Rulmenti hidraulici si pneumatici

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 18 august 2014; verificările necesită 20 de modificări .

Rulmenții hidraulici  sunt rulmenți în care un strat subțire de fluid preia sarcina directă de la arbore.

Rulmenții hidraulici și pneumatici sunt adesea utilizați pentru sarcini mari, viteze mari și acolo unde este necesară o potrivire precisă a arborelui atunci când rulmenții convenționali cu bile produc prea multe vibrații, prea mult zgomot sau nu îndeplinesc cerințele echipamentelor compacte sau condițiile de longevitate. Sunt folosite din ce în ce mai des din cauza scăderii costurilor. De exemplu, hard disk-urile computerelor , în care arborele motorului este așezat pe rulmenți hidraulici, funcționează mai silențios și sunt mai ieftine decât aceleași unități care conțin rulmenți cu bile.

Cum funcționează

Acești rulmenți pot fi, în general, împărțiți în două tipuri:

• hidrodinamică și gaz-dinamică;
• hidrostatic.

Într -un rulment hidrostatic , presiunea ridicată a fluidului este menținută de o pompă externă . Lichidul din ele este de obicei ulei sau apă. Deoarece astfel de rulmenți necesită injecție de lichid de la o pompă externă pentru funcționarea lor, energia furnizată pompei este energie risipită pentru întregul sistem. Cu toate acestea, în absența unei pompe, această energie ar fi cheltuită pentru depășirea forțelor de frecare.

Într -un rulment hidrodinamic , atunci când arborele se rotește la viteze mari, lichidul este transportat de arbore în spațiul dintre suprafețele de frecare și astfel se realizează auto-lubrificarea. Poate fi considerat ca un lagăr aluat, în care geometria, viteza de rotație suficientă și alimentarea liberă cu lubrifiere fac stratul de ulei suficient de gros pentru a elimina complet frecarea de contact în orice condiții de funcționare.

În acești rulmenți, fluidul este aspirat în rulment prin mișcarea arborelui și forțat sub sau în jurul arborelui prin aceeași mișcare a arborelui. Ca urmare, la viteze mici de rotație a arborelui (inclusiv în momentul pornirii și frânării), stratul de lichid de sub arbore are o grosime insuficientă, ceea ce duce la contactul direct al părților perechii. Dacă astfel de moduri apar suficient de des, atunci rulmentul are o durată de viață mai scurtă și în el apar pierderi mari de energie. Uneori, pentru a preveni aceste probleme la rulmenții hidrodinamici, se folosește fie un rulment secundar, fie o pompă externă, care sunt incluse în lucru în momentul pornirii sau frânării. Acoperirile speciale rezistente la uzură și anti-fricțiune (de exemplu, ca diamant ) pot reduce semnificativ uzura la pornire. Numărul de porniri/opriri ale mașinii înainte de o reparație de înlocuire a rulmenților este adesea negociat, ceea ce poate fi foarte mic în comparație cu durata de viață totală.

Arborele poate fi înconjurat nu de o bucșă rigidă, ci de mai multe petale elastice sau de un inel despicat din folie de arc pe un suport elastic („foil bearing”, English foil bearing ) pentru a distribui uniform sarcina pe suprafața perechii. Lagărele petale (și în general gaz-dinamice) există și în versiunea finală ( de tracțiune ) [1] .

Avantaje și dezavantaje

Beneficii

• Rulmenții hidraulici și pneumatici, în general, au coeficienți de frecare foarte mici — mult mai mici decât rulmenții mecanici. Principala sursă de frecare este vâscozitatea unui lichid sau gaz. Deoarece vâscozitatea unui gaz este mai mică decât cea a unui lichid, rulmenții statici cu gaz se numără printre rulmenții cu cei mai mici coeficienți de frecare. Cu toate acestea, cu cât vâscozitatea lichidului este mai mică, cu atât scurgerea este mai mare, ceea ce necesită costuri suplimentare pentru injectarea de lichid (sau gaz) în rulment. Acești rulmenți necesită și etanșări și cu cât etanșarea este mai bună, cu atât forțele de frecare sunt mai mari.

• La sarcini mari, jocul dintre suprafețe la rulmenții hidraulici se modifică mai puțin decât la rulmenții mecanici. „Rigiditatea rulmentului” poate fi gândită ca o simplă funcție a presiunii medii a fluidului și a suprafeței rulmentului. În practică, când sarcina pe arbore este mare și jocul dintre suprafețele lagărului scade, presiunea fluidului sub arbore crește, forța de rezistență la fluid crește foarte mult și astfel jocul în rulment este menținut.
  Cu toate acestea, la rulmenții cu încărcare ușoară, cum ar fi rulmenții în antrenările cu discuri, rigiditatea rulmenților este de ordinul a 10 7 MN / m , în timp ce la rulmenții hidraulici este de ~10 6 MN/m. Din acest motiv, pentru a crește rigiditatea, unii rulmenți hidraulici, în special rulmenții hidrostatici, sunt proiectați să fie preîncărcați.

• Datorită principiului lor de funcționare, rulmenții hidraulici au adesea o capacitate de amortizare semnificativă .

• Rulmenții hidraulici și pneumatici tind să funcționeze mai silențios și să creeze mai puține vibrații decât rulmenții cu rulare (datorită forțelor de frecare mai uniform distribuite ). De exemplu, hard disk-urile realizate cu rulmenți hidraulici (pneumatici) au un nivel de zgomot al rulmentului/motorului de 20-24 dB , care nu este cu mult mai mult decât zgomotul ambiental dintr-o încăpere închisă. Discurile cu rulmenți sunt cu cel puțin 4 dB mai zgomotoase.

• Rulmenții hidraulici sunt mai ieftini decât rulmenții convenționali pentru aceleași sarcini. Rulmenții hidraulici și pneumatici au un design destul de simplu. În schimb, rulmenții conțin role sau bile care au o formă complexă și necesită o fabricație de înaltă precizie - este foarte dificil să se producă suprafețe de rulare perfect rotunde și netede. La rulmenții mecanici la viteze mari, suprafețele se deformează din cauza forței centrifuge , în timp ce rulmenții hidraulici și pneumatici se autocorectează împotriva micilor abateri ale formei pieselor rulmentului.

De asemenea, majoritatea rulmenților hidraulici și pneumatici necesită întreținere mică sau deloc . În plus, au o durată de viață aproape nelimitată. Rulmenții de rulare convenționali au o durată de viață mai scurtă și necesită lubrifiere, inspecție și înlocuire regulată.

• Rulmenții hidrostatici și mulți pneumatici sunt mai complexi și mai scumpi decât rulmenții hidrodinamici datorită prezenței unei pompe .

Dezavantaje

• Rulmenții fluidi disipă de obicei mai multă energie decât rulmenții cu bile.

• Disiparea energiei în rulmenți, precum și proprietățile de rigiditate și amortizare, sunt foarte dependente de temperatură, ceea ce complică proiectarea rulmenților și funcționarea acestora într-un interval larg de temperatură.

• Rulmenții hidraulici și pneumatici se pot bloca brusc sau se pot defecta în situații critice. Rulmenții cu bile eșuează adesea treptat, acest proces este însoțit de apariția de zgomot străin și de joc.

• Dezechilibrul arborelui și al altor părți la rulmenții hidraulici și pneumatici este mai mare decât cel al rulmenților cu bile, ceea ce duce la o precesie mai mare, ceea ce duce la o reducere a duratei de viață a rulmenților și o performanță slabă. .

• Un alt dezavantaj al rulmenților hidraulici și pneumatici este scurgerea de lichid sau gaz în afara rulmentului; menținerea unui lichid sau gaz în interiorul unui rulment poate fi o problemă semnificativă. Tornii de rulment hidraulici și pneumatici sunt adesea instalați două sau trei la rând pentru a preveni scurgerile dintr-o parte. Rulmenții hidraulici care folosesc ulei nu sunt utilizați în cazurile în care scurgerile de ulei în mediu sunt inacceptabile sau când întreținerea lor nu este fezabilă din punct de vedere economic.

Aplicarea rulmenților hidrodinamici

Rulmenții hidrodinamici sunt cei mai folosiți în mașini datorită simplității lor de proiectare, deși în perioadele de pornire și oprire, la viteze mici, aceștia funcționează în condiții de lubrifiere la limită sau chiar de frecare „uscata”.

• Unul dintre principalele exemple ale regimului hidraulic de frecare din viața de zi cu zi sunt rulmenții arborelui cotit și ai arborelui cu came ai unui motor cu ardere internă, în care, în timpul funcționării sale, o pană de ulei este menținută în mod constant datorită vâscozității uleiului și a presiune crescută a sistemului de lubrifiere. Uzura principală a arborelui are loc în momentul pornirii motorului, când performanța pompei nu este suficientă pentru a menține pana de ulei și frecarea devine limită.
• În mașinile moderne de precizie care funcționează sub sarcini ușoare, în special în șlefuire.
• Utilizarea lagărelor de alunecare hidrodinamice în locul rulmenților de rulare în hard disk-urile computerelor face posibilă reglarea vitezei de rotație a arborelor într-o gamă largă, reducerea zgomotului și efectul vibrațiilor asupra funcționării dispozitivelor, crescând astfel rata de transfer de date. și asigurarea siguranței informațiilor înregistrate, precum și crearea de hard disk-uri mai compacte (0,8 inchi). Cu toate acestea, există o serie de dezavantaje: pierderi mari prin frecare și, ca urmare, eficiență redusă (0,95 ... 0,98); nevoia de lubrifiere continuă; uzura neuniformă a rulmentului și a știftului; utilizarea materialelor scumpe pentru fabricarea rulmenților.
• În pompe, de exemplu, în pompa de circulație a reactorului RBMK - 1000.
• În ventilatoare pentru răcirea unui computer personal. Utilizarea acestui tip de rulment reduce zgomotul și îmbunătățește eficiența sistemului de răcire. Chiar și în stadiul inițial, un rulment hidrodinamic este mai silentios decât un rulment albe. După o anumită perioadă de funcționare, nu își pierde proprietățile acustice și nu devine mai zgomotos, spre deosebire de alți rulmenți.

Utilizarea rulmenților dinamici ai gazelor

Rulmenții gazodinamici sunt utilizați pe scară largă în tehnologia turbinelor cu gaz și în turbomașini pneumatice de mare viteză. Principalele lor avantaje în acest domeniu sunt durabilitatea în condiții dificile fără a fi nevoie de lubrifiere, rezistența la efectele termice, absența vibrațiilor și o viteză de rotație practic nelimitată. Rulmenții „aer” sunt utilizați în turbinele auxiliare de aeronave, turbinele de putere [2] , frigiderele pneumatice ale sistemului de aer condiționat al aeronavelor care primesc aer comprimat de la motoare. Se lucrează activ în direcția creării de rulmenți gaz-dinamici pentru principalele motoare cu turbină cu gaz aeronavelor , promițând durabilitate sporită, uşurare datorită absenţei unui sistem de ulei și economii de combustibil de 10% datorită eliminării frecării fluidelor [3] . Absența lubrifierii organice și capacitatea de a funcționa la temperaturi criogenice fac posibilă utilizarea unor astfel de rulmenți în turboexpansoare în producția de gaze lichefiate. Au fost create turbocompresoare cu rulmenți gazodinamici pentru supraalimentarea motoarelor cu combustie internă alternativă . Absența uleiului de lubrifiere simplifică proiectarea, reduce greutatea și crește fiabilitatea acestei unități problematice [4] .

Conform principiului unui rulment gaz-dinamic, funcționează o pereche de „suprafață magnetică cap” a unui hard disk, în care, în timpul rotației, se creează o pană de aer în fracțiuni de micron , eliminând frecarea de contact, precum și o pereche de „capete care se rotesc cu bandă” ale unui VCR .

Note

1. ↑ http://foil-bearing.ru Copie de arhivă din 31 mai 2022 pe Pagina Wayback Machine a dezvoltatorilor autohtoni de rulmenți petale
2. ↑ Rulmenți de aer pentru microturbine . Consultat la 22 aprilie 2015. Arhivat din original pe 18 februarie 2015. (nedefinit)
3. ↑ MiTi - Foil Bearing - Oil-Free Bearing - Tribometer - Turbocharger Arhivat 16 februarie 2015 la Wayback Machine
4. ↑ http://info.inodetal.ru/avtozapchasti/malenkie-xitrosti/pochemu-gonit-maslo-turbina/ Arhivat 24 aprilie 2015 pe Wayback Machine De ce o turbină „conduce ulei”? (despre defecțiunile turbocompresorului auto)

Literatură

• Mașini de tăiat metal: Manual / V. E. Push, Moscova : Mashinostroyeniye , 1986.- 564 p.