Tre typer av vanliga burar för poröst material och nödvändigheten av långlivad kompletterande oljeförsörjning och vanliga strukturella former
Abstrakt:Smörjegenskaperna och smörjprinciperna för lång－ livlager som används inom flyg- och rymdindustrin sammanfattas,de tre typerna av porösa material burar och nödvändigheten av långa－ livoljeförsörjning och dess gemensamma strukturformer introduceras,långa utvecklingstrender－ livslängdssmörjningsteknik för lager som används inom flygindustrin sammanfattas och prospekteras．
Nyckelord:flyglager; smörjteknik; porös nylon; porös bomull－ fenol; porös polyimid
Lager och lagerenhet bestämmer precisionen, livslängden och tillförlitligheten för rymdfarkoster, och är nyckelkomponenterna i rymdfarkoster. Lagersmörjning är nyckelfaktorn för att förverkliga funktionen, och de flesta lagerfel orsakas av smörjfel. Jämfört med den konventionella lagersmörjningstekniken har flyglagersmörjningstekniken sin särdrag, vilket huvudsakligen manifesteras i att rymdsmörjningsmaterialen, miljön och driftsförhållandena skiljer sig mycket från den atmosfäriska miljön, vanligtvis med ultrahögt vakuum, högt och lågt. alternerande temperatur, hög och låg hastighet och flera startar och avstängningar; Och när rymdfarkosten väl är uppskjuten är det omöjligt att fylla på smörjolja. Därför krävs att flyglagret har låg friktion, hög precision, lång livslängd och hög tillförlitlighet och måste alltid upprätthålla ett bra smörjtillstånd. Detta krav medför många utmaningar för materialet och designen av lager, särskilt i smörjsystemet.
1 Smörjegenskaper hos flyglager med lång livslängd
1.1 Särskildhet vid smörjning av flyglagersmörjning
De speciella arbetsförhållandena, låg friktion, lång livslängd och höga tillförlitlighetskrav för flyglager bestämmer att de inte kan använda konventionell smörjteknik, utan använder solid smörjteknik eller engångsteknik för tunn oljesmörjning, och smörjmetoden är relativt speciell. För höghastighets-, precisions- och långlivade lager, såsom momentum-hjullager, både hemma och utomlands, använd engångsteknik för tunn oljesmörjning, det vill säga buren använder porösa material. Förutom att separera de rullande elementen när lagret roterar, använder buren även porösa former som källa eller bärare av smörjolja, vilket spelar en viktig roll.
1.2 Smörjprincip för flyglager med lång livslängd
Den porösa materialburen som används i flyglager med lång livslängd tillverkas genom att pressa och bränna polymerharts eller harts som innehåller bomullsfiber genom en speciell process, och slutligen sätta smörjolja tryck i det mikroporösa materialet. Buren har en viss mekanisk styrka, och det finns mikrohål inuti eller på ytan. Mikrohålen som innehåller smörjolja blir en kanal för ömsesidig cirkulation av smörjolja.
När lagret fungerar, arbetar buren i samma riktning. På grund av centrifugalkraften tenderar smörjoljan i buren för poröst material att överföras utåt; Samtidigt orsakar värmen som genereras av friktion under driften av lagret temperaturhöjningen av buren, och volymexpansionskoefficienten för smörjoljan är större än den för burmaterialet. Volymexpansionen av smörjoljan som finns i mikroporerna i burmaterialet är större än ökningen av mikroporernas volym, vilket genererar ett inre tryck som tvingar smörjoljan att tränga in i den yttre ytan. Under inverkan av dessa två krafter rinner smörjoljan över från det porösa materialet till ytan. Med ökningen av burtemperaturen minskar viskositeten hos inre smörjolja, dess fluiditet ökar och överföringshastigheten för smörjolja till ytan av rullelementet accelererar. När det rullande elementet roterar överförs smörjoljan på burytan till kontaktbanans yta och bildar gradvis ett lager av oljefilm för att separera ytorna i kontakt med varandra för att spela en smörjande roll.
Det unika med den porösa materialburen är att den har förmågan att återvinna smörjolja. Den kapillärkraft som alstras av porerna i burmaterialet på smörjoljan är omvänt proportionell mot porernas diameter och är direkt proportionell mot ytspänningen mellan smörjoljan och det porösa materialet. Denna kraft förhindrar snabb förlust av smörjolja i buren. När lagret slutar gå sjunker den inre temperaturen. På samma sätt, på grund av de två materialens olika värmeutvidgningskoefficienter, bildas ett undertryck i mikroporerna för att suga in kontaktöverskottssmörjoljan i burhålet. När hastighet, belastning, temperatur, smörjoljeegenskaper och andra yttre förhållanden är säkra kommer en dynamisk balans att upprättas genom drift. Vid denna tidpunkt är oljeproduktionen och oljeabsorptionshastigheten lika, och oljefilmtjockleken är stabil. Detta är ett idealiskt balanstillstånd, och den porösa materialburen går in i ett stabilt arbetsområde.
Flödesprocessen för långtidslagersmörjolja för flyg och rymd med poröst materialbur är: bur → rullande element → löpbana → rullande element → bur.
1.3 Bur för lager med lång livslängd för poröst material
För närvarande använder flyglagret med lång livslängd huvudsakligen porös polyamidmaterialbur, porös bomullsfenolmaterialbur och porös polyimidmaterialbur.
1.3.1 Porös polyamidbur
1959 utvecklade Massachusetts Institute of Technology först poröst nylonmaterial med sammankopplade mikroporer, och sedan applicerades den porösa polyamidburen framgångsrikt på amerikanska Titan-2 gyrolager. När den relativa luftfuktigheten är 50 procent kan det torra porösa nylonmaterialet absorbera 3 procent vikt/vikt vatten och endast 0,6 procent vikt/vikt vatten kan absorberas efter att ha fyllts med olja, vilket indikerar att endast en liten mängd vatten kan komma in i materialet som redan är fyllt med smörjolja.
Jämfört med poröst bomullsfenoliskt burmaterial har det högre oljeinnehåll och kan bilda ett cirkulerande smörjsystem från bur till löpbana och från löpbana till bur. Emellertid kan materialet inte självständigt justera eller ändra pordiametern eller den totala porvolymen enligt behoven, har stor resistans, dålig kemisk stabilitet och temperaturbeständighet, dålig tribologisk prestanda, dålig rymdmiljöbeständighet och andra brister, vilket begränsar dess bredare tillämpning .
1.3.2 Porös bomull - bur av fenolmaterial
Poröst bomullstyg fenolmaterial tar bomullstyg som basmaterial, fenolharts som bindemedel och termiskt reaktivt skummedel som porbildande medel. Det rörformiga materialet är tillverkat genom varmvalsning och sintringsprocess. Den använder den kapillära verkan av bomullsfiber för att lagra och överföra smörjolja till burens yta, vilket spelar en långvarig smörjande roll. Dess värmebeständighet är bättre än hos poröst polyamidburmaterial, med hög dimensionsstabilitet. Det är ett traditionellt poröst burmaterial.
Det porösa bomullsfenoliska burmaterialet är mycket känsligt för fukt. När det porösa bomullsfenoliska burmaterialet som inte har blötts i olja utsätts för luft med en viss fuktighet, kommer materialet att expandera på grund av fuktupptagning och förhindra att olja absorberas av porerna som är förbundna med bomullsfibern i materialet. Diametern på den porösa bomullsfenolburen ökar med {{0}},2 procent ~ 0,4 procent, och buren blir större och klamrar sig fast vid den yttre ringen av lagret. När den helt oljade porösa bomullsfenolmaterialburen utsätts för luft med en viss fuktighet, tvingar fuktabsorptionen upp till 1/3 ~ 1/2 av smörjoljan i sina porer att rinna ut. Därför ska den porösa bomullsfenolmaterialburen skyddas från påverkan av luftfuktighet under tillverkning, oljenedsänkning, lagerinstallation och lagring.
Dessutom har det porösa bomullsfenoliska burmaterialet nackdelarna med relativt låg porositet, oljehalt och oljeretention, vilket begränsar dess användning.
1.3.3 Bur för poröst polyimidmaterial
Den porösa polyimidmaterialburen är gjord av polyimidformningspulver genom kallpressningsfri sintring eller sintringsprocess med konstant volym. Det finns genomgående hål inuti, och porositeten, pordiametern och fördelningen kan kontrolleras genom att ändra beredningsprocessen. Pordiametern och porositeten kan kontrolleras noggrant genom att använda gjutpulver med olika partikelstorlekar och justera gjutprocessparametrarna.
Jämfört med porösa bomullsfenoliska och porösa polyamidburmaterial har porösa polyimidburmaterial god kemisk stabilitet och temperaturbeständighet, utmärkt friktions- och slitprestanda, hög mekanisk hållfasthet, god rymdmiljöbeständighet, hög oljehalt och oljeretention, som är kontrollerbara och justerbara . Det kan ge bra och kontinuerlig smörjning under användning av lager, och har blivit fokus för forskning och tillämpning.
2 Kompletterande oljetillförselteknik med lång livslängd
2.1 Nödvändighet av långlivad tilläggssmörjning
Smörjoljan i den porösa materialburen i flyglager med lång livslängd går förlorad eller försämras, vilket förkortar smörjcykeln. De huvudsakliga orsakerna är följande: (1) under inverkan av centrifugalkraften förloras en del smörjolja till utsidan av lagerbanan, och lagret kan inte smörjas kontinuerligt; (2) under vakuumförhållanden intensifieras förångningen av smörjolja och en del smörjolja går förlorad; (3) under drift kommer smörjoljan också att genomgå kemiska förändringar för att generera icke-smörjande ämnen, vilket är mer uppenbart i högtemperaturmiljöer. Samtidigt blir rymdfarkostens uppdragscykel längre och längre. Till exempel är uppdragscykeln för NASA:s rymdsond 30 år, vilket ställer strängare krav på smörjlivslängden. Enbart oljenedsänkningen i buren för poröst material kan inte möta efterfrågan. Därför är det nödvändigt att utveckla en kompletterande oljeförsörjningsteknik med lång livslängd.
2.2 Princip och gemensam struktur för långlivad tilläggssmörjning
För att effektivt förlänga livslängden för lager och rymdfarkoster är oljeförsörjningssystem, såsom oljereservoar, oljelagringstank och pumphjälpsystem, konstruerade vid installationsdelarna i flyglager. Oljekontrolltekniken används för att få den interna smörjoljan att rinna långsamt till lagren för att komplettera den förlorade eller försämrade smörjoljan.
Enligt arbetsegenskaperna kan smörjsystemet i rymdfarkoster delas in i passivt smörjsystem och aktivt smörjsystem. Det passiva smörjsystemet drivs av centrifugalkraft eller ytmigreringskraft för att kontinuerligt tillföra smörjolja till lagret. De vanliga konstruktionsformerna inkluderar centrifugalsmörjare, sippvätskesmörjare, oljerepssmörjsystem, porös oljereservoar etc. Det aktiva smörjsystemet tillför en fast mängd smörjolja till lagret när det finns ett externt signalkommando. De vanliga konstruktionsformerna inkluderar aktivt smörjsystem, in-situ behovssmörjare, statisk smörjreservoar, etc.
2.2.1 Centrifugalsmörjare
Centrifugalsmörjaren installerad på den roterande delen av lagerenheten är den vanligaste typen av smörjmedel för närvarande. Den cirkulära behållaren är fylld med smörjolja, och det yttersta lagret av smörjoljan ger en utflödesväg för smörjoljan. När lagerenheten roterar roterar även smörjanordningen nära lagerenheten med samma hastighet. Centrifugalkraften gör att smörjoljan rinner ut genom utflödesbanan till lagren som är installerade i båda ändarna av smörjapparaten för att komplettera den saknade smörjoljan.
I centrifugalsmörjaren (fig. 1) fylls smörjoljan i metallbehållaren. Ytterväggen på smörjapparatens yttre hylsa är försedd med ett insprutningshål, och smörjoljan strömmar ut ur hålet under inverkan av centrifugering. Flödeshastigheten styrs av en begränsare installerad i den nedre änden av insprutningshålet i oljebehållaren. Smörjoljan från oljebehållaren tillförs lagret genom en specialdesignad yttre distans som är fäst i mitten av lagret. I denna design smörjs varje uppsättning av lager i enheten av en oberoende smörjare. Den initiala minsta flödeshastigheten i denna smörjapparat är 4 μg/h.
Fig. 1 centrifugalsmörjare
Den största fördelen med smörjapparaten med denna struktur är att den kan säkerställa långtidsdrift utan extern kraftdrivning eller extra uppmärksamhet. Eftersom flödeshastigheten är direkt proportionell mot oljebehållarens oljenivåhöjd, minskar oljenivån i oljebehållaren gradvis med tidens förlängning, så det har nackdelen att minska flödeshastigheten; Aktiveringssystemet för centrifugalverkan ska testas fullständigt i driftsmiljön före applicering.
2.2.2 Utsöndringssmörjare
Den sipprande vätskesmörjanordningen placeras på den yttre dynan av lagerenheten, och änden av dynan bildar lagerenhetens yttre löpbana. Det finns exakta spiralspår på smörjapparatens inre och yttre ytor. Spåren passerar axiellt och överför smörjolja till varje uppsättning lager. Flödeshastigheten styrs av storleken på spiralspåret och hastigheten på lagertransmissionsaxeln. Ett lagersystem för rymden med en vätska sipprande smörjanordning visas i figur 2.
Fig. 2 rymdtrumslagersystem med utsöndringssmörjare
2.2.3 Smörjsystem för oljerep
I detta smörjsystem kommer bomullstyget som är mättat med olja i kontakt med lagret. Friktionskontakt gör att en liten mängd smörjolja samlas på kontaktytan, och smörjoljan vandrar från kontaktytan till lagret. Den andra änden av gasvävsremsan är i kontakt med oljan i oljebehållaren, som kan absorbera olja och bibehålla mättnad.
2.2.4 Aktivt smörjsystem
När ett externt kommando tas emot överför smörjsystemet en viss mängd smörjolja till lagret. När det finns ett behov av smörjolja, kommando att starta smörjapparaten för att uttrycka detta krav genom att öka effekten eller genom att öka lagertemperaturen på grund av ökningen av lagerfriktionsmomentet.
Ett aktivt smörjsystem som styrs av en magnetventil utvecklas. I detta system lagras smörjoljan i metallbälgen och trycksätts av tryckfjädern. Högtrycksoljan drivs och släpps ut i lagret av magnetventilen som är ansluten till oljebehållaren. Om ventilen öppnas i 125 ms kan 0.2 ~ 5 mg smörjolja släppas ut.
Det utvecklade övertrycksmatningssystemet består av en fjäderbelastad metallbälg. Vid reglering av utlösningsventilen strömmar oljan till oljetillförselledningen genom doseringsbälgen och doseringsventilen och smörjoljan levereras till lagerytan. Oljetillförselvolymen styrs av doseringsbälgen och dess struktur visas i figur 3.
1 - frigöringsventil; 2 - mätbälg; 3 - justerbar begränsare; 4 - doseringsventil; 5 - matare; 6 - inre ring (rotation); 7 - bur (inre ringguide); 8 - yttre ring (fast); 9 - oljetillförselrör; 10 - oljereservoar; 11 - fjäderuppsättning
Fig. 3 aktivt styrbart smörjsystem applicerat på satellitlager
Det utvecklade kommandosmörjsystemet innehåller flexibla metallbälgar där olja lagras under omgivande tryck. Som ställdon trycksätter mikrostegmotorn bälgen och oljan strömmar in i lagret genom ett stålrör med en diameter på 0,5 mm. Systemet kan noggrant kontrollera oljeleveransvolymen. När en enstaka operation varar i 5 s, visas oljeleveransvolymen i detta läge i figur 4. Den enastående fördelen med detta system är att smörjoljan lagras under omgivande tryck, och det finns ingen möjlighet till utelämnande. Bälgens kapacitet är 2,5 g, och oljeleveransvolymen för varje cykel är cirka 15 mg. Om den används två gånger om året kommer dess smörjcykel att överstiga 25 år.
Fig. 4 oljeleverans av kommandosmörjsystem
2.2.5 In situ demand-smörjare
Den utvecklade in-situ behovssmörjaren är sammansatt av en porös materialcylinder med en elektronisk värmare. Hög friktion gör att lagertemperaturen stiger, och smörjapparaten drivs när smörjning krävs. Cylindern är fylld med smörjolja och installerad på lagrets fasta krage; Vid uppvärmning av cylindern strömmar smörjoljan ut ur cylindern eftersom den termiska expansionskoefficienten för smörjoljan är högre än den för det porösa materialet; Smörjoljans ytspänning är lägre än lagermaterialets och smörjoljan som strömmar från cylindern migrerar till lagerytan. Genomförbarheten av systemet för rymdfarkoster med lång livslängd utvärderas och verifieras med hjälp av en friktionsmätare i spiralbana.
2.2.6 Statisk smörjbehållare
Den statiska smörjbehållaren består av en porös materialbehållare monterad på en aluminiumhylsa och en värmare fäst på hylsan. Volymporositeten för oljereservoaren är cirka 30 procent, vilket kan bära tillräckligt med smörjolja för hela uppgiften. Oljebehållaren är installerad i den statiska delen av lagerenheten. När värmaren slås på rinner oljan ut och smörjer lagret på grund av olika värmeutvidgningskoefficient. Oljeöverföringsmekanismen för den statiska oljebehållaren visas i figur 5.
1 - bur; 2 - kullager; 3 - tunn oljefilm; 4 - värmare; 5 - värmetråd; 6-oljeånga Fig. 5 oljeöverföringsmekanism för statisk oljereservoar
Fig. 5 oljeöverföringsmekanism för statisk oljereservoar
3 Slutsats
För närvarande uppfyller den porösa materialburen i kombination med det långlivade tilläggssmörjsystemet i princip rymdfarkosternas nuvarande behov för långlivssmörjning. Bland dem kan det passiva smörjsystemet leverera smörjolja kontinuerligt, vilket är mer lämpligt för att komplettera smörjsystemet för rymdfarkoster. Med den ytterligare förlängningen av uppdragsperioden för rymdfarkoster är det nödvändigt att utveckla ett nytt smörjsystem för att komplettera smörjningen, för att möta behoven hos framtida rymdfarkoster för långlivad smörjning.
Mer om Marginell Själv - Smörjande lager:
Som en specialiserad tillverkare av självsmörjande lager och bussningar ägnar Marginal Bearing sig åt att forska och producera nya självsmörjande lagermaterial.
Självsmörjande lager, som namnet antyder, ger sin egen smörjning under drift utan att kräva applicering av fett eller oljesmörjmedel. På grund av detta kallas även självsmörjande lager som underhållsfria eller fettfria lager eftersom de inte kräver eftersmörjning eller fett.
En viktig skillnad att göra är att självsmörjande lager inte är lager som kommer med fett eller oljesmörjmedel i förväg.– dessa lager kallas istället försmorda lager. Försmorda lager kommer att kräva eftersmörjning någon gång under deras livslängd.
Självsmörjande lager fungerar genom att smörjmedel är impregnerat i lagrets glidande lager. Detta smörjmedel kan antingen vara flytande (olja) eller fast (grafit, MoS2, bly) baserat på applikationens krav (som drifttemperatur). När lagret fungerar frigörs smörjmedlet genom porerna i det glidande lagret, vilket smörjer lagerytan. Smörjmedlet är likformigt fördelat genom det glidande lagret och sålunda finns det ingen minskning av lågfriktionslagerprestanda, även om det glidande lagret blir slitet. A"körs i" ytan är vanligtvis också inkluderad i toppen av glidskiktet för att ge lågfriktionslagerprestanda vid start innan det impregnerade smörjmedlet når lagerytan.
