Газостатические и газодинамические подшипники и их применение
Детали классических подшипников, несмотря на использование эффективных современных смазок, подвергаются трению. Тела качения – шарики, ролики или иглы соприкасаются с дорожками внутреннего и внешнего кольца и сепараторами, что вызывает износ элементов опоры и существенные потери энергии. Конструкторам удалось решить эту проблему и исключить физический контакт между деталями опор вращения, разместив между ними слой газа. Принцип так называемой «плавающей оси» оказался очень удачным, при этом устройство подшипника осталось достаточно простым. Сегодня в разных сферах человеческой деятельности применяются газостатические и газодинамические подшипники, использующие для борьбы с трением газ, но имеющие разный принцип работы.
Как работают газостатические подшипники
Неподвижное внешнее кольцо опоры снабжают отверстиями тщательно рассчитанного диаметра, в которые под большим давлением подается газ. Он попадает в небольшой зазор между кольцом и цапфой вала, полностью его заполняя. Система канавок на кольце подшипника позволяет равномерно распределить газ по всей поверхности соприкосновения и исключить трение при работе механизма. При этом физический контакт между поверхностями в опоре будет присутствовать только при неработающей системе, когда в полость не подается газ. Использование газостатических подшипников предлагает такие преимущества:
- Снижается износ элементов опоры;
- Уменьшается уровень шума и вибраций;
- Появляется эффект небольшой амортизации;
- Потребность в смазке механизма значительно снижается.
В современном мире существует множество видов газостатических подшипников. Перспективность этого направления привела к тому, что новые разработки появляются на рынке опор вращения ежегодно. Конструкторы непрерывно работают над такими параметрами этих узлов как грузоподъемность, энергоэффективность и, конечно, снижением цены. Высокая стоимость газостатических опор часто становится единственным фактором, сдерживающим потребителей от перехода на эту технологию.
Как работают газодинамические подшипники
Однажды конструкторы подумали – если можно накачивать газ внутрь опоры, то можно и заставить сам подшипник поддерживать давление, без внешних устройств. Так появились газодинамические подшипники, работающие без компрессоров. На внутренних поверхностях колец этих узлов расположены бороздки и лепестки, которые засасывают газ и поднимают его давление до нужной величины. Газовая смазка возникает также как с газостатическими узлами, но при этом ее эффективность возрастает с увеличением частоты вращения.
У газостатических и газодинамических подшипников есть один общий минус – они выдают отличные показатели только при больших оборотах. В начале вращения и при снижении скорости в процессе работы, кольца приходят в соприкосновение, и работает не газовая смазка, а втулки. При этом подшипники становятся обычными опорами скольжения, склонными к быстрому износу деталей.
