Подшипники являются важным компонентом современного оборудования, и большинству людей знакомы подшипники качения, которые, вероятно, являются наиболее широко используемым типом. Эти подшипники играют решающую роль в различных машинах и механических устройствах. Но что именно представляет собойвоздушный подшипник?
Воздушный подшипник(газовый подшипник): Воздушный подшипник — это тип подшипника скольжения, в котором в качестве смазки используется газ. Наиболее распространенным газом, используемым в качестве смазки, является воздух, но в зависимости от конкретных потребностей можно использовать и другие газы, такие как азот, аргон, водород, гелий или углекислый газ. В газовых компрессорах, детандерах и циркуляторах смазкой часто служит само рабочее тело.
Воздушный подшипник работает за счет использования пленки сжатого воздуха, которая образуется между скользящими поверхностями подшипника и выдерживает нагрузку. Во время работы поверхности скольжения полностью отделены этой воздушной пленкой. Воздушные подшипники представляют собой тип жидкостного подшипника скольжения, в котором воздух действует как смазка, и поэтому операция считается жидкостной смазкой.
По механизму формирования напорной воздушной пленки воздушные подшипники в основном делятся на два типа:гидродинамические воздушные подшипникиистатические воздушные подшипники.
Гидродинамические воздушные подшипники: В этих подшипниках воздушная пленка под давлением создается за счет относительного движения поверхностей скольжения. В результате этого движения воздух попадает в область схождения между поверхностями скольжения, создавая воздушную пленку клиновидной формы. Гидродинамические воздушные подшипники не требуют внешней подачи воздуха, поэтому их также называют «самодействующими подшипниками».
Статические воздушные подшипники: В статических пневмоподшипниках воздушная пленка под давлением образуется внешним сжатым воздухом, который направляется в пространство между поверхностями скольжения через дроссельный клапан. Статические воздушные подшипники требуют внешней подачи чистого воздуха.
Характеристики воздушных подшипников
Чрезвычайно низкое трение
Воздушные подшипники имеют значительно меньшее трение по сравнению с традиционными подшипниками с жидкой смазкой. Это связано с тем, что газы имеют гораздо меньшую вязкость, чем жидкости. При комнатной температуре вязкость воздуха составляет всего одну пятитысячную вязкость механического масла № 10. Поскольку трение в подшипниках прямо пропорционально вязкости, трение в воздушных подшипниках намного ниже, чем в подшипниках с жидкой смазкой.
Широкий диапазон рабочих скоростей
Воздушные подшипники обеспечивают широкий диапазон рабочих скоростей благодаря низкому трению и низкому повышению температуры. При работе на скоростях до 50000 об/мин повышение температуры обычно не превышает 20–30 градусов. В некоторых случаях воздушные подшипники могут работать на скоростях, превышающих 1,3 миллиона об/мин. Кроме того, статические воздушные подшипники могут работать даже на чрезвычайно низких скоростях, включая нулевую скорость, что делает их пригодными для очень специализированных применений.
Широкий температурный диапазон
Газы сохраняют свое газообразное состояние в широком диапазоне температур. На вязкость газов температура влияет незначительно; например, вязкость воздуха увеличивается всего на 23% при повышении температуры с 20 до 100 градусов. Таким образом, воздушные подшипники способны работать в чрезвычайно широком диапазоне температур, от -265 градусов до 1650 градусов, что делает их универсальными для различных экстремальных температурных условий.
Низкая грузоподъемность
Грузоподъемность гидродинамических воздушных подшипников прямо пропорциональна вязкости газа. Однако по сравнению с жидкостными гидродинамическими подшипниками того же размера грузоподъемность воздушных подшипников намного ниже, обычно лишь незначительно. Кроме того, из-за сжимаемости газов воздушные гидродинамические подшипники имеют ограниченную несущую способность. Обычно нагрузка на расчетную площадь агрегата может достигать лишь 0,36 МПа.
Требования к производству высокой точности
Для улучшения несущей способности и жесткости воздушной пленки в воздушных подшипниках обычно используются меньшие зазоры между подшипниками по сравнению с подшипниками с жидкой смазкой (часто менее 0,015 мм). Это требует более высокой точности при изготовлении компонентов для обеспечения правильного функционирования и производительности.
Применение воздушных подшипников
Воздушные подшипники — это новый тип подшипников, который использует потенциальную энергию упругости воздуха для обеспечения поддержки. Единственной используемой смазкой является воздух, что делает технологию пневмоподшипников идеальной для применений, требующих незагрязненных деталей или чистой рабочей среды.
Воздушные подшипники заменяют тела качения воздушными подушками. Одним из наиболее известных применений воздушных подшипников являются суда на воздушной подушке.
На судах на воздушной подушке большие вентиляторы продувают воздух под судном. Этот воздух удерживается эластичной резиновой «юбкой», которая предотвращает его выход. Воздух под высоким давлением, вырабатываемый под судном на воздушной подушке, поддерживает вес транспортного средства, позволяя ему плавать на воздушной подушке.
С 1950-х годов применение воздушных подшипников значительно расширилось, и в настоящее время они широко изучаются и используются в различных отраслях промышленности. Воздушные подшипники используются в нескольких областях, таких как текстильное оборудование, кабельное оборудование, прецизионные станки, гироскопы, высокоскоростные центрифуги, стоматологические бормашины, холодильные машины, работающие при низких температурах, расширители водорода и газовые циркуляторы, работающие при высоких температурах.
Эти подшипники особенно полезны в чистых средах, поскольку они не требуют масла или других традиционных смазочных материалов, что снижает риск загрязнения. Это делает их идеальными для применения в чувствительных отраслях, таких как производство полупроводников, аэрокосмическая промышленность и высокоточное машиностроение.
Например, воздушные подшипники используются ввысокоскоростные станки, где они обеспечивают движение без трения, что приводит к минимальному износу. Это повышает точность и долговечность станков. ВгироскопыВоздушные подшипники помогают обеспечить стабильное вращение с минимальным трением, предоставляя высокоточные данные ориентации. Впрецизионные измерительные системыВоздушные подшипники поддерживают хрупкие инструменты, гарантируя, что они работают с высокой точностью, не подвергаясь механическому контакту.
Втекстильная промышленностьВ высокоскоростных прядильных машинах используются воздушные подшипники, обеспечивающие плавную работу без риска загрязнения маслом. Аналогично, впроизводство кабеляВоздушные подшипники помогают поддерживать плавное и эффективное движение проводов и кабелей через оборудование.
ВаэрокосмическийВоздушные подшипники используются в газотурбинных двигателях, где они поддерживают движущиеся части, не вызывая дополнительного износа и трения. Эти подшипники могут выдерживать экстремальные температуры и давления, возникающие в реактивных двигателях, и обеспечивают длительную и надежную работу.
Медицинская сфера также извлекает выгоду из технологии воздушных подшипников. Например, встоматологическое оборудованиеВ высокоскоростных дрелях используются воздушные подшипники, обеспечивающие плавную работу с минимальным трением, что повышает как точность оборудования, так и комфорт пациента.
Кроме того, воздушные подшипники необходимы внизкотемпературные холодильные системы, где они помогают поддерживать точное движение компонентов при работе при очень низких температурах. Вводородные детандерыВоздушные подшипники используются для обеспечения высокоэффективного и чистого движения оборудования.
Наконец, ввысокотемпературные газовые циркуляторыВоздушные подшипники играют решающую роль в обеспечении плавного и стабильного движения компонентов в средах с температурами, которые разрушают традиционные смазочные материалы.
Заключение
В заключение отметим, что воздушные подшипники — это революционная технология, которая расширила сферу применения подшипников в самых разных отраслях: от высокоскоростного машиностроения до аэрокосмического и медицинского оборудования. Их способность работать без традиционных смазочных материалов в сочетании с низким коэффициентом трения, широким температурным диапазоном и точными характеристиками делает их идеальными для многих специализированных применений.
Хотя они имеют некоторые ограничения, такие как меньшая грузоподъемность по сравнению с подшипниками с жидкой смазкой, их преимущества в чистых, высокоскоростных и высокоточных средах делают их незаменимыми во многих современных технологических областях. По мере продолжения исследований вполне вероятно, что воздушные подшипники найдут еще больше применений, что еще раз продемонстрирует их универсальность и важность в разработке современных машин и оборудования.
Если вас интересуют воздушные подшипники и сопутствующие товары, пожалуйста, свяжитесь с lydia@welongchina.com.
