1.2 Гидростатические и гидродинамические опоры и направляющие

Когда в процессе работы смазка полностью разделяет трущиеся поверхности, то такое трение называется жидкостное. При использовании жидкостной смазки в опорах скольжения зависимости различают гидродинамический и гидростатический способы смазывания.

1.2.1 Гидродинамические подшипники

Гидродинамическое смазывание реализуется в процессе вращения цапфы в подшипнике после достижения определённой (критической) скорости вращения (рис. 1.22). Первоначально цапфа неподвижного вала лежит на поверхности подшипника (рис. 1.22 а), и потому начальный период вращения вала характеризуется режимом граничного трения. По мере увеличения угловой скорости вала частицы смазочного масла втягиваются в клиновой зазор между поверхностями цапфы и подшипника. Давление масла в этом зазоре повышается и при достижении критической скорости вращения вала, цапфа всплывает, т.е. происходит полное разделение трущихся поверхностей.

Рис. 1.22 Гидродинамическая смазка подшипника скольжения

Среднее давление, развивающееся в клиновом зазоре, прямо пропорционально динамической вязкости масла, частоте вращения вала и обратно пропорционально толщине масляного слоя. Такая зависимость способствует саморегулированию толщины смазочного слоя от действующей на цапфу вала нагрузки. Давление в клиновом слое может достигать больших величин, и поэтому подача масла производится в зону разрежения, что не требует больших затрат мощности на смазывание и системы смазки высокого давления. Упорные гидродинамические опоры выполняются многоклиновыми со специальными скосами.

Недостатки гидродинамических опор:

– нестабильность положения оси вала при изменении скорости вращения;

– повышенный износ в момент пуска и остановки;

– сложность конструкции, создание систем для подкачки масла и удерживание его в опоре (герметизация);

– сложность изготовления, монтажа, эксплуатации.

1.2.2 Гидростатические подшипники

Принцип действия гидростатического подшипника (рис. 1.23) основан на том, что при прокачивании масла под давлением от источника питания (наноса) через зазоры между цапфой вала и подшипником, в зазоре образуется несущий

Рис. 1.23 Гидростатическая смазка подшипника скольжения

масляный слой, который исключает непосредственный контакт поверхностей. В радиальных подшипниках равномерно по окружности делают полости-карманы, куда через дроссели подаётся под давлением масло от насоса. При приложении внешней нагрузки вал занимает эксцентричное положение, зазоры h в подшипнике перераспределяются, что приводит к увеличению давления p масла в одних карманах и уменьшению в противоположных. Уравнения давлений в карманах не происходит вследствие наличия дросселей на входе в каждый карман. Разность давлений создаёт результирующую силу Fr воспринимающую внешнюю нагрузку. Отвод масла обычно производится через торцы подшипника, а иногда через дренажные канавки, выполненные на перемычках между карманами.

Рис. 1.24 Гидродинамический подшипник

В гидростатических подшипниках масло подаётся навстречу основным нагрузкам (рис. 1.24), действующим на цапфу вала, а давление насоса выбирается таким, чтобы цапфа вала всплывала на слое смазки. Применяются в тихоходных тяжело нагруженных валов, для гидростатической центровки валов в прецизионных машинах, а также в периоды разгона до достижения гидродинамического режима смазывания.

Достоинства гидростатических опор:

• обеспечивают высокую точность вращения,

• обладают высокой демпфирующей способностью, что повышает виброустойчивость направляющего узла,

• долговечны, отсутствие износа рабочих поверхностей;

• высокая плавность хода,

• высокая нагрузочная способность при любой частоте вращения вала;

• возможно использование в системах адаптивного управления, в качестве датчиков силы, приводов микроперемещений и д.р.

Недостатки:

– сложность конструкции, создание систем для подкачки масла и удерживание его в опоре;

– ограниченный температурный диапазон работы (предварительный разогрев или охлаждение смазки),

– требование герметизации.

Этих недостатков лишены опоры и направляющие с газовой смазкой.

По конструкции направляющие с жидкостным трением могут быть: цилиндрические, призматические, профильные.