Hydrauliset ja pneumaattiset laakerit

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 18. elokuuta 2014 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 20 muokkausta .

Hydrauliset laakerit  ovat laakereita , joissa ohut nestekerros ottaa suoraan kuorman akselilta.

Hydraulisia ja pneumaattisia laakereita käytetään usein suurille kuormituksille, suurille nopeuksille ja silloin, kun vaaditaan tarkkaa akselisovitusta, kun perinteiset kuulalaakerit aiheuttavat liikaa tärinää, liikaa melua tai eivät täytä kompaktin laitteiston vaatimuksia tai pitkäikäisyyden ehtoja. Niitä käytetään yhä useammin kustannusten laskun vuoksi. Esimerkiksi tietokoneen kiintolevyt , joissa moottorin akseli on sijoitettu hydraulilaakereihin, toimivat hiljaisemmin ja ovat halvempia kuin samat kuulalaakeroidut asemat.

Kuinka se toimii

Nämä laakerit voidaan yleensä jakaa kahteen tyyppiin:

• hydrodynaaminen ja kaasudynaaminen;
• hydrostaattinen.

Hydrostaattisessa laakerissa korkeaa nestepainetta ylläpitää ulkoinen pumppu . Niissä oleva neste on yleensä öljyä tai vettä. Koska tällaiset laakerit vaativat toimintaansa varten nesteen ruiskutuksen ulkoisesta pumpusta, pumppuun syötetty energia on hukkaan heitettyä energiaa koko järjestelmälle. Kuitenkin ilman pumppua tämä energia kulutettaisiin kitkavoimien voittamiseen.

Hydrodynaamisessa laakerissa akselin pyöriessä suurilla nopeuksilla neste kulkeutuu akselin avulla kitkapintojen väliseen tilaan ja näin tapahtuu itsevoitelu. Sitä voidaan pitää liukulaakerina, jossa geometria, riittävä pyörimisnopeus ja vapaa voitelun syöttö tekevät öljykerroksen riittävän paksuksi eliminoimaan kosketuskitkan täysin kaikissa käyttöolosuhteissa.

Näissä laakereissa nestettä imetään laakeriin akselin liikkeellä ja pakotetaan akselin alle tai ympärille samalla akselin liikkeellä. Tämän seurauksena akselin alhaisilla pyörimisnopeuksilla (mukaan lukien käynnistys- ja jarrutushetkellä) akselin alla oleva nestekerros ei ole riittävän paksu, ja tämä johtaa parin osien suoraan kosketukseen. Jos tällaisia ​​​​tiloja esiintyy tarpeeksi usein, laakerin käyttöikä on lyhyempi ja siinä tapahtuu suuria energiahäviöitä. Joskus näiden hydrodynaamisten laakereiden ongelmien estämiseksi käytetään joko toisiolaakeria tai ulkoista pumppua, jotka sisältyvät työhön käynnistyksen tai jarrutuksen yhteydessä. Erityiset kulutusta kestävät ja kitkaa estävät pinnoitteet (esim. timanttimainen ) voivat myös vähentää merkittävästi käynnistyksen kulumista. Usein neuvotellaan koneen käynnistysten/pysäytysten määrä ennen laakerin vaihtokorjausta, mikä voi olla hyvin pieni kokonaiskäyttöikään verrattuna.

Akselia ei voi ympäröidä jäykällä holkilla, vaan useilla elastisilla terälehdillä tai jousikalvosta valmistetulla halkaistulla renkaalla elastisella alustalla ("folio bearing", englantilainen foliolaakeri ) , jotta kuorma jakautuu tasaisesti parin pinnalle. Terälehtisiä (ja yleensä kaasudynaamisia) laakereita on myös loppuversiossa ( työntövoima ) [1] .

Edut ja haitat

Edut

• Hydraulisilla ja pneumaattisilla laakereilla on yleensä erittäin alhaiset kitkakertoimet - paljon alhaisemmat kuin mekaanisilla laakereilla. Tärkein kitkan lähde on nesteen tai kaasun viskositeetti . Koska kaasun viskositeetti on alhaisempi kuin nesteen, kaasun staattiset laakerit ovat alhaisimpien kitkakertoimien joukossa. Kuitenkin mitä pienempi nesteen viskositeetti on, sitä suurempi on vuoto, mikä vaatii lisäkustannuksia nesteen (tai kaasun) ruiskuttamisesta laakeriin. Nämä laakerit vaativat myös tiivisteitä ja mitä parempi tiiviste, sitä suuremmat kitkavoimat.

• Suurilla kuormituksilla pintojen välinen välys hydraulisissa laakereissa muuttuu vähemmän kuin mekaanisissa laakereissa. "Laakerin jäykkyys" voidaan ajatella yksinkertaisena funktiona keskimääräisestä nestepaineesta ja laakerin pinta-alasta. Käytännössä akselin kuormituksen ollessa suuri ja laakeripintojen välisen välyksen pienentyessä akselin alla oleva nestepaine kasvaa, nesteen vastusvoima kasvaa suuresti ja siten välys laakerissa säilyy.
  Kuitenkin kevyesti kuormitetuissa laakereissa, kuten lautaskäyttöjen laakereissa, vierintälaakerien jäykkyys on luokkaa 10 7 MN / m , kun taas hydraulisissa laakereissa se on ~10 6 MN/m. Tästä syystä jäykkyyden lisäämiseksi jotkin hydraulilaakerit, erityisesti hydrostaattiset laakerit, on suunniteltu esikuormitettaviksi.

• Hydraulisilla laakereilla on toimintaperiaatteensa vuoksi usein merkittävä vaimennuskyky .

• Hydrauliset ja pneumaattiset laakerit toimivat hiljaisemmin ja aiheuttavat vähemmän tärinää kuin vierintälaakerit (tasaisemmin jakautuneiden kitkavoimien vuoksi ). Esimerkiksi hydraulisilla (pneumaattisilla) laakereilla valmistetuissa kiintolevyissä laakeri/moottorin melutaso on 20-24 dB , mikä ei ole paljon enempää kuin ympäristön melu suljetussa tilassa. Vierintälaakeroidut levyt ovat vähintään 4 dB meluisempia.

• Hydrauliset laakerit ovat halvempia kuin perinteiset laakerit samoilla kuormilla. Hydrauliset ja pneumaattiset laakerit ovat rakenteeltaan melko yksinkertaisia. Vierintälaakerit sitä vastoin sisältävät rullia tai palloja, jotka ovat muodoltaan monimutkaisia ​​ja vaativat suurta tarkkaa valmistusta - täydellisen pyöreitä ja sileitä vierintäpintoja on erittäin vaikea tuottaa. Mekaanisissa laakereissa suurilla nopeuksilla pinnat deformoituvat keskipakovoiman vaikutuksesta , kun taas hydrauliset ja pneumaattiset laakerit korjaavat itseään pieniä poikkeamia laakeriosien muodossa.

Myös useimmat hydrauliset ja pneumaattiset laakerit vaativat vain vähän tai ei ollenkaan huoltoa . Lisäksi niiden käyttöikä on lähes rajoittamaton. Perinteisten vierintälaakerien käyttöikä on lyhyempi ja ne vaativat säännöllistä voitelua, tarkastusta ja vaihtoa.

• Hydrostaattiset ja monet pneumaattiset laakerit ovat monimutkaisempia ja kalliimpia kuin hydrodynaamiset laakerit pumpun ansiosta .

Haitat

• Nestelaakerit kuluttavat yleensä enemmän energiaa kuin kuulalaakerit.

• Laakereiden energiahäviö sekä jäykkyys ja vaimennusominaisuudet ovat hyvin lämpötilariippuvaisia, mikä vaikeuttaa laakereiden suunnittelua ja toimintaa laajalla lämpötila-alueella.

• Hydrauliset ja pneumaattiset laakerit voivat äkillisesti takertua tai epäonnistua kriittisissä tilanteissa. Kuulalaakerit rikkoutuvat usein vähitellen, tähän prosessiin liittyy kuuluvia vieraita ääniä ja välystä.

• Akselin ja muiden osien epätasapaino hydraulisissa ja pneumaattisissa laakereissa on suurempi kuin kuulalaakereissa, mikä johtaa enemmän precessioon , mikä lyhentää laakerin käyttöikää ja huonontaa suorituskykyä. .

• Toinen hydraulisten ja pneumaattisten laakereiden haittapuoli on nesteen tai kaasun vuotaminen laakerin ulkopuolelle; nesteen tai kaasun pitäminen laakerin sisällä voi olla merkittävä ongelma. Hydrauliset ja pneumaattiset laakerikannattimet asennetaan usein kaksi tai kolme peräkkäin vuotojen estämiseksi yhdeltä puolelta. Öljyä käyttäviä hydraulilaakereita ei käytetä tapauksissa, joissa öljyn vuotaminen ympäristöön ei ole hyväksyttävää tai kun niiden huolto ei ole taloudellisesti kannattavaa.

Hydrodynaamisten laakerien käyttö

Hydrodynaamisia laakereita käytetään yleisimmin koneissa niiden suunnittelun yksinkertaisuuden vuoksi, vaikka käynnistys- ja pysäytysjaksojen aikana alhaisilla nopeuksilla ne toimivat rajavoitelun tai jopa "kuivan" kitkan olosuhteissa.

• Yksi tärkeimmistä esimerkeistä arkielämän hydraulisesta kitkajärjestelmästä on polttomoottorin kampiakselin ja nokka-akselin laakerit, joissa sen toiminnan aikana öljykiila pysyy jatkuvasti paikallaan öljyn viskositeetin ja öljyn viskositeetin vuoksi. kohonnut voitelujärjestelmän paine. Pääasiallinen akselin kuluminen tapahtuu moottorin käynnistyshetkellä, jolloin pumpun suorituskyky ei riitä pitämään öljykiilaa ja kitka tulee rajaksi.
• Nykyaikaisissa tarkkuuskoneissa, jotka toimivat kevyillä kuormilla, erityisesti hionnassa.
• Hydrodynaamisten liukulaakerien käyttö vierintälaakerien sijaan tietokoneen kiintolevyissä mahdollistaa karojen pyörimisnopeuden säätelyn laajalla alueella, vähentää melua ja tärinän vaikutusta laitteiden toimintaan, mikä lisää tiedonsiirtonopeutta ja tallennettujen tietojen turvallisuuden varmistaminen sekä kompaktimpien kiintolevyjen luominen (0,8 tuuman). On kuitenkin useita haittoja: suuret kitkahäviöt ja sen seurauksena alentunut hyötysuhde (0,95 ... 0,98); jatkuvan voitelun tarve; laakerin ja tapin epätasainen kuluminen; kalliiden materiaalien käyttö laakerien valmistukseen.
• Pumpuissa, esimerkiksi RBMK - 1000 -reaktorin kiertovesipumpussa.
• Tuulettimissa henkilökohtaisen tietokoneen jäähdyttämiseen. Tämän tyyppisen laakerin käyttö vähentää melua ja parantaa jäähdytysjärjestelmän tehokkuutta. Jo alkuvaiheessa hydrodynaaminen laakeri on hiljaisempi kuin liukulaakeri. Tietyn käyttöajan jälkeen se ei menetä akustisia ominaisuuksiaan eikä muutu äänekkäämmäksi, toisin kuin muut laakerit.

Kaasudynaamisten laakereiden käyttö

Kaasudynaamisia laakereita käytetään laajalti kaasuturbiinitekniikassa ja nopeissa pneumaattisissa turbokoneissa. Niiden tärkeimmät edut tällä alueella ovat kestävyys vaikeissa olosuhteissa ilman voitelun tarvetta, lämpövaikutusten kestävyys, tärinän puuttuminen ja käytännössä rajoittamaton pyörimisnopeus. "Ilma" laakereita käytetään apulentokoneiden turbiineissa, teho [2] turbiiniyksiköissä, ilma-alusten ilmastointijärjestelmän pneumaattisissa jääkaapeissa, jotka vastaanottavat paineilmaa moottoreista. Aktiivinen työ on käynnissä kaasudynaamisten laakereiden luomiseksi päälentokoneiden kaasuturbiinimoottoreille , mikä lupaa parempaa kestävyyttä, kevennystä öljyjärjestelmän puuttumisen vuoksi ja 10 % polttoaineen säästöä nestekitkan eliminoimisen ansiosta [3] . Orgaanisen voitelun puuttuminen ja kyky toimia kryogeenisissä lämpötiloissa mahdollistavat tällaisten laakerien käytön turbopaisuttimissa nesteytettyjen kaasujen tuotannossa. Kaasudynaamisilla laakereilla varustetut turboahtimet on luotu mäntäpolttomoottoreiden ahtamiseen . Voiteluöljyn puuttuminen yksinkertaistaa tämän ongelmallisen [4] yksikön suunnittelua, vähentää painoa ja lisää luotettavuutta.

Kaasudynaamisen laakerin periaatteen mukaan toimii kiintolevyn "päämagneettinen pinta" pari, jossa pyörimisen aikana syntyy mikronin murto-osissa ilmakiila , joka eliminoi kosketuskitkan sekä videonauhurin "nauhalla pyörivä pää" .

Muistiinpanot

1. ↑ http://foil-bearing.ru Arkistokopio 31. toukokuuta 2022 kotimaisten terälehtilaakerien kehittäjien Wayback Machine -sivulla
2. ↑ Mikroturbiinien ilmalaakerit . Haettu 22. huhtikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 18. helmikuuta 2015. (määrätön)
3. ↑ MiTi - Foil Bearing - Öljytön laakeri - Tribometer - Turbocharger Arkistoitu 16. helmikuuta 2015 Wayback Machinessa
4. ↑ http://info.inodetal.ru/avtozapchasti/malenkie-xitrosti/pochemu-gonit-maslo-turbina/ Arkistoitu 24. huhtikuuta 2015 Wayback Machinessa Miksi turbiini "käyttää öljyä"? (auton turboahtimen toimintahäiriöistä)

Kirjallisuus

• Metallinleikkauskoneet: Oppikirja / V. E. Push, Moskova : Mashinostroyeniye , 1986.- 564 s.