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流体轴承 编辑

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流体轴承

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流体轴承是一种轴承,其载荷由轴承表面之间的快速移动的加压液体或气体薄层支撑。由于运动部件之间没有接触,因此没有滑动摩擦,使流体轴承比许多其他类型的轴承具有更低的摩擦、磨损和振动。因此,如果操作正确,一些流体轴承的磨损可能接近于零。

它们可以大致分为两类:流体动力轴承(也称为流体动力轴承)和流体静力轴承。静压轴承是外部加压的流体轴承,其中的流体通常是油、水或空气,加压是由泵完成的。流体动力轴承依靠轴颈的高速(轴的一部分靠在流体上)来对面之间楔形中的流体加压。流体轴承经常用于高负载、高速或高精度应用,在这些应用中,普通滚珠轴承寿命短或会引起高噪音和振动。它们也越来越多地用于降低成本。例如,硬盘驱动器电机流体轴承比它们所替代的滚珠轴承更安静、更便宜。应用非常广泛,甚至可以用于复杂的几何形状,例如丝杠。

操作特点

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与具有类似额定载荷的其他轴承相比,流体轴承可以相对便宜。轴承可以像两个带有密封件的光滑表面一样简单,以保持在工作流体中。相比之下,传统的滚动轴承可能需要许多形状复杂的高精度滚子。静压轴承和许多气体轴承确实具有外部泵的复杂性和费用。

大多数流体轴承几乎不需要维护,寿命几乎无限。传统的滚动轴承通常寿命较短,需要定期维护。泵送流体静力和空气静力(气体)轴承设计保持低摩擦至零速并且不需要遭受启动/停止磨损,前提是泵不会发生故障。

流体轴承通常具有非常低的摩擦——远好于机械轴承。流体轴承中摩擦的一个来源是流体的粘度,导致动态摩擦随着速度的增加而增加,但静摩擦通常可以忽略不计。即使在非常高的速度下,静压气体轴承也是摩擦力最低的轴承之一。然而,较低的流体粘度通常也意味着流体从轴承表面泄漏得更快,因此需要增加泵的动力或密封件的摩擦。

当滚子或球承受重载时,流体轴承的间隙在负载下的变化比机械轴承小(“更硬”)。与xxx设计载荷一样,轴承刚度似乎是平均流体压力和轴承表面积的简单函数。在实践中,当轴承表面被压在一起时,流体流出受到限制。这显着增加了轴承面之间的流体压力。由于流体轴承面可能比滚动面大,即使很小的流体压力差也会引起很大的恢复力,从而保持间隙。

但是,在轻载轴承(例如磁盘驱动器)中,典型的滚珠轴承刚度约为10^7MN/m。类似的流体轴承的刚度约为10^6MN/m。因此,一些流体轴承,特别是静压轴承,特意设计为预加载轴承以增加刚度。

流体轴承通常会固有地增加显着的阻尼。这有助于减弱轴颈轴承陀螺频率下的共振(有时称为锥形或摇摆模式)。

制造原子级光滑和圆润的机械轴承是非常困难的;机械轴承在高速运转时因向心力而变形。相比之下,流体轴承会自我修正微小的缺陷和轻微的变形。

流体轴承通常比滚动轴承更安静、更平滑(摩擦更一致)。例如,采用流体轴承制造的硬盘驱动器的轴承/电机噪声额定值为20–24dB,这比安静房间的背景噪声稍高。基于滚动轴承的驱动器的噪音通常至少为4dB。

流体轴承可以用比球轴承或滚动元件轴承更低的NRRO(不可重复跳动)制成。这在现代硬盘驱动器和超精密主轴中至关重要。

可倾瓦轴承用作径向轴承,用于支撑和定位压缩机中的轴。

流体轴承

流体轴承的缺点

  • 轴承必须保持压力以防止磨损,静压型轴承在减压时可能完全不动。
  • 与滚珠轴承相比,总体功耗通常更高。
  • 功耗和刚度或阻尼随温度变化很大,这使得流体轴承在宽温度范围情况下的设计和操作变得复杂。
  • 许多类型的流体轴承在冲击情况下或供应压力意外损失下会发生灾难性的卡死。滚珠轴承逐渐恶化并提供声学症状。
  • 与球轴承中的保持架频率振动一样,半频涡动是一种轴承不稳定性,会产生偏心进动,从而导致性能不佳和寿命缩短。
  • 流体泄漏;将流体保持在轴承中对于液体类型可能是一个挑战,在某些情况下可能需要真空回收和过滤。
  • 在漏油可能具有破坏性或维护不经济的环境中,油液轴承是不切实际的。
  • 流体轴承“轴瓦”通常必须成对或三重使用,以避免轴承倾斜和从一侧丢失流体。
  • 与无脂机械轴承不同,流体轴承不能在某些专业科学研究应用所需的极低温度下运行。

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