Полезная модель относится к узлам и деталям машин, обеспечивающим нормальную эксплуатацию машин и установок, а именно, к подшипникам скольжения для вращательного движения. Заявленное устройство может быть использовано в шпиндельных опорах шлифовальных станков. Технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является повышение технологичности гидродинамического подшипника, путем упрощения системы регулировки монтажного зазора между подшипником и валом шпинделя станка. Указанная задача решается за счет того, что гидродинамический подшипник, установленный на валу шпинделя станка, содержит два опорных кольца, соединенных штифтами с установленными между ними прокладкой и тремя опорными самоустанавливающимися вкладышами, каждый из которых содержит сферическую опору. При этом на каждом из опорных колец со стороны их соединения выполнена кольцевая фаска, а каждый из трех опорных самоустанавливающихся вкладышей содержит полусферическую канавку. Техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является повышение технологичности гидродинамического подшипника, вследствие особенностей предложенной конструкции самоустанавливающихся вкладышей и упрощения регулировки зазора между опорными кольцами, способом подбора толщины прокладки.

Полезная модель относится к узлам и деталям машин, обеспечивающим нормальную эксплуатацию машин и установок, а именно, к подшипникам скольжения для вращательного движения. Заявленное устройство может быть использовано в шпиндельных опорах шлифовальных станков.

Из уровня техники известна конструкция подшипника качения (а.с. SU 1557382, МПК F16C ЗЗ/38, опубл. 15.04.90, бюл. 14), содержащего внутреннее и наружное кольца, размещенные между ними тела качения и разделяющий их сепаратор в виде торцовых шайб с выступами. Свободное пространство между кольцами заполнено твердосмазочным антифрикционным заполнителем.

Недостатком известной конструкции подшипника качения является его низкая рабочая скорость вращения.

Известен гидродинамический радиальный сегментный подшипник скольжения (а.с. 1516640, МПК F16C 17/24, опубл. 23.10.89, бюл. 39), содержащий установленные на опорных элементах самоустанавливающиеся сегменты, объединенные в замкнутый контур жестко связанными с ними упругими элементами, а также систему контроля и управления нагрузкой, включающую датчик и соединенный с ним усилитель.

Недостатком конструкции гидродинамического подшипника является сложность его эксплуатации, связанная с необходимостью ручной настройки монтажного зазора для каждого из вкладышей. Кроме этого, известный гидродинамический подшипник обладает низкой технологичностью вследствие наличия в его конструкции сложных элементов автоматики.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является повышение технологичности гидродинамического подшипника, путем упрощения системы регулировки монтажного зазора между подшипником и валом шпинделя станка.

Указанная задача решается за счет того, что гидродинамический подшипник, установленный на валу шпинделя станка, содержит два опорных кольца, соединенных штифтами с установленными между ними прокладкой и тремя самоустанавливающимися вкладышами, каждый из которых содержит сферическую опору. При этом на каждом из опорных колец со стороны их соединения выполнена кольцевая фаска, а каждый из трех самоустанавливающихся вкладышей содержит полусферическую канавку.

Техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является повышение технологичности гидродинамического подшипника, вследствие особенностей предложенной конструкции самоустанавливающихся вкладышей и упрощения регулировки зазора между опорными кольцами, способом подбора толщины прокладки.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан гидродинамический подшипник, на фиг. 2 - расположение опорных самоустанавливающихся вкладышей и положение гидродинамического подшипника на шпинделе станка.

Гидродинамический подшипник, установленный на валу шпинделя станка, содержит два опорных кольца 1, соединенных штифтами 2 с установленными между ними прокладкой 3 и тремя самоустанавливающимися вкладышами 4, каждый из которых содержит сферическую опору 5. При этом на каждом из опорных колец со стороны их соединения выполнена кольцевая фаска 6, а каждый из трех самоустанавливающихся вкладышей содержит полусферическую канавку 7.

В каждом из трех самоустанавливающихся вкладышей 4 подшипника выполнены радиусные канавки на глубину h 1 и h 3 , соответственно, что необходимо для шлифования полусферических канавок 7 и обеспечения точной установки сферических опор 5 диаметром D C в самоустанавливающиеся вкладыши на глубину h 2 . Паз радиусом R выполнен в опорных кольцах для закрепления сферических опор 5, и предотвращения их перемещения вдоль фасок в опорных кольцах 1.

Отверстие диаметром d 1 в сферических опорах предназначено для того, чтобы обеспечить полное их погружение в масляную прослойку и исключить взаимное трение колец и вкладышей. Сферические опоры фиксируются двумя опорными кольцами, наружный диаметр которых равен D 1 , а внутренний - D 2 . Между опорными кольцами устанавливается прокладка 3, регулирующая диаметральный зазор на величину . Упомянутые выше конструктивные элементы подшипника соединяют в единый сборочный узел с помощью штифтов 2, диаметром D 3 и длиной L, равной ширине подшипника. Установка штифтов выполняется в отверстия, центр которых находится на расстоянии D Ш от центра подшипника, и на расстоянии t в поперечном сечении от края самоустанавливающегося вкладыша (фиг. 2).

Подшипник устанавливается на вал шпинделя 8, при этом требуемый монтажный зазор определяет расстояние H от верхней точки сферической опоры до вала шпинделя станка, (фиг. 1).

Гидродинамический подшипник работает следующим образом.

Предварительно проводят регулировку требуемой величины диаметрального зазора между опорными кольцами 1 с помощью подбора толщины прокладки 3.

Далее выполняют настройку монтажного зазора между валом шпинделя 8 и самоустанавливающимися вкладышами 4. Настройку осуществляют на валу, диаметр которого равен диаметру вала шпинделя. При помощи прокладки 3 между опорными кольцами 1 осуществляют сдвиг, перемещающий сферические опоры 5 вверх или вниз, в зависимости от требуемой величины монтажного зазора. Предварительная настройка монтажного зазора необходима вследствие сложности его регулировки непосредственно на валу шпинделя станка.

Существует сравнительно недавно, но, несмотря на жесткую конкуренцию на рынке систем охлаждения, за счет инновационного подхода к разработке своих изделий и удачной маркетинговой деятельности, она все же смогла закрепиться на Европейском рынке. Совместно с Австрийским Институтом Теплопередачи и Вентиляторных Технологий было создано несколько удачных разработок в сфере вентиляторных технологий, которые призваны понизить шум и повысить эффективность охлаждения в компьютерных системах.

Ассортимент товаров Noctua на данный момент еще достаточно мал, но он постепенно расширяется. Началось же завоевание рынка и раскрутка бренда Noctua, именно с того самого «необычного» вентилятора, о котором пойдет речь в этом обзоре - Noctua NF-S12.

В первую очередь вентилятор Noctua NF-S12 обращает на себя внимание непривычной расцветкой и формой лопастей с большим углом атаки. Но излишне броский внешний вид иной раз вызывает некоторую долю скептицизма и предвзятого критического отношения. Поэтому, наверное, интересующимся людям, будет интересно увидеть этот вентилятор при практических испытаниях, но сначала, давайте ознакомимся с информацией технического характера, которая подчеркивает особенности данной модели и свидетельствует о тщательном ее проектировании.

Вентиляторы серии Noctua NF-S12 наделены двумя инновационными технологиями: помимо использования особой низко-шумной формы лопастей, которую видно при невооруженном взгляде на вентиляторе, был реализован самостабилизирующийся гидродинамический тип подшипника (SSO).

На схеме поясняющей принцип действия подшипника желтыми стрелками показано гидродинамическое давление, созданное закачанным маслом, а красным цветом, по-центру изображен магнит, притягивающий к себе металлический вал крыльчатки. Главным отличием SSO-подшипника от других видов гидродинамических подшипников состоит в установке дополнительного магнита, который поддерживает ось ротора. Обычно гидродинамические подшипники центруются только во время вращения за счет гиро эффекта. Поэтому в момент пуска вентилятора обычно возникает некоторое биение вала о втулку. В SSO подшипнике ось крыльчатки стабилизируется по-центру, еще до момента пуска за счет магнита, предотвращая, таким образом, возникновение деформации втулки.

Благодаря использованию SSO подшипника получается уменьшить шум и увеличить срок службы вентилятора. Собственно эффект от этой инновации компания Noctua проиллюстрировала на приведенном выше графике зависимости шума различных типов подшипников от времени работы. Полученные показатели выглядят очень интригующе. Отмечается, что гидродинамический SSO подшипник даже на начальном этапе своей работы оказывается тише подшипника скольжения, который считается самым тихим, ну и уж конечно, он выходит и тише двух шарикоподшипников. По истечении определенного периода эксплуатации, который даже приблизительными цифрами почему-то не указан, подшипник скольжения и качения, теряют свои акустические свойства и становятся более шумными, в отличие от SSO подшипника. Конечно, график носит рекламный характер, поэтому и воспринимать его следует адекватно, скорее всего, он немного приукрашен для лучшей наглядности.

В серии вентиляторов Noctua NF-S12 есть две модели с одинаковой геометрией крыльчатки, но с разной номинальной скоростью вращения – это модели NF-S12-1200 и NF-S12-800. Номинальная скорость вращения этих вентиляторов составляет 1200 об/мин и 800 об/мин. Мы же будем тестировать только более быстрый вариант Noctua NF-S12-1200, как более эффективный и, соответственно, интересный.

Спецификация вентилятора Noctua NF-S12-1200 выглядит следующим образом:

Размер, мм
Скорость вращения, об/мин
Скорость вращения с U.L.N.A., об/мин
Воздушный поток, м3/ч
Воздушный поток с U.L.N.A. м3/ч
Уровень шума, дБ
Уровень шума с U.L.N.A., дБ
Мощность, Вт
Напряжение питания, В
Тип подшипника	SSO гидродинамический
	3-контактный
Ресурс, ч
Гарантия
Дополнительно	4 антивибрационных держателя понижающий переходник U.L.N.A. 3:4-контактный переходник 4 винта
Сайт производителя
Средняя цена

* экстраполированные значения

Вентилятор Noctua NF-S12 помещен в картонную упаковку, стильно оформленную в рыжевато-черных тонах. На лицевой стороне упаковки сделан вырез, через который просматривается необычная крыльчатка вентилятора.

С обратной стороны упаковки на четырех европейских языках отмечено использование оптимизированного дизайна лопастей и гидродинамического самостабилизирующегося подшипника (SSO), а ниже приведена полная спецификация вентилятора Noctua NF-S12 и указаны дополнительные компоненты, которые входят в комплект поставки.

Вентилятор Noctua NF-S12-1200 и комплектация аккуратно уложены в прозрачный пластиковый бокс.

В комплект вентилятора Noctua NF-S12-1200 входит:

• 4 антивибрационных держателя;
• понижающий скорость вращения переходник U.L.N.A.;
• 3:4-контактный переходник;
• 4 винта.

Окраска вентилятора Noctua NF-S12-1200, как уже отмечалось, вышла довольно выразительной, сочетая светло-бежевый корпус и темно-коричневую крыльчатку. Компания Noctua подчеркивает, что она оптимизировала форму крыльчатки таким образом, чтобы уменьшить шум, возникающий при захвате лопастями воздуха. Рассматривая вентилятор Noctua NF-S12-1200 можно заметить большой зазор между крыльчаткой и корпусом, этот прием также призван уменьшить шум от движущегося воздушного потока.

Крыльчатка вентилятора состоит из семи лопастей имеющих большой угол атаки. Данная геометрия лопастей позволяет создавать больший воздушный поток, на меньшей скорости вращения, за счет чего можно снизить частоту оборотов вентилятора и тем самым уменьшить шум. Поэтому на максимальной скорости в 1200 об/мин вентилятор Noctua NF-S12-1200 способен создавать воздушный поток 47,67 CFM, а шум при этом достигает только 17 дБ.

Вентилятор питается от 3-контактного разъема, который не поддерживает режим PWM. Отметим что, провода предусмотрительно спрятаны в чехол. При помощи переходника U.L.N.A. можно понизить скорость вентилятора в два раза – от 1200 об/мин до 600 об/мин, при этом произойдет двукратное падение величины воздушного потока от 48 CFM до 24 CFM, но зато шум уменьшится фактически ниже границы слышимости человеком.

Тестирование

Описание методики тестирования вентиляторов и общие понятия, которыми нужно руководствоваться при их выборе, можно найти в первой статье посвященной тестированию вентиляторов .

Тестовая конфигурация платформы состоит из следующих компонентов:

Материнская плата	Gigabyte GA-965P-DS4 (Intel P965 Express)
Процессор	Intel Core 2 Duo E6300 (LGA775, 1,86 ГГц, L2 2 Мб)
Оперативная память	2 х DDR2-800 1024 Мб Apacer PC6400
Видеокарта	EVGA GeForce 8600GTS 256 Mб DDR3 PCI-E
Жесткий диск	Samsung HD080HJ, 80 Гб, SATA-300
Оптический привод	ASUS DRW-1814BLT SATA
Блок питания	Chieftec CFT-500-A12S 500W, 120 мм вентилятор
	CODEGEN M603 MidiTower

Выполняя роль активного элемента процессорного кулера в тесте №1, вентилятор Noctua NF-S12-1200, как и ожидалось, не демонстрирует высоких показателей, потому как вентиляторы с малым профилем крыльчатки не способны создавать большое воздушное давление, которое требуется для «преодоления» большого сопротивления радиатора. Возможно, на радиаторах с большим зазором NF-S12-1200 будет более эффективным, но на нашем Thermalright SI-128 зазор между пластинами равен приблизительно 1 мм, что налагает повышенное требование к такой характеристике вентилятора, как создаваемое давление.

В тесте №2, где Noctua NF-S12-1200 использовался в качестве единственного корпусного вентилятора, картина кардинально изменилась. Вентилятор Noctua NF-S12-1200 обошел практически всех своих оппонентов, при этом создаваемый им уровень шума был даже чуть ниже, чем у остальных вентиляторов, но при предвзятом прослушивании был выявлен легкий специфичный треск.

При подключении понижающего скорость вращения до 800 об/мин переходника U.L.N.A., вентилятор NF-S12-1200 становится практически бесшумным, но с другой стороны производительность его при этом заметно падает.

Выводы.

Вентилятор Noctua NF-S12-1200 является одним из лучших решений, которое оптимизировано для организации эффективной и тихой корпусной вентиляции. Также отметим, что наиболее эффективно вентилятор будет работать в корпусах с большим количеством вентиляционных решеток.

За счет своеобразной формы лопастей вентилятор NF-S12-1200 способен создавать большой воздушный поток на низких оборотах и при низком уровне шума, но в областях, где требуется создание большого воздушного давления, он становится менее эффективным, и этот факт в полной мере демонстрирует проведенное нами тестирование. С учетом этих особенностей не советуем применять его как охлаждение радиаторов различных систем охлаждения с зазором между пластинами менее 2 мм.

Другим моментом, который заставляет немного призадуматься при выборе вентилятора, является его стоимость, которая у Noctua NF-S12-1200 может кому-то показаться достаточно высокой. Но она в некоторой степени оправдывается «европейским» качеством изготовления и наличием самостабилизирующегося гидродинамического подшипника, который способен очень долгий период времени сохранять свои акустические свойства и имеет очень большой срок эксплуатации в 150 тыс. часов и более.

Достоинства:

• оптимизированная геометрия лопастей для создания тихой корпусной вентиляции;
• низкий уровень шума;
• бесшумная работа при подключении переходника U.L.N.A.;
• самостабилизирующийся гидродинамический подшипник с ресурсом в 150 тыс. часов;
• антивибрационный силиконовый подвес.

К недостаткам отнесем:

• отсутствие поддержки PWM;
• низкое статическое давление.

Выражаем благодарность фирме ООО ПФ Сервис (г. Днепропетровск) за предоставленное для тестирования оборудование.

Статья прочитана 5246 раз(а)

Подписаться на наши каналы

Статья написана исключительно для ознакомления интернет-пользователей с основными разновидностями подшипников. Будет полезна студентам ВТУЗов и, возможно, молодым специалистам.

Мы не несем ответственности за непосредственный, опосредственный или непреднамеренный ущерб, нанесенный в результате использования информации представленной в данной статье.

Постоянный адрес статьи:

При любом использовании данного материала ссылка на него обязательна!

Вы также можете принять участие в написание статьи, оставив свои дополнения , замечания и комментарии на электронном адресе: Указание имени автора того или иного изменения гарантируется!

Внимание! Доступна новая версия статьи! Подробнее: http://www.prompk.ru/ntn-snr/e/about_bearings/about_bearing.htm

Обсуждение новой версии статьи: http://www.liveinternet.ru/users/prompk_ru/post205546614/

Основные разновидности подшипников

Подшипники - это технические устройства , являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

В настоящее время широко находят применение подшипники:

контактные (имеющие трущиеся поверхности) - подшипники качени я и скольжения ;

бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) - магнитные подшипники .

По виду трения различают:

подшипники скольжения , в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;

подшипники качения , в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника.

Подшипники скольжения

Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения

Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала (часто используются цветные металлы), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:

жидкостным, когда поверхности вала и подшипника разделены слоем жидкого смазочного материала , непосредственного контакта между этими поверхностями либо нет, либо он происходит на отдельных участках;

граничным – поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, причем смазочный материал в виде тонкой пленки ;

сухим – непосредственный контакт поверхностей вала и подшипника по всей длине или на участках большой протяженности , жидкостной или газообразный смазочный материал отсутствует;

газовое – поверхности вала и подшипника разделены слоем газа , трение минимально.

Виды смазки подшипников скольжения

Основные виды смазки	Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки
	В наноструктурном состоянии: С, BN , MoS 2 и WS 2 ; В виде нанокомпозиционных покрытий: WC / C , MoS 2 / C , WS 2 / C , TiC / C и наноалмаза; В виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода (a - C : H ), аморфного углерода (a -С), нитрида углерода (C 3 N 4 ) и нитрида бора (BN ); В виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC , B 4 C , Al 2 O 3 , SiC , Si 3 O 4 , TiC , TiN , TiCN , AIN и BN , В виде чешуйчатых пленок из MoS 2 и графита; В виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово, В виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка, В виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики, В виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита; Углерод; Полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен, Жиры, мыло, воск (стеариновая кислота), Керамика и металлокерамика.
Жидкостная	Гидродинамическая смазка: толстослойная и эластогидродинамическая; - гидростатическая смазка; - смазка под высоким давлением.
Тонкопленочная	Смешанная смазка (полужидкостная); Граничная смазка.
	Газодинамическая смазка

Существует большое количество конструктивных типов подшипников скольжения : самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и т.д.

г )

а - внешний вид,

б - типичный шарнирный подшипник с поверхностью скольжения типа " металл-металл",

в - типичный шарнирный подшипник с самосмазывающейся поверхностью,

г - благодаря возможности самоустановки и восприятия больших нагрузок шарнирные подшипники находят применение в узлах тяжелой техники (например, в гидроцилиндре экскаватора)

Шарнирные подшипники скольжения - одни из немногих типов подшипников скольжения, которые стандартизированы и выпускаются промышленностью серийно

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества:

допускают высокую скорость вращения;

позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках;

экономичны при больших диаметрах валов;

возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным (для коленчатых валов);

допускают регулирование различного зазора и, следовательно, точную установку геометрической оси вала.

а - двигатель шпинделя HDD c подшипником качения,

б - двигатель шпинделя HDD c гидродинамическим подшипником скольжения,

в - расположение гидродинамического подшипника скольжения в HDD (Hard Disk Drive)

Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных HDD (Hard Disk Drive ) дает возможность регулировать скорость вращения шпинделейв широком диапазоне (до 20 000 об/мин), уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволив увеличить скорость передачи данных, обеспечить сохранность записанной информации и срок службы устройства в целом (до 10 лет), а также - создать более компактные HDD ( 0,8-дюймовые )

Сравнение типов подшипников используемых в шпинделях HDD (Hard Disk Drive)

Требования к HDD	Требования к подшипнику	Подшипник качения	Гидродинамический подшипник		Типичное применение
			из твердого металла	из пористого материала*
Большой объем хранения данных	Однократные биения				Персональный компьютер, сервер
	Высокие скорости вращения
Низкий уровень шума	Низкий уровень шума				Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO)
Низкое потребление тока	Низкий крутящий момент
Устойчивость к ударам	Устойчивость к ударам				Мобильные компьютеры (ноутбуки)
Безотказность	Устойчивость к заклиниванию				Все компьютеры
Жесткость	Жесткость

Примечание:

* - данные приведены для NTN BEARPHITE;

** - обозначения: ++ - очень хорошо, + - хорошо, о - посредственно.

Недостатки подшипников скольжения:

высокие потери на трение и, следовательно, пониженный коэффициент полезного действия (0,95... 0,98);

необходимость в непрерывном смазывании;

неравномерный износ подшипника и цапфы;

применение для изготовления подшипников дорогостоящих материалов;

относительно высокая трудоемкость изготовления.

Подшипники качения

Принципиальная схема опоры с подшипником качения

Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения , сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

а)	б)	в)
г) д)

а - с шариковыми телами качения, б - с короткими цилиндрическими роликами, в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами, г - с коническими роликами ,

д - с бочкообразными роликами

Примечание: приведены только некоторые виды тел качения

В подшипниках качения применяются тела качения различных форм

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости , применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

Для сокращения радиальных размеров и массы используются “безобоемные” подшипники

Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам

Тип подшипника	Высокая частота вращения	Восприятие перекоса
			радиальная	осевая	комбинированная
Шариковый радиальный
Шариковый радиальный двухрядный сферический
Радиально-упорный однорядный шариковый
Радиально-упорные шариковые двухрядный и однорядный сдвоенный ("спина к спине")
Шариковый с четырехточечным контактом
С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец
С коротким цилиндрическими роликами с бортами на противоположных сторонах наружного и внутреннего колец
Радиальный игольчатый
Сферический роликовый
Конический роликовый
Упорный шариковый
Упорный с коническими роликами
Упорно-радиальный роликовый сферический

Примечание:

* - обозначения: +++ - очень хорошо, ++ - хорошо, + - удовлетворительно, о - плохо, х - непригодно.

По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:

значительно меньше потери на трение, а, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) и меньший нагрев;

в 10...20 раз меньше момент трения при пуске;

экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;

меньшие габаритные размеры в осевом направлении;

простота обслуживания и замены;

меньше расход смазочного материала;

невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников;

простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников.

e )

а - повреждение внутреннего кольца сферического роликового подшипника, вызванное чрезмерным натягом при посадке ;

б - фреттинг-коррозия внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием вибрации ;

в - повреждение внутреннего кольца радиального шарикового подшипника, вызванное действием чрезмерной осевой нагрузки ;

г - повреждение внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием чрезмерной радиальной нагрузки ;

д - следы ржавчины на поверхности ролика сферического роликового подшипника, вызванные попаданием воды внутрь подшипника ;

e - повреждение сепаратора роликового конического подшипника, вызываемое действием больших нагрузок и/или вибраций , и/или неправильным монтажом, и/ или смазыванием, и/или работойна высоких частотах вращения

Повреждения подшипников качения

Недостатками подшипников качения являются:

ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;

непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;

значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;

шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;

сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;

повышенная чувствительность к неточности установки;

высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

Магнитные подшипники

Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля

Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:

Электростатические;

на постоянных магнитах;

активные магнитные;

LC- резонансные;

индукционные;

кондукционные;

диамагнитные;

Сверхпроводящие;

Магнитогидродинамические.

Принципиальная схема типичной системы на основе активного магнитного подшипника (АМП)

Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.

Принципиальная схема управления типичной системы на основе активного магнитного подшипника

Основными преимуществами АМП являются:

относительно высокая грузоподъемность;

высокая механическая прочность;

возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;

возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;

возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях...

а)

а - схема компрессора с подшипниками качения,

б - схема компрессора с магнитными подшипниками

Применение магнитных подшипников дает возможность сделать конструкцию более жесткой, что, например, позволяет уменьшить динамический прогиб вала при высоких частотах вращения

В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта, для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.

АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании :

Турбокомпрессоры и турбовентиляторы;

Турбомолекулярные насосы;

Электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);

Турбодетандеры;

газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;

инерционные накопители энергии.

Шпиндели для вакуумных машин с активными магнитными подшипниками

Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы. Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор).

Пассивный магнитный подшипник на основе высокоэнергетических постоянных магнитов

1 ) Albert Kascak , Robert Fusaro & Wilfredo Morales. Permanent Magnetic Bearing for Spacecraft Applications. NASA/TM-2003-211996;
2) Ball and Roller Bearings. Сat. №2202. NTN, 2001; 3) Care andMaintenanceof Bearings. Сat. № 3017. NTN;
4) Henrik Strand. Design, Testing and Analysis of Journal Bearings for Construction Equipment. Department of Machine Design. Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden, 2005;

5) ISO Standardization for Active Magnetic Bearing Technology. Published 2005 ;

6) Kazuhisa Miyoshi. Solid Lubricants and Coatings for Extreme Environments: State-of-the-Art Survey. NASA, 2007 ;
7) Needle Roller Bearings. Cat.№ 2300-VII/E. NTN;
8) Needle Roller Bearing Series General Catalogue. IKO;

10 ) Lei Shi, Lei Zhao, Guojun Yang и др. DESIGN AND EXPERIMENTS OF THE ACTIVE MAGNETIC
BEARING SYSTEM FOR THE HTR-10. 2nd International Topical Meeting on HIGH TEMPERATURE REACTOR TECHNOLOGY . Beijing, CHINA, September 22-24, 2004;
11) Linear Motion Rolling Guide Series General Catalogue , IKO ;
12 ) Precision Rolling Bearings. Cat .№ 2260-II/E. NTN; 13 ) Spherical Plain Bearings. Сat.№5301-II/E. NTN;

14) Torbjorn A. Lembke. Induction Bearings. A Homopolar Concept for High Speed Machines. Electrical Machines and Power Electronics. Department of Electrical Engineering. Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden, 2003 ;
15 ) Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машиностроение, 2001;
16) Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003 ;
17 ) Орлов П.И. Основы конструирования/Справочно-методическое пособие в 2-х книгах. М.: Машиностроение, 1988;

18) Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003.

Гидродинамический подшипник – это машиностроительный узел. Основная нагрузка внутри этого элемента приходится на тонкий слой, состоящий из изолирующей смазывающей жидкости. В конструкцию она нагнетается при помощи смазываемого вала. Такие изделия часто называются ещё гидравлическими.

Об особенностях применения механизма

Это достаточно надёжные и простые конструкции, благодаря чему они и получили такое широкое распространение. Состоят они всего из двух элементов: внешнее и внутреннее кольцо тороидальной формы. В местах стыков имеются уплотнения с максимальной герметичностью. Изделия отличаются минимальными эксплуатационными затратами, либо вообще полным их отсутствием. Кроме того, при изготовлении они предъявляют более низкие требования к качеству и точности работы, по сравнению с шарико-, роликоподшипниками. И шума такие подшипники издают меньше, чем обычные подшипники качения. То же самое касается вибраций, их уровень минимален. В ряде случаев такие конструкции обладают неплохими вибродемпфирующими свойствами.

Есть ли недостатки?

Они не обходятся без своих недостатков, как и другие механизмы. Потери энергии у этих деталей бывают значительными. Они обычно зависят от температурных режимов в окружающей среде. Очень сложно рассчитать оптимальный температурный уровень, при котором негативное воздействие сведётся к минимуму. При внештатных ситуациях именно гидродинамические подшипники чаще подвержены авариям, чем другие узлы. Они так же чувствительны к неточности при изготовлении валов, других аксессуаров в системе. Это надо учитывать, ещё проводя первый расчёт.

В процессе эксплуатации есть вероятность утечки рабочей среды. Потому часто устанавливают две и больше цапфы с обеих сторон, чтобы возможные утечки предотвратить.

Немного о принципе действия

Такие подшипники в общем случае делятся на несколько видов:

1. Гидростатические.
2. Газо- или гидродинамические. Расчёт у каждой разновидности будет своим.

Гидростатические подшипники отличаются от аналогов тем, что у них внешний насос поддерживает высокое давление внутри. Вода или масло используются в качестве рабочей жидкости. Необходимо нагнетать жидкость внутрь, используя ту самую силу внешнего насоса. Из-за этого есть энергия, которая подводится только к самому подшипнику, для остальных частей в системе она не имеет никакого значения. Но, если бы насоса не было, эта энергия уходила бы на то, чтобы преодолевать силу трения.

Гидродинамический подшипник устроен несколько иначе . Жидкость увлекается в пространство между элементами трения за счёт вращения специального вала, который находится внутри конструкции. Можно сказать, что система сама обеспечивает собственную смазку. Это своеобразная разновидность подшипника скольжения. Масляный клин становится достаточно толстым за счёт следующих элементов:

• Свободная подача смазки.
• Достаточная скорость вращения.
• Геометрия.

Контактное трение исключается полностью, в любых рабочих режимах. Расчёт благодаря этому становится точнее. Эти подшипники всегда устроены так, что вращение вала способствует более глубокому проникновению жидкости внутрь. В другие направления вода уходит так же за счёт вращения этого элемента. Но слой жидкости будет недостаточно толстым, если сам вал вращается недостаточно активно. Это означает, что детали будут слишком активно контактировать друг с другом.

Срок службы подшипника уменьшается, если такое происходит достаточно часто. И энергия уходит в больших количествах. Для предотвращения подобных проблем часто ставят дополнительный внешний насос, либо вторичный подшипник. Они включаются в работу в момент запуска, либо торможения системы. Расчёт это так же берёт во внимание.

Антифрикционные и износостойкие материалы способны уменьшать износ деталей. Иногда валы окружаются не обычными жёсткими втулками, а несколькими упругими лепестками. Используется и разрезное кольцо из пружинящей фольги, на упругой опоре. Такая конструкция помогает равномерно распределить нагрузку по всем деталям.

Какие ошибки механики допускают чаще всего во время ремонта?

1. Они часто используют тормозные жидкости, параметры которых для этих систем не подходят.
2. Внутрь механизма во время работы попадает грязь.
3. Используются смазки или чистящие средства, способные повредить соединение.
4. Неправильно проводится прокачка системы. Например, много раз нажимают на педаль сцепления во время прокачки. В руководстве по ремонту всегда написано, что это надо делать только один раз.
5. Попытка прокачки внутренних цилиндров вручную. Из-за этого детали просто ломаются.
6. Устанавливают новое уплотнения, хотя элементы старого ещё остались внутри. Из-за этого гидравлическая жидкость не может течь в обратном направлении. Что приводит к утечкам, повреждению нового механизма.
7. Перетягиваются фиксирующие болты.
8. Неравномерная установка уплотнения. Из-за этого цилиндр начинает наклоняться. Расчёт становится неточным.

Подшипники скольжения и их расчёт

Характер трения – основной параметр, который влияет на расчёт . Трение скольжения бывает трёх основных разновидностей:

• Жидкостное.
• Смешанное
• Граничное.

Сами подшипники бывают радиальными и упорными, это тоже необходимо учитывать. У радиальных подшипников в конструкции всего три или четыре сегмента. Опора заправляется маслом с помощью гидродинамической системы. От этого расчет тоже зависит. Что касается смазки для подшипников, то чаще всего выбирают марку Л. Главное требование к подшипникам – чтобы их сегменты могли свободно менять своё положение, в любом из доступных направлений. Тогда давление внутри опоры не будет слишком большим. Это надо учитывать, проводя расчёт.

Ещё о некоторых особенностях подшипников скольжения

По сравнению с подшипниками качения, подшипники скольжения проще и доступнее в изготовлении. Они обладают бесшумностью, постоянным параметром жёсткости. В режиме любой смазки долгое время работают практически без износа. Расчёт индивидуальный на это не влияет. Но система смазки у них достаточно сложная для обеспечения жидкостного трения, для некоторых это серьёзный недостаток. Кроме того, они требуют обязательного применения цветных металлов. Среди минусов стоит отметить так же увеличенные размеры в осевом направлении, повышенные пусковые моменты.

О конструкциях и материалах

Подшипник скольжения – это корпус и вкладыш, собранные в одной конструкции. Она более простая, чем у тех же подшипников качения. Корпус выпускается разъёмным или цельным. Разъёмные корпуса скрепляются болтами или шпильками. В виде втулки выполняется вкладыш. Если корпус неразъёмный, эта деталь будет выглядеть как две отдельные половинки, верхняя и нижняя. Втулка просто запрессовывается в корпус. Самоустанавливающиеся подшипники используют, если есть вероятность появления повреждений на валу, либо при невозможности точного монтажа механизма. Или используются скольжения.

При изготовлении конструкции скольжения используются следующие материалы:

• Пластмасса
• Чугун
• Бронза

Особенно востребованными стали лёгкие антифрикционные разновидности материалов скольжения. У некоторых моделей вкладыши стоят деревянные. Лучше брать другие материалы. Иногда выпускаются вкладыши, которые могут долгое время работать без смазки. Рабочие поверхности подшипников скольжения обладают различной геометрией. В разных условиях применяются такие формы:

• Сферические.
• Плоские.
• Конические.
• Цилиндрические. Это тоже важно для тех, кто проводит расчёт.

Сферические и конические формы применяются реже всего. Они удобны лишь при определённых условиях, когда нагрузки направлены на определённую часть механизма. Минимальный износ валов, минимум потерь на трение – главное требование к подшипникам скольжения. Прочности и жёсткости должно хватать для того, чтобы механизм мог работать в самых жёстких условиях. Достаточными должны быть и размеры поверхностей. Их должно хватать для создания эффективной системы по отводу тепла. Тогда возникающее при работе давление будет восприниматься без крайних реакций.

Содержание статьи

ПОДШИПНИК, конструктивный узел машин и механизмов, поддерживающий или направляющий вращающийся вал или ось. Если шейка вала в подшипнике скользит непосредственно по опорной поверхности, то он называется подшипником скольжения. Если же между шейкой вала и опорной поверхностью имеются шарики или ролики, то такой подшипник называется подшипником качения. Назначение подшипника – уменьшать трение между движущейся и неподвижной частями машины, так как с трением связаны потери энергии, нагрев и износ.

Подшипники скольжения.

Подшипник скольжения представляет собой массивную металлическую опору с цилиндрическим отверстием, в которое вставляется втулка, или вкладыш, из антифрикционного материала. Шейка, или цапфа, вала с небольшим зазором входит в отверстие втулки подшипника. Для уменьшения трения и износа подшипник обычно смазывается, так что вал отделен от втулки пленкой вязкой маслянистой жидкости. Рабочие характеристики подшипника скольжения определяются его размерами (длиной и диаметром), а также вязкостью смазки и скоростью вращения вала.

Смазка.

Для смазки подшипника скольжения можно использовать любую достаточно вязкую жидкость – масло, воду, бензин и керосин, водные и масляные эмульсии, а в некоторых случаях даже газы (например, нагретый воздух и продукты сгорания в реактивных двигателях) и жидкие металлы. Применяются также пластичные и твердые («консистентные») смазки, но их смазывающие свойства отличны от свойств жидкостей и газов. В тех случаях, когда естественной циркуляции смазки в подшипнике недостаточно для его охлаждения, предусматривают систему принудительной циркуляции с теплоизлучающими радиаторами и теплопоглотителями.

Гидростатические подшипники.

Подшипник скольжения, в который смазка подается под давлением (обычно масляным насосом) из внешнего источника, называется гидростатическим подшипником. Несущая способность такого подшипника определяется в основном давлением подаваемой смазки и не зависит от окружной скорости вала.

Гидродинамические подшипники.

Подшипник скольжения, работающий со смазкой, можно рассматривать как насос. Для того чтобы перемещать вязкую среду из области низкого давления в область высокого давления, необходимо затрачивать энергию внешнего источника. Смазка, прилипшая к контактным поверхностям, при вращении вала сопротивляется полному стиранию и выдавливается в область, где давление повышается, благодаря чему поддерживается зазор между этими поверхностями. Подшипник скольжения, в котором описанным образом создается область повышенного давления, удерживающая нагрузку, называется гидродинамическим.

Подшипники качения.

В подшипнике качения трение скольжения заменяется трением качения, благодаря чему снижаются потери энергии на трение и уменьшается износ.

Шарикоподшипники.

Наиболее распространенным подшипником качения является шарикоподшипник. Форму канавок (беговых дорожек) внутреннего и наружного колец подшипника качения необходимо очень точно контролировать при изготовлении, чтобы, с одной стороны, не было проскальзывания шариков относительно кольца, а с другой – они имели достаточно большую площадь опоры. Сепаратор задает точное положение шариков и предотвращает их взаимное трение. Кроме однорядных шариковых подшипников выпускаются подшипники с двумя и несколькими рядами шариков (двухрядные, многорядные), а также подшипники других конструкций.

Роликоподшипники.

В роликовых подшипниках элементами качения являются ролики – цилиндрические, бочкообразные, конические, игольчатые или витые. Конструкции роликоподшипников тоже разнообразны.

Смазка.

Срок службы подшипника качения определяется усталостным износом шариков (роликов) и беговых дорожек в кольцах.Такие подшипники тоже требуют смазки для уменьшения трения и износа. Важное значение имеет рабочая температура, так как при повышенных температурах не только сказывается неодинаковое тепловое расширение элементов подшипника, что ведет к увеличению проскальзывания, а следовательно и износа, но и уменьшается твердость материалов подшипника.

Подшипниковые материалы.

Подшипники скольжения изготавливаются из различных металлов, сплавов, пластмасс, композитов и других материалов. Длительное время основным подшипниковым материалом был баббит, запатентованный А.Баббитом в 1839. Этот сплав на основе олова или свинца с небольшими добавками сурьмы, меди, никеля и др. допускает ряд вариантов состава, различающихся относительным содержанием компонентов. Сплавы баббита стали как бы эталоном для оценки других подшипниковых материалов, среди которых – сочетания материалов, хорошо зарекомендовавших себя по отдельности: баббит и сталь; баббит, сталь и бронза; свинец с индием; серебро и сталь; графит и бронза. Среди пластмассовых материалов для подшипников скольжения выделяются найлон и тефлон, не требующие смазки. В качестве материалов втулок подшипников скольжения применяются также углеграфиты, металлокерамики и композиты.