Hydrauliska och pneumatiska lager

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 18 augusti 2014; kontroller kräver 20 redigeringar .

Hydraullager  är lager i vilka ett tunt lager vätska tar upp den direkta belastningen från axeln.

Hydrauliska och pneumatiska lager används ofta för höga belastningar, höga hastigheter och där en exakt axelpassning krävs när konventionella kullager producerar för mycket vibrationer, för mycket ljud eller inte uppfyller kraven på kompakt utrustning eller livslängd. De används allt oftare på grund av sjunkande kostnader. Till exempel, datorhårddiskar , där motoraxeln sitter på hydrauliska lager, går tystare och är billigare än samma enheter som innehåller kullager.

Hur det fungerar

Dessa lager kan generellt delas in i två typer:

• hydrodynamiska och gasdynamiska;
• hydrostatisk.

I ett hydrostatiskt lager upprätthålls högt vätsketryck av en extern pump . Vätskan i dem är vanligtvis olja eller vatten. Eftersom sådana lager kräver vätskeinsprutning från en extern pump för deras drift, är energin som tillförs pumpen bortkastad energi för systemet som helhet. Men i frånvaro av en pump skulle denna energi spenderas på att övervinna friktionskrafter.

I ett hydrodynamiskt lager, när axeln roterar med höga hastigheter, förs vätskan bort av axeln in i utrymmet mellan friktionsytorna och på så sätt utförs självsmörjning. Det kan betraktas som ett glidlager, där geometrin, tillräcklig rotationshastighet och fri smörjtillförsel gör oljeskiktet tillräckligt tjockt för att helt eliminera kontaktfriktion under alla driftsförhållanden.

I dessa lager sugs vätska in i lagret genom axelns rörelse och tvingas under eller runt axeln genom samma rörelse av axeln. Som ett resultat, vid låga rotationshastigheter för axeln (inklusive vid start- och bromsögonblicket), har vätskeskiktet under axeln otillräcklig tjocklek, och detta leder till direkt kontakt mellan delarna av paret. Om sådana lägen förekommer tillräckligt ofta, har lagret en kortare livslängd och stora energiförluster uppstår i det. Ibland, för att förhindra dessa problem i hydrodynamiska lager, används antingen ett sekundärlager eller en extern pump, som ingår i arbetet vid start eller inbromsning. Särskilda slitstarka och antifriktionsbeläggningar (till exempel diamantliknande ) kan också avsevärt minska startslitaget. Antalet maskinstarter/stopp före en lagerbytesreparation förhandlas ofta, vilket kan vara mycket litet jämfört med den totala livslängden.

Axeln kan inte omges av en styv bussning, utan av flera elastiska kronblad eller en delad ring gjord av fjäderfolie på ett elastiskt stöd ("foil bearing", engelsk folielager ) för att jämnt fördela belastningen över parets yta. Kronblad (och generellt gasdynamiska) lager finns också i slutversionen ( dragkraft ) [1] .

Fördelar och nackdelar

Fördelar

• Hydrauliska och pneumatiska lager har i allmänhet mycket låga friktionskoefficienter - mycket lägre än mekaniska lager. Den huvudsakliga friktionskällan är viskositeten hos en vätska eller gas. Eftersom en gass viskositet är lägre än en vätskas, är statiska gaslager bland de lager med de lägsta friktionskoefficienterna. Men ju lägre viskositet vätskan har, desto högre läckage, vilket kräver extra kostnader för insprutning av vätska (eller gas) i lagret. Dessa lager kräver också tätningar och ju bättre tätning desto högre friktionskrafter.

• Vid hög belastning förändras spelet mellan ytorna i hydrauliska lager mindre än i mekaniska lager. "Lagrets styvhet" kan ses som en enkel funktion av det genomsnittliga vätsketrycket och lagrets yta. I praktiken, när belastningen på axeln är stor och spelet mellan lagerytorna minskar, ökar vätsketrycket under axeln, vätskemotståndskraften ökar kraftigt och därmed upprätthålls spelet i lagret.
  Men i lätt belastade lager, såsom lager i skivdrev, är styvheten hos rullningslager i storleksordningen 10 7 MN / m , medan den i hydrauliska lager är ~10 6 MN/m. Av denna anledning, för att öka styvheten, är vissa hydrauliska lager, i synnerhet hydrostatiska lager, konstruerade för att vara förspända.

• På grund av sin arbetsprincip har hydrauliska lager ofta en betydande dämpningskapacitet .

• Hydrauliska och pneumatiska lager tenderar att gå tystare och skapa mindre vibrationer än rullager (på grund av mer jämnt fördelade friktionskrafter ). Till exempel har hårddiskar tillverkade med hydrauliska (pneumatiska) lager en lager/motorljudnivå på 20-24 dB , vilket inte är mycket mer än omgivningsljud i ett slutet rum. Skivor med rullningslager är minst 4 dB mer bullriga.

• Hydraullager är billigare än konventionella lager för samma belastningar. Hydrauliska och pneumatiska lager är ganska enkla i design. Däremot innehåller rullager rullar eller kulor som har en komplex form och kräver högprecisionstillverkning - det är mycket svårt att producera perfekt runda och släta rullytor. I mekaniska lager vid höga hastigheter deformeras ytor på grund av centrifugalkraft , medan hydrauliska och pneumatiska lager är självkorrigerande mot små avvikelser i lagerdelarnas form.

Dessutom kräver de flesta hydrauliska och pneumatiska lager lite eller inget underhåll . Dessutom har de en nästan obegränsad livslängd. Konventionella rullager har kortare livslängd och kräver regelbunden smörjning, inspektion och byte.

• Hydrostatiska och många pneumatiska lager är mer komplexa och dyrare än hydrodynamiska lager på grund av närvaron av en pump .

Nackdelar

• Vätskelager avger vanligtvis mer energi än kullager.

• Energiförlusten i lager, liksom styvheten och dämpningsegenskaperna, är mycket temperaturberoende, vilket komplicerar konstruktionen av lager och deras funktion över ett brett temperaturområde.

• Hydrauliska och pneumatiska lager kan plötsligt kärva eller gå sönder i kritiska situationer. Kullager misslyckas ofta gradvis, denna process åtföljs av uppkomsten av hörbart främmande ljud och spel.

• Obalansen i axeln och andra delar i hydrauliska och pneumatiska lager är större än i kullager, vilket resulterar i mer precession , vilket leder till en minskning av lagrets livslängd och dålig prestanda. .

• En annan nackdel med hydrauliska och pneumatiska lager är läckage av vätska eller gas utanför lagret; att hålla en vätska eller gas inuti ett lager kan vara ett betydande problem. Hydrauliska och pneumatiska lagertappar installeras ofta två eller tre i rad för att förhindra läckage från ena sidan. Hydrauliska lager som använder olja används inte i de fall där oljeläckage till miljön är oacceptabelt, eller när deras underhåll inte är ekonomiskt genomförbart.

Tillämpning av hydrodynamiska lager

Hydrodynamiska lager används mest i maskiner på grund av sin enkla design, även om de under start- och stoppperioder, vid låga hastigheter, arbetar under förhållanden med gränssmörjning eller till och med "torr" friktion.

• Ett av huvudexemplen på det hydrauliska friktionsregimen från vardagen är lagren i vevaxeln och kamaxeln i en förbränningsmotor, där en oljekil ständigt hålls under sin drift på grund av oljans viskositet och ökat tryck i smörjsystemet. Huvudslitaget på axeln uppstår i det ögonblick då motorn startas, när pumpens prestanda inte räcker till för att bibehålla oljekilen och friktionen blir gräns.
• I precisionsmoderna maskiner som arbetar under lätt belastning, särskilt vid slipning.
• Användningen av hydrodynamiska glidlager istället för rullager i datorhårddiskar gör det möjligt att reglera spindlarnas rotationshastighet inom ett brett område, minska buller och effekten av vibrationer på driften av enheter, och därigenom öka dataöverföringshastigheten och säkerställa säkerheten för inspelad information, samt skapa mer kompakta hårddiskar .-skivor (0,8-tum). Det finns emellertid ett antal nackdelar: höga friktionsförluster och, som ett resultat, minskad effektivitet (0,95 ... 0,98); behovet av kontinuerlig smörjning; ojämnt slitage på lagret och tappen; användningen av dyra material för tillverkning av lager.
• I pumpar, till exempel, i cirkulationspumpen i RBMK - 1000-reaktorn.
• I fläktar för att kyla en persondator. Användningen av denna typ av lager minskar buller och förbättrar kylsystemets effektivitet. Redan i inledningsskedet är ett hydrodynamiskt lager tystare än ett glidlager. Efter en viss driftsperiod förlorar den inte sina akustiska egenskaper och blir inte bullrigare, till skillnad från andra lager.

Användningen av gasdynamiska lager

Gasdynamiska lager används ofta i gasturbinteknik och höghastighets pneumatiska turbomaskiner. Deras främsta fördelar inom detta område är hållbarhet under svåra förhållanden utan behov av smörjning, motstånd mot termiska effekter, frånvaro av vibrationer och en praktiskt taget obegränsad rotationshastighet. "Luft"-lager används i hjälpflygplansturbiner, kraftturbinenheter [2] , pneumatiska kylskåp i luftkonditioneringssystemet för flygplan som tar emot tryckluft från motorer. Ett aktivt arbete pågår i riktning mot att skapa gasdynamiska lager för huvudflygplanets gasturbinmotorer , som lovar ökad hållbarhet, lätta på grund av frånvaron av ett oljesystem och bränslebesparingar på 10 % på grund av eliminering av vätskefriktion [3] . Frånvaron av organisk smörjning och förmågan att arbeta vid kryogena temperaturer gör det möjligt att använda sådana lager i turboexpanderar vid produktion av flytande gaser. Turboladdare med gasdynamiska lager för överladdning av fram- och återgående förbränningsmotorer har skapats . Frånvaron av smörjolja förenklar designen, minskar vikten och ökar tillförlitligheten hos denna problematiska [4] enhet.

Enligt principen för ett gasdynamiskt lager fungerar ett par "huvudmagnetiska ytor" på en hårddisk, där en luftkil skapas under rotation i bråkdelar av en mikron , vilket eliminerar kontaktfriktion, liksom ett par "bandroterande huvud" på en videobandspelare .

Anteckningar

1. ↑ http://foil-bearing.ru Arkivkopia daterad 31 maj 2022 på Wayback Machine- sidan för inhemska utvecklare av kronbladslager
2. ↑ Mikroturbinluftlager . Hämtad 22 april 2015. Arkiverad från originalet 18 februari 2015. (obestämd)
3. ↑ MiTi - Folielager - Oljefritt lager - Tribometer - Turboladdare Arkiverad 16 februari 2015 på Wayback Machine
4. ↑ http://info.inodetal.ru/avtozapchasti/malenkie-xitrosti/pochemu-gonit-maslo-turbina/ Arkiverad 24 april 2015 på Wayback Machine Varför "driver en turbin olja"? (om fel på bilturboladdaren)

Litteratur

• Metallskärmaskiner: Lärobok / V. E. Push, Moskva : Mashinostroyeniye , 1986.- 564 sid.