Hidraulikus és pneumatikus csapágyak

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2014. augusztus 18-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 20 szerkesztést igényelnek .

A hidraulikus csapágyak  olyan csapágyak , amelyekben vékony folyadékréteg veszi fel a közvetlen terhelést a tengelyről.

A hidraulikus és pneumatikus csapágyakat gyakran használják nagy terhelésekhez, nagy sebességekhez, és ahol pontos tengelyillesztésre van szükség, amikor a hagyományos golyóscsapágyak túl sok vibrációt, túl sok zajt keltenek, vagy nem felelnek meg a kompakt berendezés követelményeinek vagy a hosszú élettartam feltételeinek. A csökkenő költségek miatt egyre gyakrabban használják őket. Például a számítógép merevlemezei , amelyekben a motor tengelye hidraulikus csapágyakra van felhelyezve, csendesebben működnek és olcsóbbak, mint az azonos golyóscsapágyat tartalmazó meghajtók.

Hogyan működik

Ezek a csapágyak általában két típusra oszthatók:

• hidrodinamikus és gázdinamikus;
• hidrosztatikus.

A hidrosztatikus csapágyaknál a magas folyadéknyomást egy külső szivattyú tartja fenn . A bennük lévő folyadék általában olaj vagy víz. Mivel az ilyen csapágyak működéséhez folyadék befecskendezést igényelnek egy külső szivattyúból, a szivattyúba szállított energia a rendszer egésze számára elpazarolt energia. Szivattyú hiányában azonban ezt az energiát a súrlódási erők leküzdésére fordítanák.

A hidrodinamikus csapágyaknál a tengely nagy fordulatszámon forogásakor a folyadék a tengely által a súrlódó felületek közötti térbe kerül, és így önkenés történik. Siklócsapágynak tekinthető, amelyben a geometria, a megfelelő forgási sebesség és a szabad kenőanyag-ellátás kellően vastag olajréteget biztosít ahhoz, hogy bármilyen üzemi körülmény között teljesen kiküszöbölhető legyen az érintkezési súrlódás.

Ezekben a csapágyakban a folyadékot a tengely mozgása szívja be a csapágyba, és ugyanazzal a tengelymozgással kényszeríti a tengely alá vagy köré. Ennek eredményeként a tengely alacsony forgási sebességénél (beleértve az indítás és a fékezés pillanatát is) a tengely alatti folyadékréteg vastagsága nem megfelelő, és ez a pár részeinek közvetlen érintkezéséhez vezet. Ha az ilyen módok elég gyakran előfordulnak, akkor a csapágy élettartama rövidebb, és nagy energiaveszteség lép fel benne. Néha a hidrodinamikus csapágyak ezen problémáinak megelőzése érdekében vagy másodlagos csapágyat vagy külső szivattyút használnak, amelyek az indításkor vagy fékezéskor szerepelnek a munkában. A speciális kopásálló és súrlódásgátló bevonatok (pl. gyémántszerű ) szintén jelentősen csökkenthetik az indítási kopást. A csapágycsere javítás előtti gépindítások/leállások száma gyakran megbeszélés tárgya, ami a teljes élettartamhoz képest igen csekély lehet.

A tengelyt nem egy merev persely veszi körül, hanem több rugalmas szirom vagy rugófóliából készült osztott gyűrű egy rugalmas támasztékon („fóliacsapágy”, angol fóliacsapágy ), hogy egyenletesen ossza el a terhelést a pár felületén. Szirom (és általában gázdinamikus) csapágyak is léteznek a végső ( toltatható ) változatban [1] .

Előnyök és hátrányok

Előnyök

• A hidraulikus és pneumatikus csapágyak súrlódási tényezője általában nagyon alacsony – sokkal alacsonyabb, mint a mechanikus csapágyaké. A súrlódás fő forrása a folyadék vagy gáz viszkozitása . Mivel a gáz viszkozitása kisebb, mint a folyadéké, a gáz statikus csapágyai a legalacsonyabb súrlódási együtthatójú csapágyak közé tartoznak. Azonban minél alacsonyabb a folyadék viszkozitása, annál nagyobb a szivárgás, ami további költségeket igényel a folyadék (vagy gáz) csapágyba való befecskendezéséhez. Ezek a csapágyak tömítéseket is igényelnek , és minél jobb a tömítés, annál nagyobb a súrlódási erő.

• Nagy terhelés esetén a hidraulikus csapágyak felületei közötti hézag kevésbé változik, mint a mechanikus csapágyakban. A "csapágy merevsége" az átlagos folyadéknyomás és a csapágy felületének egyszerű függvényeként fogható fel. A gyakorlatban, amikor a tengely terhelése nagy, és a csapágyfelületek közötti hézag csökken, a tengely alatti folyadéknyomás nő, a folyadékellenállási erő nagymértékben megnő, és így a csapágyban a hézag megmarad.
  Enyhén terhelt csapágyakban, például a tárcsahajtások csapágyaiban azonban a gördülőcsapágyak merevsége 10 7 MN / m nagyságrendű , míg a hidraulikus csapágyakban ~10 6 MN/m. Emiatt a merevség növelése érdekében egyes hidraulikus csapágyakat, különösen a hidrosztatikus csapágyakat előfeszítésre tervezték.

• A hidraulikus csapágyak működési elvükből adódóan gyakran jelentős csillapítóképességgel rendelkeznek.

• A hidraulikus és pneumatikus csapágyak általában csendesebben működnek, és kevesebb vibrációt keltenek , mint a gördülőcsapágyak (az egyenletesebben elosztott súrlódási erők miatt ). Például a hidraulikus (pneumatikus) csapágyakkal készült merevlemezek csapágy-/motorzajszintje 20-24 dB , ami nem sokkal több, mint a zárt helyiségben uralkodó környezeti zaj. A gördülőcsapágyas tárcsák legalább 4 dB -lel zajosabbak.

• A hidraulikus csapágyak olcsóbbak, mint a hagyományos csapágyak ugyanazon terhelés mellett. A hidraulikus és pneumatikus csapágyak meglehetősen egyszerűek. Ezzel szemben a gördülőcsapágyak bonyolult alakú görgőket vagy golyókat tartalmaznak, amelyek nagy pontosságú gyártást igényelnek – nagyon nehéz tökéletesen kerek és sima gördülőfelületeket előállítani. A mechanikus csapágyaknál nagy fordulatszámon a felületek deformálódnak a centrifugális erő hatására , míg a hidraulikus és pneumatikus csapágyak önkorrigálóak a csapágyalkatrészek kis alakváltozásaival szemben.

Ezenkívül a legtöbb hidraulikus és pneumatikus csapágy alig vagy egyáltalán nem igényel karbantartást . Ráadásul szinte korlátlan élettartammal rendelkeznek. A hagyományos gördülőcsapágyak élettartama rövidebb, és rendszeres kenést, ellenőrzést és cserét igényelnek.

• A hidrosztatikus és sok pneumatikus csapágy a szivattyú jelenléte miatt bonyolultabb és drágább, mint a hidrodinamikus csapágy .

Hátrányok

• A folyékony csapágyak általában több energiát oszlatnak el, mint a golyóscsapágyak.

• A csapágyak energialeadása, valamint a merevség és a csillapítási tulajdonságok erősen hőmérsékletfüggőek, ami megnehezíti a csapágyak tervezését és széles hőmérsékleti tartományban történő működését.

• Kritikus helyzetekben a hidraulikus és pneumatikus csapágyak hirtelen elakadhatnak vagy meghibásodhatnak. A golyóscsapágyak gyakran fokozatosan meghibásodnak, ezt a folyamatot hallható idegen zaj és játék kíséri.

• A tengely és más alkatrészek kiegyensúlyozatlansága a hidraulikus és pneumatikus csapágyakban nagyobb, mint a golyóscsapágyaké, ami nagyobb precessziót eredményez , ami a csapágy élettartamának csökkenéséhez és gyenge teljesítményhez vezet. .

• A hidraulikus és pneumatikus csapágyak másik hátránya a folyadék vagy gáz szivárgása a csapágyon kívül; a folyadék vagy gáz csapágy belsejében való tartása jelentős probléma lehet. A hidraulikus és pneumatikus csapágycsonkok gyakran egymás után kettőt vagy hármat szerelnek fel, hogy megakadályozzák az egyik oldali szivárgást. Az olajat használó hidraulikus csapágyakat nem használják olyan esetekben, amikor az olaj környezetbe való szivárgása elfogadhatatlan, vagy ha karbantartásuk gazdaságilag nem kivitelezhető.

Hidrodinamikus csapágyak alkalmazása

A hidrodinamikus csapágyak a legszélesebb körben használatosak a gépekben a tervezés egyszerűsége miatt, bár indítási és leállási időszakokban, alacsony fordulatszámon határkenés vagy akár „száraz” súrlódás mellett működnek .

• A hidraulikus súrlódási mód egyik fő példája a mindennapi életből a belső égésű motor főtengelyének és vezérműtengelyének csapágyai, amelyekben működése során az olaj viszkozitása és az olaj viszkozitása miatt folyamatosan olajéket tartanak. megnövekedett nyomás a kenőrendszerben. A tengely fő kopása a motor beindításának pillanatában következik be, amikor a szivattyú teljesítménye nem elegendő az olajék fenntartásához, és a súrlódás határré válik.
• A precíziós korszerű, kis terhelés mellett működő gépekben, különösen a köszörülésben.
• A gördülőcsapágyak helyett a hidrodinamikus siklócsapágyak használata a számítógép merevlemezeiben lehetővé teszi az orsók forgási sebességének széles tartományban történő szabályozását, csökkenti a zajt és a rezgések hatását az eszközök működésére, ezáltal növeli az adatátviteli sebességet és a rögzített információk biztonságának biztosítása, valamint kompaktabb merevlemezek (0,8 hüvelykes) létrehozása. Azonban számos hátránya van: nagy súrlódási veszteségek és ennek eredményeként csökkent hatásfok (0,95 ... 0,98); folyamatos kenés szükségessége; a csapágy és a csap egyenetlen kopása; drága anyagok használata a csapágyak gyártásához.
• Szivattyúkban, például az RBMK - 1000 reaktor keringető szivattyújában.
• Ventilátorokban személyi számítógép hűtésére. Az ilyen típusú csapágyak használata csökkenti a zajt és javítja a hűtőrendszer hatékonyságát. A hidrodinamikus csapágy már a kezdeti szakaszban is csendesebb, mint a siklócsapágy. Egy bizonyos működési idő után nem veszíti el akusztikus tulajdonságait, és nem lesz zajosabb, ellentétben más csapágyakkal.

Gázdinamikus csapágyak használata

A gázdinamikus csapágyakat széles körben használják a gázturbinás technológiában és a nagy sebességű pneumatikus turbógépekben. Fő előnyük ezen a területen a tartósság nehéz körülmények között kenés nélkül, a hőhatásokkal szembeni ellenállás, a rezgésmentesség és a gyakorlatilag korlátlan fordulatszám. A "levegős" csapágyakat segédrepülőgép-turbinákban, teljesítmény [2] turbinaegységekben, repülőgépek légkondicionáló rendszerének pneumatikus hűtőiben használják, amelyek sűrített levegőt kapnak a hajtóművektől. Aktív munka folyik a fő repülőgépek gázturbinás hajtóműveihez gázdinamikus csapágyak létrehozása irányában, ami nagyobb tartósságot, olajrendszer hiánya miatti könnyítést és 10%-os üzemanyag-megtakarítást ígér a folyadéksúrlódás megszüntetése miatt [3] . A szerves kenés hiánya és a kriogén hőmérsékleten való működés lehetővé teszi az ilyen csapágyak használatát a turbó expanderekben cseppfolyósított gázok előállításában. Gázdinamikus csapágyakkal ellátott turbófeltöltőket készítettek dugattyús belső égésű motorok feltöltéséhez . A kenőolaj hiánya leegyszerűsíti a tervezést, csökkenti a súlyt és növeli ennek a problémás [4] egységnek a megbízhatóságát.

A gázdinamikus csapágy elve szerint egy merevlemez „fej-mágneses felülete” működik, amelyben forgás közben egy mikron töredékében légék jön létre , kiküszöbölve az érintkezési súrlódást, valamint egy pár „szalagforgató fej” egy videomagnóhoz .

Jegyzetek

1. ↑ http://foil-bearing.ru 2022. május 31-i archív másolat a sziromcsapágyak hazai fejlesztőinek Wayback Machine oldalán
2. ↑ Mikroturbinás légcsapágyak . Letöltve: 2015. április 22. Az eredetiből archiválva : 2015. február 18.. (határozatlan)
3. ↑ MiTi - Fóliacsapágy - Olajmentes csapágy - Tribométer - Turbófeltöltő Archivált 2015. február 16. a Wayback Machine -nél
4. ↑ http://info.inodetal.ru/avtozapchasti/malenkie-xitrosti/pochemu-gonit-maslo-turbina/ Archivált : 2015. április 24. a Wayback Machine -n Miért „hajt olajat” a turbina? (az autó turbófeltöltő hibáiról)

Irodalom

• Fémvágó gépek: Tankönyv / V. E. Push, Moszkva : Mashinostroyeniye , 1986.- 564 p.