軸襯速度

軸襯速度

軸襯速度,是指軸襯中承受物件運動的表面所達到的線速度。速度,表示為時間之概念,為每一單位時間所移動的距離,為英文字母代號大寫V,全名Velocity,數值之大小表達快與慢,值越大就越快,值越小就越慢。另一個說法為表面速度Surface Velocity或Surface Speed。

作動方式

軸襯在運用上非常多種情況,作動方式主要區分為三種:

  1. 往復Reciprocation: 物件直線地前後來回之移動,或直線地上下來回之移動。常見於汽缸、減震避震。
  2. 旋轉Rotation: 物件環繞著軸心線做轉動,常見於輪子、馬達。
  3. 擺動Oscillation: 物件環繞著軸心線做轉動,且以順時針與逆時針旋轉交換。常見於時鐘、節拍器。

自潤性的軸襯與滾珠軸承相比,滾珠軸承在擺動過程中,滑動到最高點的速度為零,同時是潤滑中斷的點,導致材料疲勞與磨損加劇,主要原因是滾珠軸承接觸面積小,產生極高的應力。而自潤軸襯依靠內部潤滑劑不會產生中斷潤滑,並且接觸面積大,近乎為與表面完全地滑動,最終產生的磨損很少。

基本公式

速度=距離/時間。Velocity = Distance / Time。V=S/t

距離之公式簡寫有很多個,如x、r、d等等,在這邊我們標示為S,因為物理常用,可理解為Span之取第一個字S,其實可以不用在乎使用哪一個字母,依個人喜好與習慣,因為它們就只是一個公式。

相同之距離,時間越少,速度就越快;反之,時間越多,速度就越慢

軸襯速度 - 公式說明2, 2

相同之時間,距離越長,速度就越快;反之,距離越短,速度就越慢。

轉速換算為速度

正常來說,轉速,簡稱為RPM,代表意思是每1分鐘轉幾圈,即rev/min,首先我們要先求出轉一圈的直線距離是多少,接著乘以轉動圈數n,最後再除以一分鐘等於60秒即可,因此,透過圓周公式是圓直徑乘以π=3.14159,得出π×d×RPM/60之公式。

單位unit

列出一些常用的單位

mm/secmm/mincm/seccm/minm/secm/minft/min
mm/sec1 mm/sec60 mm/min0.1 cm/sec6 cm/min0.001 m/sec0.06 m/min0.19685 ft/min
mm/min0.0166 mm/sec1 mm/min0.00166 cm/sec0.1 cm/min0.000016 m/sec0.001 m/min0.00328 ft/min
cm/sec10 mm/sec600 mm/min1 cm/sec60 cm/min0.01 m/sec0.6 m/min1.9685 ft/min
cm/min0.1666 mm/sec10 mm/min0.01666 cm/sec1 cm/min0.000166 m/sec0.01 m/min0.03280 ft/min
m/sec1000 mm/sec60000 mm/min100 cm/sec6000 cm/min1 m/sec60 m/min196.850 ft/min
m/min16.666 mm/sec1000 mm/min1.6666 cm/sec100 cm/min0.01666 m/sec1 m/min3.2808 ft/min
ft/min5.08 mm/sec304.8 mm/min0.508 cm/sec30.48 cm/min0.00508 m/sec0.3048 m/min1 ft/min

軸襯速度之公式計算

軸襯之速度計算會因為作動方式不同而有差異,承上<作動方式>說明,整個計算重點在於距離之換算,旋轉之方式為每轉一圈之距離,所以會是直徑D乘以π;往復的方式為前後移動之距離,所以會是距離S乘以2;擺動之方式,概念與旋轉方式一樣,但還要乘以擺動角度θ/360。詳細公式,如下圖:

軸襯、法蘭軸襯

旋轉運動

軸襯速度 - 軸襯旋轉運動

擺動運動

軸襯速度 - 軸襯擺動

往復運動

軸襯速度 - 軸襯往復運動

法蘭面、墊片

旋轉運動

軸襯速度 - 法蘭面墊片旋轉

擺動運動

軸襯速度 - 法蘭面墊片擺動

軸襯壓力 - 壓力與速度造成溫度上升

速度有哪些影響

軸襯速度會直接影響使用壽命,壓力與速度同樣地會影響溫度上升,速度影響溫度之比例大,溫度越接近該材質熔點,磨耗就越快。溫度上升與摩擦係數、冷卻、散熱等等息息相關。

軸襯之作動頻率之影響

將作動頻率大致上分為三個:

  • 全時間運作: 機械一運作,軸襯就跟著運作,如馬達,或者視情況去使用,如冷卻風扇。由於摩擦溫度是連續性上升,在評估使用軸襯時是嚴苛的、不利的,故設計時需謹慎的、多方考量,甚至得結合材質極限PV值數據及熱消散(heat dissipation)。
  • 頻率運作: 軸襯運作是可以以一定頻率去運行,例如運轉1分鐘/停止1分鐘。由於軸襯有了等待、停止時間,得到冷卻之時間,這對評估軸襯之使用是有利的。
  • 全時間不運作: 軸襯運作時間幾乎是零,例如座椅把手轉動,有需要的時候,我們才會去轉動它或偶爾才轉動,大部分時間軸襯僅有承載重量,這在評估使用軸襯是簡單的。

當速度太快時,該如何改善

當使用之速度太快時,我們可有哪些方式去改善?

  1. 潤滑油。選擇低黏度、耐高溫的潤滑油。
  2. 表面粗糙度
  3. 降低摩擦係數
  4. 加強冷卻,降低環境溫度,如開冷氣。
  5. 零件選用熱傳遞高,增加散熱。
  6. 變更使用更耐高溫之材質。
  7. 變更使用高PV值之材質。

壓力過大亦或速度過大,兩者改善方式基本上可以是一樣的,承如上述,兩者都會因摩擦生熱,但速度佔比較高,故對於壓力高之改善,會是偏向負載方面去考量,而對於速度高之改善,會是偏向表面接觸與環境方面去考量。