的需求設計確定,可成形為直角型、圓弧形、梯形等。槽的旋向定位與流體流向,流體的導流性要求等有關。
(2)   液體靜壓式結構
液體靜壓式結構的滑動軸承通稱液體靜壓潤滑滑動軸承,是利用外部供液系統將具有一定壓力的液體通過導流孔送入壓力腔形成壓力工作面浮起運動轉子以建立承載液膜。因此,液體靜壓式滑動軸承在極低至很低的速度范圍內都能得到液體潤滑,使用周期長、穩定可靠。

5.7.6 滑動軸承導流槽基本尺寸確定的考慮

滑動軸承的設計過程中,正確選擇導流槽的基本尺寸是計算滑動軸承的一重要環節。因此對導流槽結構的作用以及相關的技術參數等要做詳細的分析、計算,以正確確定設計尺寸。
  1. 導流槽的作用
滑動軸承中導流槽是一關鍵結構,它的主要作用如下:
①  潤滑作用  導流槽中要保證工作介質暢通并具有充分液流,力求保證潤滑作用,盡可能減少潤滑不良造成摩擦磨損。
②  冷卻作用  導流槽中介質暢通循環,起到強制冷卻軸承工作摩擦發熱的作用,以防止墊粘、燒結等現象
③  導流作用  在機械內部需要介質循環時,導流槽也可作為循環介質的導流孔,使介質按需求的方向流動。
④  排空作用  導流槽還可排除空氣、排除潤滑介質的雜物、排除摩擦磨損的物料,對軸承起到保護作用。
⑤  清潔作用  導流槽還能幫助整機掃線,清除殘余介質及防止其他介質的混入、污染等。
(2)   與導流槽相關的技術參數
設計導流槽時要考慮到導流槽相關的一些主要技術問題和參數,有利于正確設計和合理選擇相關尺寸。主要的技術問題相關參數是:
①    導流槽中的流體源及壓力;
②  通過導流槽的最小流量和最大流量
③  流體的黏度、溫度、密度等
④  軸瓦材質的物理、化學性能參數
⑤  軸瓦材質的加工性能
(3)   確定螺旋槽導程中考慮的因素
螺旋槽式滑動軸承的螺旋槽的基本尺寸設計確定后,螺旋槽導程的設計確定中除常規的設計方法外,還應考慮幾個其他方面的因素:
①  螺旋槽的頭數
②  過流量及液流壓力
③  載荷狀態
④  流體的潤滑性能
⑤  軸瓦材質的自潤滑性能

          5.7.7 滑動軸承結構設計中應注意的一些技術問題

        滑動軸承是由滑動軸套和滑動軸瓦組成的一對摩擦副。在結構設計中滑動軸套一般選用硬質材料。滑動軸套在動軸式結構中未旋轉件,在定軸式結構中為靜止件;一般情況下,滑動軸瓦選軟質材料,在應用中也可選為與軸套材質配對使用的硬質材料。滑動軸瓦在動軸式結構中為靜止件,在定軸式結構中為旋轉件。滑動軸承的轉速主要根據潤滑介質狀態和潤滑結構形式確定;其承載能力是由材料的摩擦性能和潤滑狀態決定的;其導流槽結構尺寸等是根據潤滑情況設計確定的。
滑動軸承的應用中除考慮潤滑問題外,在結構設計中還應注意的一些技術問題是:強度問題、定位問題、拆裝調試問題、材料配對問題等。
(1)   強度問題
軸瓦選用非金屬或混有金屬的軟質非金屬材料,強度問題較為突出。一是考慮加工成型過程和成型后的變形問題;二是考慮破裂問題;三是考慮熱變形問題;四是考慮導流槽對軸瓦強度的影響問題;五是安裝過程中的精度問題。
軸瓦選硬質陶瓷類材料,設計和配合組裝尺寸及尺寸公差要適中。陶瓷類材料做軸瓦件不宜熱裝和過盈配合裝配;不宜開深長鍵槽和深圓弧形直導流槽和螺旋槽;加工精度要求高;而且易碎裂不宜用于沖擊大、振動大的場所。
軸瓦選用硬質金屬材料要有充分的冷卻潤滑,因為軸套多選用硬質金屬材料。硬質金屬與硬質金屬對磨易摩擦發熱黏結、拉傷、磨損等;由于硬質金屬材料的硬度高,易應力集中,運轉時易熱裂。因此導流槽及鍵槽等不宜開得過深;硬質金屬材料除在一些特殊環境中應用外,一般做軸瓦不多采用。
軸瓦選用軟質金屬材料如巴氏合金、球墨鑄鐵、銅及銅混合鑄造材料等,強度問題易解決。選用這類材料易加工成型,較一般非金屬材料強度高、性能穩定。
軸套的材料選擇較單一,一般要求硬度高,HRC值達到60左右,具體數據根據不同材質確定,耐磨性能好;若應用在腐蝕性工況中,要求耐腐蝕性能也要好。在結構設計中,無論是定軸式還是動軸式,選材方法基本一樣,強度考慮及強度計算過程基本一樣。
軸套選用材料除去一些特殊情況外,一般選用硬質材料,如陶瓷類材料,噴涂、堆焊型高溫硬質合金材料以及一些鋼類材質熱處理材料等。它的強度問題主要從兩個方面考慮。
一是碎裂問題,碎裂主要為機械性碎裂和熱裂碎裂兩種情況。機械性碎裂一般是材料的性能決定的。當然造成機械性碎裂的現象大部分是由于使用不當造成的,熱裂碎裂的現象主要是發生在摩擦發熱過程或冷熱差變化較大時。產生熱裂碎裂的主要原因,一是材料性能問題;二是材料內部產生殘余應力或應力集中造成的。
二是應力問題 。 軸套要求硬度高,所以選用的材料在工藝過程易產生應力,因此應力消除很重要。如結構上的槽、溝直角問題,厚度的均勻性問題,導流槽、鍵槽的深度問題,豁口大小等問題。以上的這些技術問題如處理適當,就不易造成殘余應力存在或應力集中,現場應用中不易造成碎裂和熱裂碎裂。
(2)   定位問題
軸瓦的安裝方式分為兩種情況。一種是采用軸瓦座安裝;另一種是在軸承箱上直接安裝。軸瓦的定位方法分為銷釘定位,壓緊定位。
銷釘定位對軸瓦采取開豁口或打孔的方法,裝配后軸瓦有適當的位移量,不產生裝配變形。主要用于非金屬材料軸瓦件。
螺釘定位主要用于金屬軟質材料軸瓦件和硬質金屬軸瓦件。用螺釘在適當部件拉緊定位而不易造成變形。
壓緊定位主要用于易碎裂和陶瓷類軸瓦。
軸套在軸上安裝定位的方法,主要有開豁口用銷釘定位、開鍵槽用鍵定位、軸上壓緊定位等三種方法。
(3)   拆裝調試問題
滑動軸承的軸瓦、軸套件設計精度高,加工要求嚴格,屬精密機械零件。在磁力驅動泵上滑動軸承使用較廣泛,而且應用的場所一般較為苛刻。因此不同的使用環境中配對選材不同,相對來說選用材料比較復雜。滑動軸承在裝配過程中要求精度高,如不能有過盈量;裝拆過程中不能敲打、碰撞;不能有拉傷、變形等現象;裝配好后要檢查同心度、平行度等。
(4)   材料配對問題
在滑動軸承的設計中根據工程的要求,先設計選定軸套或軸瓦件及材質,然后根據選定件的結構、材質來選擇配對相適應的另一配對件的材質,并設計確定結構。這里強調指出的是根據不同的工況條件選擇相應的不同的配對材料,是比較重要的技術問題。
(5)   間隙配合
滑動軸承的配合間隙有一個比較基本的規范數據,但在設計中根據實際選擇配對的材質的熱變形及線型變形的性能以及工況狀態的實際情況要進行適當的計算修正,特別是對于工程塑料類的軟質金屬材料來說比較突出。

5.8磁力驅動離心泵用特殊材料的選用

近年來隨著國內外磁力驅動泵的迅速發展,根據泵所輸送介質的特殊性,并結合泵所要承受的力學特殊性對泵的材料進行更新,在泵設計中采用了許多新的特性材料,現分述如下。
(1)   隔離套采用新材料
采用氟塑料制作隔離套在較小功率磁力驅動泵上已普遍使用,從使用效果看在低溫低壓下較為理想。采用的氟塑料主要有:聚四氟乙烯、偏三氟、偏二氟等材料。
氟塑料隔離套由纖維增強的氟塑料制成,也可以用薄壁金屬筒或金屬網狀件加強這種氟塑料隔離套的特性,既可減少產生渦流損失,又可提高泵的抗壓強度。
(2)   泵軸用新材料
采用Al2O3、 Si3N4 、SiC 陶瓷作為磁力驅動泵泵軸的制作材料在國內已得到了成功的應用。
陶瓷屬于無機非金屬材料,廣義的陶瓷通常被定義為一種通過高溫燒結而成的無機非金屬材料。高溫結構陶瓷主要是離子鍵和供價鍵結合,氣其結合力是比較強的正負離子間的靜電引力或共用電子對,所以它具有高的熔點和硬度。陶瓷是一種多晶多相體系結構,由大量微細晶粒組成。晶粒之間存在一定量的氣孔、微裂紋和析出物。
國內試制的陶瓷軸是由精制的超細粉末原料,經過合理的配制冷壓成形。配方中含有膠黏劑、除氣劑、增韌劑等,經高溫燒結而成。
陶瓷的力學性質通常是在外力作用下不發生顯著形變或被破壞,它的彈性模量很高,抗拉及抗彎強度遠遠低于抗壓強度,抗沖擊強度低。
在國外,陶瓷部件一般是采用熱等靜壓方法生產的,熱等靜壓是在高壓容器內用氣體(氬氣或氮氣)對樣品進行各向相同的均勻加壓。這種設備中,氣體壓力可達300MPa,加熱溫度可達2000℃。熱等靜壓可以燒結形狀復雜的制品,使產品獲得很高的密度和優良的物理與機械性能,但價格昂貴,現在,我國這方面的技術相對薄弱。
同時,用陶瓷做泵軸在國內仍屬試制或試用階段,目前主要從三方面來改善陶瓷軸的工況條件,以彌補制造工藝上的不足。
 
首先,在泵軸設計上采用簡單幾何形狀,軸固定設計為柔性連接,常規金屬軸都是剛性支撐,而陶瓷軸最怕 沖擊載荷,為防止軸脆性斷裂,軸端被固定安放在氟塑料或其它軟質材料的件上,在運轉過程中使支撐件有彈性形變,軸對載荷有一定的緩沖作用。
 
其次,盡量減輕陶瓷軸上的負荷。在設計中盡可能減輕葉輪、內磁轉子等其它零部件的質量,減小軸上負荷。
 
第三,縮短軸的長度。合理進行結構設計,盡可能縮短軸的長度。
經過實踐證明:采取這三條措施的軸具有足夠的強度,運轉性能良好,經過連續運轉,無任何異常現象,與同類型裝置使用過的各種類型的耐腐蝕泵包括不銹鋼泵、鈦鋼泵相比較,其軸的使用壽命及使用狀態都較為理想。
(3)   泵殼過流部分、內磁體包封用新材料
泵殼過流部分、內磁體包封等部件采用耐熱、耐腐蝕性能強、機械性能好的氟塑料材料,目前已被廣泛的試制、試用,特別是在乙烯強腐蝕介質中已廣泛應用。
氟塑料材料具有優良的耐熱性、抗蝕性及其它性能,特別是F3、F2材料,與聚四氟乙烯相比,相對密度相近(為2.07~2.08)硬度大,摩擦系數大。與鋼相對為0.3.耐熱性及高溫耐腐蝕性比F4稍差,但有良好的耐熱流(蠕變)性,高的壓縮強度,良好的耐磨性和尺寸穩定性。反復彎折,不影響性能,號稱氟塑料中的“尼龍”。作為泵的耐腐蝕襯里,粘接強度高,效果良好。氟塑料是現代工程材料之一,由于具有各種金屬所不具有的優越性能,在國外發展成為工業部門不可缺少的材料
 

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