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在軸承與軸接觸的橫截面示意圖中,當軸受到外加的載荷F作用時,軸心從位置O到達新的平衡位置O_1,O與O_1的距離記為偏心距e,引入軸與軸承的半徑間隙記為c=R-r,直線OO_1與垂直方向的夾角記為偏位角θ, O_1 O的延長線截軸承間隙得到此時的液膜最厚處,記為hmax=c+e, OO_1的延長線與軸承間隙相交得到液膜最薄厚度,記為hmin=c-e,其中R為軸承孔半徑,r為軸的半徑。
當軸按照圖示φ處箭頭方向轉動時,液膜最厚處到最薄處之間形成了的愈來愈小的新月形間隙,間隙之間的大量潤滑液體產生了承載推進軸以及其上載荷F的支撐壓力。在新月狀區域內,從hmax開始向下,液體提供的壓力逐漸增大,達到峰值後又再減小,越過hmin處之後,某處因為負壓力液膜有可能發生破裂。
推力滑動軸承潤滑機理
推力滑動軸承一般由軸頸、軸瓦和軸承座構成。在船體推進軸系這種重載工況下,為了使推力軸承提供更大的推力,常常使用可傾瓦推力軸承。不同於固定瓦推力軸承,可傾瓦軸承的瓦塊可以以某個定點為支點旋轉擺動,可以承受較大載荷。這種軸承根據瓦塊結構而劃分為扇形瓦、圓形瓦軸承。其中圓形瓦結構儲油空間大,便於向外傳遞熱量,但是受限於空間局促,承力面積比較有限,難以勝任重載的情形。因此在大型重載場合更多采用扇形瓦塊的可傾瓦推力軸承。本文所依據的某實際推力軸系上面安裝的即是扇形瓦塊推力軸承。下圖是扇形可傾瓦推力滑動軸承的工作原理示意圖。
水平的推力面以ω的速度轉動,傾斜的推力軸瓦在圓周方向與推力面形成角度γr。在軸的徑向方向,推力軸瓦與推力面成角度γθ,由於這兩個傾角的存在,推力軸承的推力軸瓦在圓周方向與軸上的推力面形成的夾角為γr,在兩個傾角的共同作用下,推力軸承軸瓦與推力面間的潤滑油隨著軸旋轉,潤滑油沿著軸的圓周形成新月型間隙。間隙中的潤滑油為推力軸承提供沿著軸的縱向推力,油膜在負壓極大處也會破裂而出現氣穴。