Важность точного определения всех действующих на подшипник нагрузок

Как уже говорилось, одной из отличительных особенностей расчета аэродинамических подшипников является необходимость тщательного контроля всех нагрузок, действующих на подшипник. В большинстве гидродинамических подшипников посторонние нагрузки, действие которых обусловлено такими факторами, как несоосность шипа и подшипника и дисбаланс вала, могут быть малыми по сравнению с непосредственной нагрузкой, тогда как в аэродинамических подшипниках эти нагрузки имеют тенденцию быть сравнимыми и даже превышать величину непосредственной нагрузки, обусловленной, например, весом вала (фиг. 2.8).

Рис. 2.8. Влияние скорости на несущую способность подшипника и действующие на него нагрузки. Показан максимально допустимый интервал рабочих скоростей

Таким образом, чтобы подшипник выдерживал полезную нагрузку, нужно обращать особое внимание на устранение этих посторонних нагрузок. Чрезвычайно важно также иметь как можно больше сведений об этих непосредственных нагрузках. Следовательно, первым шагом в расчете аэродинамического подшипника является определение рабочих условий в целом. При этом очень важно исходить не только из нормальных условий работы подшипника, но также учитывать и все критические случаи и переходные условия. С этой целью необходимо проследить за изменениями нагрузок, действующих на подшипник. Эти изменения можно рассматривать в двух аспектах.

1. Изменения ожидаемых значений всех нагрузок, непосредственно и косвенно действующих на подшипник, таких как:
а) статические нагрузки, например полный вес вала;
б) динамические нагрузки, например силы, действующие за счет дисбаланса или синхронные возмущения (обычно обе эти силы пропорциональны полному весу вала, поэтому появляется дополнительный аргумент в пользу максимально возможного облегчения вала);

в) переменные силы, такие, как перегрузки на борту движущегося объекта;
г) аэродинамические силы, возникающие, например, при наличии перепада давлений на каждой из сторон диска турбины; в зависимости от конструкции ее лопаток они бывают осевыми или радиальными;
д) магнитные силы, индуцируемые электродвигателем.

2. Необходимо знать величину и скорость изменения всех параметров, могущих влиять на несущую способность подшипника и на величины некоторых нагрузок. К таким параметрам относятся: скорость, окружающее давление и распределение температуры. Характер влияния этих трех параметров различен.

Скорость. Многие действующие на подшипник силы, такие, как динамические нагрузки и аэродинамические силы, возрастают пропорционально квадрату скорости вращения шипа, в то время как несущая способность в лучшем случае пропорциональна только первой степени этой скорости, а при наличии эффектов сжимаемости, оказывающих доминирующее влияние на поведение подшипника, от скорости не зависит. Таким образом, для подшипника данной конструкции часто существует ограниченный Диапазон изменения скорости (фиг. 2.8).

Окружающее давление. Вопрос о влиянии давления окружающей среды уже обсуждался в подразд. 2.2.1, где было показано, что, когда это давление мало, его изменение оказывает непосредственное влияние на величину несущей способности, а когда оно велико, несущая способность не зависит от давления.

Температура. Влияние температуры прежде всего сказывается на изменении вязкости смазки (фиг. 2.7) и, следовательно, несущей способности подшипника, хотя на практике это влияние несущественно, если температура не изменяется в очень широких пределах или если не имеют место криогенные температуры. Далее, температура может влиять на величину зазора радиального подшипника, если коэффициенты линейного расширения отдельных деталей подшипника не подобраны надлежащим образом. Температура может также влиять на величины аэродинамических сил, обусловленных наличием перепада давлений на каждой стороне диска турбины.

Точность, с которой можно предсказать величины нагрузок, действующих на подшипник, и рабочие условия, в значительной степени определяет объем труда, затрачиваемого при последующей разработке. Опыт показал, что в тех случаях, когда потребовалось проводить дополнительные исследования, большая часть из них была направлена на преодоление действия неожиданных нагрузок, изменений несущей способности или устойчивости, вызванных непредвиденными изменениями рабочих условий.