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一、什么是浮環(huán)軸承？
浮環(huán)軸承也可以稱(chēng)為浮動(dòng)套滑動(dòng)軸承（有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)：浮動(dòng)軸承），這種軸承是在原有徑向滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，再加入一個(gè)或多個(gè)可在軸頸和軸承之間自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸套，將原來(lái)的一個(gè)摩擦副變?yōu)閮蓚€(gè)或多個(gè)同時(shí)工作的摩擦副，浮環(huán)套兩邊均為潤(rùn)滑油。下面以牙輪鉆頭工況的浮動(dòng)套軸承為參照，看下浮環(huán)軸承的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。
圖1 牙輪鉆頭浮環(huán)軸承（浮動(dòng)套滑動(dòng)軸承）試件結(jié)構(gòu)示意圖
1—牙爪（軸承內(nèi)副）；2—牙輪（軸承外副）；3—浮動(dòng)套；4—密封圈
浮環(huán)軸承可分為兩種：一種全浮動(dòng)軸承（浮環(huán)旋轉(zhuǎn)），如下圖2所示；另一種是半浮動(dòng)軸承（不旋轉(zhuǎn)），如下圖3所示；
圖2 全浮動(dòng)軸承
圖3 半浮動(dòng)軸承
二、乳環(huán)軸承的使用特點(diǎn)
1、較高的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。浮動(dòng)套的引入，使徑向軸承的油膜從單膜變?yōu)殡p膜或多膜，經(jīng)理論和試驗(yàn)研究證明其具有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。
2、高轉(zhuǎn)速時(shí)旋轉(zhuǎn)精度高。由于其具有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，所以在高轉(zhuǎn)速時(shí)具有較高的旋轉(zhuǎn)精度，可以作為機(jī)床、電主軸等的支承系統(tǒng)。
3、結(jié)構(gòu)緊湊，易于調(diào)整。通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，可以控制浮動(dòng)套與軸承的轉(zhuǎn)速比。
4、摩擦功耗低、溫升容易控制。由于浮動(dòng)套的引入，使得軸承內(nèi)外運(yùn)轉(zhuǎn)于不同的速度區(qū)域內(nèi)，且浮動(dòng)套具有較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速比，因此，軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有較低的摩擦損耗。
5、壽命較普通滑動(dòng)軸承長(zhǎng)。由于軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦損耗較低，其散熱和溫度的變化可以得到較好的控制，降低了軸承的磨損速度，延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。
6、適合在高速、大載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)。由于浮動(dòng)套的引入使得軸承相對(duì)速度降低，同時(shí)也降低了出現(xiàn)紊流的臨界速度，可使軸承在高速下承受較大載荷。
三、乳環(huán)軸承的工作原理
在滑動(dòng)軸承中加入浮動(dòng)套后，軸頸或軸承旋時(shí)，由于摩擦力將使得浮動(dòng)套轉(zhuǎn)動(dòng)，在潤(rùn)滑狀態(tài)下浮動(dòng)套內(nèi)外將各形成一個(gè)具有一定承載能力的油膜當(dāng)浮動(dòng)套的轉(zhuǎn)動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，作用在浮動(dòng)套內(nèi)外表面上的合力和摩擦力矩分別達(dá)到平衡，這樣就將原徑向滑動(dòng)軸承的一個(gè)摩擦副變成能了浮動(dòng)套內(nèi)外兩個(gè)摩擦副，且每個(gè)摩擦副的相對(duì)滑動(dòng)速度都低于原軸承。
由摩擦學(xué)原理可知，滑動(dòng)軸承的摩擦功率損失隨摩擦面之間相對(duì)滑動(dòng)速度的平方而變化，但是只和摩擦面的接觸面積成線(xiàn)性變化。浮動(dòng)套軸承將原軸承一分為二后，由于增加了一個(gè)摩擦副，所以增加了摩擦面的接觸面積，但由于同時(shí)降低了摩擦面之間的相對(duì)滑動(dòng)速度，從而降低了軸承的摩擦功率損失。因此，若所有其他參數(shù)保持不變，由于浮動(dòng)套的旋轉(zhuǎn)將常常使得阻力有所減小，隨之而來(lái)的是摩擦功率損失降低、軸承溫升下降等一系列變化。
如下圖4所示，當(dāng)浮動(dòng)套穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí)，依據(jù)平衡條件，內(nèi)外油膜壓力在浮動(dòng)套上產(chǎn)生的合力應(yīng)該大小相等，方向相反，且內(nèi)外兩個(gè)摩擦副作用在浮動(dòng)套上的摩擦力產(chǎn)生的力矩應(yīng)該大小相等。
圖4 牙輪鉆頭浮環(huán)軸承（浮動(dòng)套滑動(dòng)軸承）試件結(jié)構(gòu)示意圖
四、浮環(huán)軸承試件的設(shè)計(jì)及加工
浮動(dòng)套軸承的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于其內(nèi)外間隙大小的確定。對(duì)于牙輪鉆頭，內(nèi)間隙大于外間隙時(shí)浮動(dòng)套才可能在外副摩擦力的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，起到將摩擦副一分為二的作用。因此，結(jié)合牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了3種間隙配合，試件的部分零件圖和裝配圖基本尺寸與結(jié)構(gòu)相同。
1、試件由成都某機(jī)械廠(chǎng)加工制造，3組試件的照片如圖5所示。
圖5 牙輪鉆頭浮環(huán)軸承（浮動(dòng)套軸承）試件
2、3個(gè)軸承試件的實(shí)際尺寸和間隙配合見(jiàn)表1。內(nèi)外間隙比分別為1.72、3.54、0.89，為了驗(yàn)證開(kāi)口油楔對(duì)浮動(dòng)套運(yùn)轉(zhuǎn)性能的影響，三號(hào)浮動(dòng)套為開(kāi)口型浮動(dòng)套。
表1 浮環(huán)軸承（浮動(dòng)套軸承）試件結(jié)構(gòu)尺寸表
3、圖6為安裝在軸承實(shí)驗(yàn)機(jī)上的牙爪和上面的傳感器照片。圖8是鑲有3塊磁鐵的浮動(dòng)套和“O”形密封圈照片。
圖6 安裝在軸承試驗(yàn)機(jī)上的牙爪
圖7 鑲有3塊磁鐵的浮動(dòng)套和“O”形密封圈
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