流体膜軸受の歴史と力学、パート 1

ベアリングは、定義上、世界を動かし続けます。 ベアリングがなければ、動作は飛躍的に困難になります。 最も一般的なベアリングは、ボールまたはシリンダーを使用してシステム内での回転を可能にする転動体ベアリングです。

モーターおよびポンプ業界では、ほとんどの流体膜ベアリングは、動きを利用して表面を強制的に引き離すために必要な圧力を生成する流体力学的設計です。 これらは通常、加えられる圧力に正比例する流量を持つオイルなどのニュートン流体で潤滑されます。 オイルの粘度により、流体力学的膜と圧力の形成が可能になります。 多くの内部層で構成される油膜を視覚化します。 各レイヤーは、移動要素の速度の倍数で上のレイヤーによって描画されます。 オイル内のこれらの層は摩擦を引き起こします。 可動要素内で運動を引き起こすために必要な力は、油の層間の摩擦に正比例します。 粘度は、この内部摩擦に打ち勝つ力によって測定および決定されます。

機器の検査時に潤滑不良がよくある問題であることが判明した場合は、使用しているオイルの粘度を評価することをお勧めします。 温度、用途、負荷はすべて、潤滑効率に影響を与える可能性があります。 正しいオイルに関するガイダンスについては、アプリケーションの詳細をすべて OEM に問い合わせてください。 多くの場合、機器は汎用目的のために設計されていますが、特定の用途に合わせて変更できます。 新しいシステムの設置を検討している場合は、動作条件に関するすべての詳細を必ずメーカーに提供してください。 適切な潤滑は、ユニットの稼働期間が 10 か月か 10 年かの違いを意味します。

粘度と油についてこのように理解すると、装置の回転のために揚力と分離のための油膜を作成するために粘度をどのように操作するかを調べることができます。 収束および発散ウェッジを使用して、オイルの絞りと放出によって設計圧力が生成および解放されます。 ラジアルベアリングでは、ボアは通常、シャフトよりも 0.001 ～ 0.002 インチ大きくなるように設計されています。 これは、5 インチのシャフトの場合、0.005 ～ 0.010 インチのクリアランスに相当します。

実際のクリアランスはメーカーや用途によって異なります。 このクリアランスにより、収束ウェッジと発散ウェッジの形成が可能になります。 オイルはシャフトの回転力によってウェッジ構造に引き込まれると、より小さな空間に圧縮されます。 これにより圧力が増加します。 また、回転コンポーネントの揚力も生成し、可能にします。 オイルが圧縮空間を出ると、発散ウェッジに沿って非圧縮空間に引き込まれます。

機械が停止しているとき、金属同士の接触が存在する可能性があります。 始動前に、シャフトを持ち上げて所定の位置に滑り込ませるためにオイルを塗布する必要があります。 始動時の初期摩擦により、最初に供給されたオイルがベアリングの収束ウェッジに引き込まれると、シャフトがベアリングの側面をわずかに乗り上げます。 オイルが圧縮されると圧力が上昇し始め、金属間の接触が分離します。 ジャーナルとベアリングに沿って流体膜が形成されると、シャフトは動作位置に移動します。 この点は、回転に応じて荷重の左側または右側になります。

一定の条件下では、油膜によって発生する力は、わずかに偏心した位置で加えられる荷重と等しくなります。 ウェッジの小さい方の端は、膜厚が最小になる場所です。 モーターやポンプ内のベアリング システムは、この偏心を考慮して設計されています。 エンドリークは供給オイルに関する要因となります。 収束ウェッジに沿って端部の漏れが発生するため、油膜が形成されるように十分な油を堆積する必要があります。 これは、発散ウェッジが始まるポイントでもあります。

発散ウェッジは、最大圧力/最小膜厚ゾーンを通過すると始まります。 これにより、圧力がシステム内の低圧クリアランス ゾーンに解放されます。 この低圧ゾーンはベアリング荷重の反対側に作成されます。 負荷ゾーンの出口で、発散ウェッジが負圧でオイルを引き出し始めます。 ベアリングの寸法、速度、負荷、粘度、供給圧力によって、正圧が回復する前に存在できる負圧の程度が決まります。 回転要素がオイルを引き出す一方で、収束する高圧側がオイルを押し出すため、発散ウェッジでの圧力低下はより急速になります。 端部の漏れも、圧力低下が発生する速度を決定する要因です。 これにより、オイルが循環して熱を放散し、収束ウェッジに再進入してプロセスを再開することができます。