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滑动轴承润滑方式的结构选择


滑动轴承主要按润滑介质的状态设计结构,根据介质的润滑性能来选择确定润滑结构形式。一般润滑结构分为如下四种形式。
①  普通导流槽式结构
②  液体静压式结构
③  液体动压式结构
④  动、静压结合式结构
在磁力驱动泵中轴承除特殊情况外,一般采用:①和②两种结构形式。

  1. 普通导流槽式结构
普通导流槽式滑动轴承的结构分为直导流槽和螺旋槽形式。
  • 圆弧形的弧形根据液体润滑状态的实际需求可设计成圆形、椭圆形等其它弧形,其结构图如图5-22所示。矩形槽的槽形根据润滑状态的需求可设计成方形、长方形、梯形以及其他形槽,其结构如图5-23所示。(待插入图片)
 
螺旋槽的螺旋方向是根据使用状态如何润滑介质的流向、流量大小以及压力等设计确定。双头螺旋槽及多头螺旋槽其槽螺旋的方向根据应用的状态也可以设计成为交叉形、单一形。槽的形状根据应用效果及技术的需求设计确定,可成形为直角型、圆弧形、梯形等。槽的旋向定位与流体流向,流体的导流性要求等有关。
(2)   液体静压式结构
液体静压式结构的滑动轴承通称液体静压润滑滑动轴承,是利用外部供液系统将具有一定压力的液体通过导流孔送入压力腔形成压力工作面浮起运动转子以建立承载液膜。因此,液体静压式滑动轴承在极低至很低的速度范围内都能得到液体润滑,使用周期长、稳定可靠。

5.7.6 滑动轴承导流槽基本尺寸确定的考虑

滑动轴承的设计过程中,正确选择导流槽的基本尺寸是计算滑动轴承的一重要环节。因此对导流槽结构的作用以及相关的技术参数等要做详细的分析、计算,以正确确定设计尺寸。
  1. 导流槽的作用
滑动轴承中导流槽是一关键结构,它的主要作用如下:
①  润滑作用  导流槽中要保证工作介质畅通并具有充分液流,力求保证润滑作用,尽可能减少润滑不良造成摩擦磨损。
②  冷却作用  导流槽中介质畅通循环,起到强制冷却轴承工作摩擦发热的作用,以防止垫粘、烧结等现象
③  导流作用  在机械内部需要介质循环时,导流槽也可作为循环介质的导流孔,使介质按需求的方向流动。
④  排空作用  导流槽还可排除空气、排除润滑介质的杂物、排除摩擦磨损的物料,对轴承起到保护作用。
⑤  清洁作用  导流槽还能帮助整机扫线,清除残余介质及防止其他介质的混入、污染等。
(2)   与导流槽相关的技术参数
设计导流槽时要考虑到导流槽相关的一些主要技术问题和参数,有利于正确设计和合理选择相关尺寸。主要的技术问题相关参数是:
①    导流槽中的流体源及压力;
②  通过导流槽的最小流量和最大流量
③  流体的黏度、温度、密度等
④  轴瓦材质的物理、化学性能参数
⑤  轴瓦材质的加工性能
(3)   确定螺旋槽导程中考虑的因素
螺旋槽式滑动轴承的螺旋槽的基本尺寸设计确定后,螺旋槽导程的设计确定中除常规的设计方法外,还应考虑几个其他方面的因素:
①  螺旋槽的头数
②  过流量及液流压力
③  载荷状态
④  流体的润滑性能
⑤  轴瓦材质的自润滑性能

          5.7.7 滑动轴承结构设计中应注意的一些技术问题

        滑动轴承是由滑动轴套和滑动轴瓦组成的一对摩擦副。在结构设计中滑动轴套一般选用硬质材料。滑动轴套在动轴式结构中未旋转件,在定轴式结构中为静止件;一般情况下,滑动轴瓦选软质材料,在应用中也可选为与轴套材质配对使用的硬质材料。滑动轴瓦在动轴式结构中为静止件,在定轴式结构中为旋转件。滑动轴承的转速主要根据润滑介质状态和润滑结构形式确定;其承载能力是由材料的摩擦性能和润滑状态决定的;其导流槽结构尺寸等是根据润滑情况设计确定的。
滑动轴承的应用中除考虑润滑问题外,在结构设计中还应注意的一些技术问题是:强度问题、定位问题、拆装调试问题、材料配对问题等。
(1)   强度问题
轴瓦选用非金属或混有金属的软质非金属材料,强度问题较为突出。一是考虑加工成型过程和成型后的变形问题;二是考虑破裂问题;三是考虑热变形问题;四是考虑导流槽对轴瓦强度的影响问题;五是安装过程中的精度问题。
轴瓦选硬质陶瓷类材料,设计和配合组装尺寸及尺寸公差要适中。陶瓷类材料做轴瓦件不宜热装和过盈配合装配;不宜开深长键槽和深圆弧形直导流槽和螺旋槽;加工精度要求高;而且易碎裂不宜用于冲击大、振动大的场所。
轴瓦选用硬质金属材料要有充分的冷却润滑,因为轴套多选用硬质金属材料。硬质金属与硬质金属对磨易摩擦发热黏结、拉伤、磨损等;由于硬质金属材料的硬度高,易应力集中,运转时易热裂。因此导流槽及键槽等不宜开得过深;硬质金属材料除在一些特殊环境中应用外,一般做轴瓦不多采用。
轴瓦选用软质金属材料如巴氏合金、球墨铸铁、铜及铜混合铸造材料等,强度问题易解决。选用这类材料易加工成型,较一般非金属材料强度高、性能稳定。
轴套的材料选择较单一,一般要求硬度高,HRC值达到60左右,具体数据根据不同材质确定,耐磨性能好;若应用在腐蚀性工况中,要求耐腐蚀性能也要好。在结构设计中,无论是定轴式还是动轴式,选材方法基本一样,强度考虑及强度计算过程基本一样。
轴套选用材料除去一些特殊情况外,一般选用硬质材料,如陶瓷类材料,喷涂、堆焊型高温硬质合金材料以及一些钢类材质热处理材料等。它的强度问题主要从两个方面考虑。
一是碎裂问题,碎裂主要为机械性碎裂和热裂碎裂两种情况。机械性碎裂一般是材料的性能决定的。当然造成机械性碎裂的现象大部分是由于使用不当造成的,热裂碎裂的现象主要是发生在摩擦发热过程或冷热差变化较大时。产生热裂碎裂的主要原因,一是材料性能问题;二是材料内部产生残余应力或应力集中造成的。
二是应力问题 。 轴套要求硬度高,所以选用的材料在工艺过程易产生应力,因此应力消除很重要。如结构上的槽、沟直角问题,厚度的均匀性问题,导流槽、键槽的深度问题,豁口大小等问题。以上的这些技术问题如处理适当,就不易造成残余应力存在或应力集中,现场应用中不易造成碎裂和热裂碎裂。
(2)   定位问题
轴瓦的安装方式分为两种情况。一种是采用轴瓦座安装;另一种是在轴承箱上直接安装。轴瓦的定位方法分为销钉定位,压紧定位。
销钉定位对轴瓦采取开豁口或打孔的方法,装配后轴瓦有适当的位移量,不产生装配变形。主要用于非金属材料轴瓦件。
螺钉定位主要用于金属软质材料轴瓦件和硬质金属轴瓦件。用螺钉在适当部件拉紧定位而不易造成变形。
压紧定位主要用于易碎裂和陶瓷类轴瓦。
轴套在轴上安装定位的方法,主要有开豁口用销钉定位、开键槽用键定位、轴上压紧定位等三种方法。
(3)   拆装调试问题
滑动轴承的轴瓦、轴套件设计精度高,加工要求严格,属精密机械零件。在磁力驱动泵上滑动轴承使用较广泛,而且应用的场所一般较为苛刻。因此不同的使用环境中配对选材不同,相对来说选用材料比较复杂。滑动轴承在装配过程中要求精度高,如不能有过盈量;装拆过程中不能敲打、碰撞;不能有拉伤、变形等现象;装配好后要检查同心度、平行度等。
(4)   材料配对问题
在滑动轴承的设计中根据工程的要求,先设计选定轴套或轴瓦件及材质,然后根据选定件的结构、材质来选择配对相适应的另一配对件的材质,并设计确定结构。这里强调指出的是根据不同的工况条件选择相应的不同的配对材料,是比较重要的技术问题。
(5)   间隙配合
滑动轴承的配合间隙有一个比较基本的规范数据,但在设计中根据实际选择配对的材质的热变形及线型变形的性能以及工况状态的实际情况要进行适当的计算修正,特别是对于工程塑料类的软质金属材料来说比较突出。

5.8磁力驱动离心泵用特殊材料的选用

近年来随着国内外磁力驱动泵的迅速发展,根据泵所输送介质的特殊性,并结合泵所要承受的力学特殊性对泵的材料进行更新,在泵设计中采用了许多新的特性材料,现分述如下。
(1)   隔离套采用新材料
采用氟塑料制作隔离套在较小功率磁力驱动泵上已普遍使用,从使用效果看在低温低压下较为理想。采用的氟塑料主要有:聚四氟乙烯、偏三氟、偏二氟等材料。
氟塑料隔离套由纤维增强的氟塑料制成,也可以用薄壁金属筒或金属网状件加强这种氟塑料隔离套的特性,既可减少产生涡流损失,又可提高泵的抗压强度。
(2)   泵轴用新材料
采用Al2O3、 Si3N4 、SiC 陶瓷作为磁力驱动泵泵轴的制作材料在国内已得到了成功的应用。
陶瓷属于无机非金属材料,广义的陶瓷通常被定义为一种通过高温烧结而成的无机非金属材料。高温结构陶瓷主要是离子键和供价键结合,气其结合力是比较强的正负离子间的静电引力或共用电子对,所以它具有高的熔点和硬度。陶瓷是一种多晶多相体系结构,由大量微细晶粒组成。晶粒之间存在一定量的气孔、微裂纹和析出物。
国内试制的陶瓷轴是由精制的超细粉末原料,经过合理的配制冷压成形。配方中含有胶黏剂、除气剂、增韧剂等,经高温烧结而成。
陶瓷的力学性质通常是在外力作用下不发生显著形变或被破坏,它的弹性模量很高,抗拉及抗弯强度远远低于抗压强度,抗冲击强度低。
在国外,陶瓷部件一般是采用热等静压方法生产的,热等静压是在高压容器内用气体(氩气或氮气)对样品进行各向相同的均匀加压。这种设备中,气体压力可达300MPa,加热温度可达2000℃。热等静压可以烧结形状复杂的制品,使产品获得很高的密度和优良的物理与机械性能,但价格昂贵,现在,我国这方面的技术相对薄弱。
同时,用陶瓷做泵轴在国内仍属试制或试用阶段,目前主要从三方面来改善陶瓷轴的工况条件,以弥补制造工艺上的不足。
 
首先,在泵轴设计上采用简单几何形状,轴固定设计为柔性连接,常规金属轴都是刚性支撑,而陶瓷轴最怕 冲击载荷,为防止轴脆性断裂,轴端被固定安放在氟塑料或其它软质材料的件上,在运转过程中使支撑件有弹性形变,轴对载荷有一定的缓冲作用。
 
其次,尽量减轻陶瓷轴上的负荷。在设计中尽可能减轻叶轮、内磁转子等其它零部件的质量,减小轴上负荷。
 
第三,缩短轴的长度。合理进行结构设计,尽可能缩短轴的长度。
经过实践证明:采取这三条措施的轴具有足够的强度,运转性能良好,经过连续运转,无任何异常现象,与同类型装置使用过的各种类型的耐腐蚀泵包括不锈钢泵、钛钢泵相比较,其轴的使用寿命及使用状态都较为理想。
(3)   泵壳过流部分、内磁体包封用新材料
泵壳过流部分、内磁体包封等部件采用耐热、耐腐蚀性能强、机械性能好的氟塑料材料,目前已被广泛的试制、试用,特别是在乙烯强腐蚀介质中已广泛应用。
氟塑料材料具有优良的耐热性、抗蚀性及其它性能,特别是F3、F2材料,与聚四氟乙烯相比,相对密度相近(为2.07~2.08)硬度大,摩擦系数大。与钢相对为0.3.耐热性及高温耐腐蚀性比F4稍差,但有良好的耐热流(蠕变)性,高的压缩强度,良好的耐磨性和尺寸稳定性。反复弯折,不影响性能,号称氟塑料中的“尼龙”。作为泵的耐腐蚀衬里,粘接强度高,效果良好。氟塑料是现代工程材料之一,由于具有各种金属所不具有的优越性能,在国外发展成为工业部门不可缺少的材料
 

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