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.

В которых непосредственную нагрузку от вала воспринимает тонкий слой жидкости.

Гидравлические и пневматические подшипники часто используются при высоких нагрузках, высоких скоростях и при необходимости обеспечить точную посадку вала, когда обычные шарикоподшипники создают слишком большую вибрацию, слишком большой шум или не удовлетворяют условиям компактности оборудования или условиям долговечности. Они всё чаще и чаще используются вследствие снижающейся стоимости. Например, компьютерные жёсткие диски , у которых вал электродвигателя посажен на гидравлические подшипники, работают тише, и они дешевле, чем те же диски, содержащие шарикоподшипники.

Принцип действия

Преимущества и недостатки

Преимущества

  • Гидравлические и пневматические подшипники, в общем, имеют очень низкие коэффициенты трения - намного ниже, чем у механических подшипников. Основной источник трения - это вязкость жидкости или газа. Поскольку у газа вязкость ниже, чем у жидкости, то газостатические подшипники относятся к числу подшипников с наименьшими коэффициентами трения. Однако, чем меньше вязкость жидкости, тем выше утечки, что требует дополнительных затрат на нагнетание жидкости (или газа) в подшипник. Такие подшипники также требуют применения уплотнений и, чем лучше уплотнение, тем выше силы трения.
  • При высоких нагрузках зазор между поверхностями в гидравлических подшипниках изменяется меньше, чем в механических подшипниках. Можно считать, что «жёсткость подшипника» является простой функцией среднего давления жидкости и площади поверхностей подшипника. На практике, когда нагрузка на вал велика и зазор между поверхностями подшипника уменьшается, давление жидкости под валом увеличивается, сила сопротивления жидкости сильно возрастает и таким образом поддерживается наличие зазора в подшипнике.
    Однако, в подшипниках с небольшой нагрузкой, таких как подшипники в приводах дисков, жёсткость подшипников качения составляет порядка 10 7 МН / , в то время как в гидравлических подшипниках ~10 6 МН/м. По этой причине для повышения жёсткости некоторые гидравлические подшипники, в частности, гидростатические подшипники, конструируют таким образом, чтобы они имели предварительную нагрузку.
  • Вследствие принципа своей работы гидравлические подшипники часто имеют значительную демпфирующую способность.
  • Гидравлические и пневматические подшипники, как правило, работают тише и создают меньшие вибрации , чем подшипники качения (вследствие более равномерно распределённых сил трения). Например, жёсткие диски , изготовленные с использованием гидравлических (пневматических) подшипников, имеют уровень шума подшипников/двигателей порядка 20-24 дБ , что не намного больше, чем фоновый шум в закрытой комнате. Диски с подшипниками качения как минимум на 4 дБ более шумные.
  • Гидравлические подшипники дешевле обычных подшипников при одинаковых нагрузках. Гидравлические и пневматические подшипники достаточно просты по конструкции. В противоположность этому подшипники качения содержат в себе ролики или шарики, имеющие сложную форму и требующие высокой точности изготовления - очень трудно изготовить идеально круглые и гладкие поверхности качения. В механических подшипниках на высоких скоростях вращения поверхности деформируются вследствие центробежной силы, а гидравлические и пневматические подшипники являются самокорректирующимися по отношению к малым отклонениям в форме деталей подшипника.
Также большинство гидравлических и пневматических подшипников требует небольших затрат на техническое обслуживание или не требует их вовсе. Кроме того, у них практически неограниченный срок службы. Обычные подшипники качения имеют более короткий срок службы и требуют регулярной смазки, проверки и замены.
  • Гидростатические и многие пневматические подшипники более сложны и дороги, чем гидродинамические, вследствие наличия насоса .

Недостатки

  • В гидродинамических подшипниках обычно рассеивается больше энергии, чем в шарикоподшипниках.
  • Рассеивание энергии в подшипниках, а также жёсткость и их демпфирующие свойства очень сильно зависят от температуры, что усложняет разработку подшипников и их работу в широком температурном диапазоне.
  • Гидравлические и пневматические подшипники могут внезапно заклинивать или разрушаться в критических ситуациях. Шарикоподшипники чаще выходят из строя постепенно, этот процесс сопровождается появлением слышимых посторонних шумов и люфта.
  • Дисбаланс вала и других деталей в гидравлических и пневматических подшипниках больше аналогичного дисбаланса в шарикоподшипниках, что приводит к возникновению более сильной прецессии , ведущей к сокращению срока службы и подшипника и ухудшению его показателей качества [ ] .
  • Ещё одним недостатком гидравлических и пневматических подшипников являются утечки жидкости или газа наружу подшипника; удержание жидкости или газа внутри подшипника может представлять значительные трудности. Цапфы гидравлических и пневматических подшипников часто устанавливают по две и по три друг за другом во избежание утечек с одной из сторон. Гидравлические подшипники, в которых используется масло, не применяются в тех случаях, когда утечки масла в окружающую среду недопустимы, или когда их обслуживание экономически нецелесообразно.

Применение гидродинамических подшипников

Гидродинамические подшипники получили наиболее широкое применение в машинах благодаря простоте конструкции, хотя в периоды пуска и остановки, на малых оборотах они работают в условиях граничного смазывания или даже «сухого» трения.

  • Один из главных примеров гидродинамического режима трения из повседневной жизни - подшипники коленчатого и распределительного валов двигателя внутреннего сгорания, в которых при его работе за счёт вязкости масла и быстрого вращения вала постоянно удерживается масляный клин. Основной износ вала происходит в момент пуска и остановки двигателя, когда обороты вала недостаточны для поддержания масляного клина и трение переходит в граничное.
  • В прецизионных современных станках, работающих при небольших нагрузках, особенно в шлифовальных
  • Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных жёстких дисках даёт возможность регулировать скорость вращения шпинделей в широком диапазоне, уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволяя увеличить скорость передачи данных и обеспечить сохранность записанной информации, а также - создать более компактные жёсткие диски (0,8-дюймовые). Однако имеется и ряд недостатков: высокие потери на трение и, как следствие, пониженный коэффициент полезного действия (0,95 … 0,98); необходимость в непрерывной смазке; неравномерный износ подшипника и цапфы; использование для изготовления подшипников дорогих материалов.
  • В насосах, например, в циркуляционном насосе реактора РБМК -1000.
  • В вентиляторах для охлаждения персонального компьютера. Использование такого вида подшипников позволяет уменьшить шум и повысить эффективность системы охлаждения. Даже на начальном этапе гидродинамический подшипник работает тише, чем подшипник скольжения. После окончания определённого периода эксплуатации он не теряет своих акустических свойств и не становится более шумным, в отличие от других подшипников.

Применение газодинамических подшипников

Примечания

Литература

  • Металлорежущие станки: Учебник / В. Э. Пуш, Москва: Машиностроение, 1986.- 564 с

Гидродинамический, или, как часто его называют, гидравлический подшипник – это машиностроительный узел, в котором рабочим телом, непосредственно воспринимающим нагрузку вала механизма, является тонкий слой изолирующей смазывающей жидкости, нагнетаемой в конструкцию при помощи смазываемого вала.

История изобретения подшипника

История изобретения подшипника насчитывает не одну тысячу лет. Первые примитивные подшипники скольжения относятся к эпохе неолита. Люди изготавливали их из камней и использовали в сверлильных приспособлениях для добывания огня и различных приспособлениях для прядения. С развитием человеческой цивилизации примитивные подшипники скольжения начали применяться во многих механизмах, использующих принцип колеса: в повозках, для изготовления глиняной посуды круглой формы при помощи гончарного круга, в ветряных мельницах для подъёма воды и привода жерновов.

Первые сведения о подшипниках качения относятся к 330 году до н.э. В этот период древнегреческий инженер Диад разработал конструкцию тарана для разрушения крепостных стен. В этой конструкции подвижная часть передвигалась на специальных роликах по направляющим.

Впервые металлический подшипник качения был изготовлен в ХУ111 веке в Англии для ветряной мельницы. Конструктивно он состоял из двух чугунных колец, представлявших собой направляющие, между которыми было помещено до сорока чугунных шаров.

В ХХ веке работы учёных О.Рейнолдса и Н.П.Петрова, работавших независимо друг от друга, привели к замечательному открытию. Они установили, что если скорость вращения машинного вала в подшипнике скольжения, наполненном смазкой, достаточно велика, то на валу создаётся как бы искусственная невесомость, при которой вал перестаёт давить на подшипник. Техническое применение этого открытия привело к разработкам подшипников скольжения, обладающих весьма малыми коэффициентами трения. Дальнейшие разработки открытия привели к созданию подшипников, в которых смазывающая рабочая среда нагнетается снаружи при помощи специального насоса.

Особенности применения гидродинамических подшипников

Современные гидродинамические подшипники используются в разнообразных прецизионных механизмах, когда обычные шарико- или роликоподшипники не удовлетворяют необходимым требованиям, предъявляемым к работе тех или иных конструкций и узлов. Например, при необходимости обеспечения минимальной вибрации, малого уровня шума, минимальных габаритов в стеснённых эксплуатационных условиях, достаточно большого срока службы. В процессе дальнейших разработок и усовершенствований такие подшипники становятся всё более и более конкурентоспособными в связи с уменьшающейся себестоимостью изготовления.

Отличие гидростатических подшипников от гидродинамических заключается в том, что в первых необходимое рабочее давление жидкости создаётся при помощи специального насоса, а в последних самосмазывание обеспечивается рабочим валом при его вращении. Следует учитывать, что эффект самосмазывания имеет достаточную эффективность только при достижении паспортных скоростей вращения вала, в противном случае прослойка смазки под валом имеет недостаточную толщину, а это неизбежно приводит к возрастанию сил трения и, как правило, к преждевременному износу механизма. Поэтому, для предотвращения подобных случаев, которые могут происходить достаточно часто, например, при пусках и остановках механизмов, бывает целесообразно предусмотреть специальный «пусковой» насос, который будет использоваться только при вышеупомянутых переходных режимах.

Эксплуатационные достоинства гидродинамических подшипников

Конструктивно гидродинамические подшипники достаточно просты и надёжны.Как правило, они состоят из внешнего и внутреннего колец тороидальной формы, имеющих герметичные уплотнения в местах стыков. Эксплуатационные затраты минимальны или вообще отсутствуют. Подшипники обладают практически, неограниченным сроком службы. Требования к точности их изготовления гораздо ниже, чем к точности изготовления шарико- или роликоподшипников. Уровень шума от таких подшипников гораздо ниже шума, создаваемого подшипниками качения. Вибрации минимальны. Исходя из конструктивных особенностей, подшипники в ряде случаев обладают огромной демпфирующей способностью.

Недостатки гидродинамических подшипников

Нельзя не отметить недостатки гидродинамических подшипников.

Они обладают значительными потерями энергии. Эти потери варьируются в связи с наружными температурными режимами, что значительно затрудняет проведение необходимых температурных расчётов. Гидродинамические подшипники чаще подвержены внезапным авариям при внештатных ситуациях. Подшипники весьма чувствительны к неточностям изготовления валов и их аксессуаров. Возможны утечки рабочей среды в процессе эксплуатации. Поэтому достаточно часты практики установки двух и более цапф в подшипниках для предотвращения утечек с одной стороны.

Область применения

Подшипники применяются, чаще всего, в компьютерных установках, для жёстких дисков, для вентиляторов охлаждения персонального компьютера. Возможно применение для металлообрабатывающих станков, для ядерных реакторов.

Гидродинамический подшипник является машиностроительным узлом, в котором основная нагрузка приходится на тонкий слой изолирующей смывающей жидкости, нагнетаемой при помощи смазываемого вала в конструкцию. Часто изделие называют гидравлическим.

Современные гидродинамические подшипники применяют в различных прецизионных механизмах, особенно, когда обычные роликовые или шариковые разновидности не удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к ним для обеспечения работы отдельных узлов или конструкций.

К примеру, использование гидравлических элементов позволяет обеспечить минимальную вибрацию, малый при этом устройства обладают длительным сроком службы. Такие виды подшипников в процессе дальнейших усовершенствований и разработок приобретают все большую конкурентоспособность, поскольку себестоимость их производства постоянно снижается.

В отличии от гидростатических изделий, гидродинамический подшипник имеет несколько иной принцип работы. Если в первом случае рабочее производится посредством специального насоса, то в последнем варианте самосмазывание выполняется при вращении рабочего вала. Следует заметить, что сам по себе эффект самосмазывания происходит только при достижении определенных скоростей вращения вала, которые указываются в паспорте изделия.

В противном случае толщина смазки под валом будет недостаточной, что приведет к увеличению а в итоге вызовет преждевременный износ механизма. Таким образом, чтобы исключить данные ситуации, которые часто возникают, например, при запуске и остановке устройства, имеет смысл использование специального пускового насоса, который будет применяться в описанных переходных режимах.

Гидродинамический подшипник имеет ряд достоинств. Во-первых, изделия отличаются надежностью и простотой конструкции.

Обычно в своем устройстве они состоят из внутреннего и внешнего кольца с тороидальной формой, в местах стыков изделия имеют герметичные уплотнения. Благодаря усовершенствованной конструкции, гидродинамический подшипник практически не имеет затрат по эксплуатации (или они минимальны). Механизм характеризуется длительным периодом службы.

При производстве изделий предъявляемые требования к уровню точности намного ниже, чем при изготовлении шариковых или роликовых видов. Уровень шума от гидравлических устройств значительно ниже, чем звук, исходящий от Изделия производят минимальные вибрации. Благодаря конструктивным особенностям, обладают высокой демпфирующей способностью.

К недостаткам изделий можно отнести их высокую чувствительность к неточностям, возникающим при изготовлении валов. Кроме этого, они обладают значительной потерей энергии.

Гидродинамические подшипники нашли применение в компьютерных устройствах. С их помощью работает жесткий диск, а также вентиляторы охлаждения системного блока. Помимо этого, их используют в они приводят в действие элементы

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