Что такое гидродинамический подшипник

Типы подшипников в корпусных вентиляторах

Содержание

Содержание

Активное охлаждение компонентов компьютера уже давно ни для кого не является новостью. Пользователи так сильно увлечены воздушными потоками, давлением внутри корпуса, что забывают о том, что не каждый вентилятор подходит на отведенную ему роль в полной мере. И не последнее значение в этом играет тип подшипника вентилятора.

Немного истории

Изначально подшипники выглядели совсем не так как сейчас. Как следует из названия, это то, во что упирается шип.

Простая конструкция за счет малого диаметра оси создает большое отношение плеч рычага и даже большой коэффициент трения не создает существенного противодействия вращению. А что бы износ был как можно меньше, в качестве подшипника используется более твердый материал. Сегодня такая конструкция встречается в механических часах.

Так или иначе прогресс взял свое, и современные конструкции уже более совершенны.

Подшипник скольжения

Традиционный спутник бюджетных вентиляторов. Внешне максимально простая конструкция, состоящая из латунной втулки и стального вала, но в своей работе не так уж и проста.

Небольшая разница в диаметре вала и втулки заполнена маслом. При вращении вала силы трения между валом и маслом нагнетают масло в место соприкосновения вала и втулки, создавая давление масляного клина. Если это давление будет достаточно большим, оно предотвращает контакт вала и втулки.

h — толщина слоя смазки, ω — угловая скорость вращения вала, d — диаметр вала, P — величина нагрузки, s —средний зазор, e — эксцентриситет

Как видно из рисунка слабым местом этого подшипника является то, что давление прилагается только с одной стороны вала — это не способствует гашению вибраций, а даже наоборот вызывает их при малой величине нагрузки.

По мере работы нагрев делает масло более жидким, что уменьшает давление масляного клина. Также нагрев способствует ускорению испарения масла и в итоге вал с втулкой начинает контактировать. При повышении окружающей температуры на 20 градусов срок эксплуатации такого подшипника снижается в 3 раза. То есть, для вентилятора с обычным подшипником скольжения наиболее удачным будет место с низкой температурой. А для уменьшения, микровибраций, которые изнашивают втулку и в итоге становятся слышимыми вибрациями нужна нагрузка на вал. Такие условия в сборке башенного типа актуальны только на фронтальной панели.

По мере усовершенствования этого типа подшипника появились самосмазывающиеся вариации, а также с винтовой нарезкой. Их особенностью является большее количество масла, доступное для смазки, а также некоторое подобие насоса за счет винтовых конструкций, обеспечивающее циркуляцию масла в любом положении.

Использование полиоксиметилена (POM) также идет на пользу. Этот материал частенько используют в редукторах дешевого электроинструмента. Но в данном случае это замена мягкой втулки из медного сплава, которая в редукторе рассыпалась бы моментально. Полимерный материал уменьшает коэффициент сухого трения и появление частиц с абразивными свойствами, которые в свою очередь ускоряют износ.

Все эти ухищрения не устраняют полностью недостатки конструкции подшипника скольжения, хотя и позволяют ему проработать несколько лет даже в неудачном положении. Наиболее живучим будет вентилятор, имеющий защиту IP6X. В нем применяется герметизирующая втулка для защиты от пыли, которая также мешает испаряться и вытекать маслу.

Гидродинамический подшипник

Считается вечным, ведь пока в нем есть масло, вал и втулка не могут соприкоснуться. Это обеспечивается особым профилем либо втулки, либо вала, обеспечивающих повышенное давление в некоторых участках. Обычно это встречные косые углубления на втулке. Их проще выполнить в мягком металле, не нарушая балансировки вала. Но на практике может встретиться все что угодно, щедро сдобренное маркетинговыми названиями.

Как видно по результатам моделирования, повышенное давление действует на вал со всех сторон. За счет этого вал меньше вибрирует и практически исключается контакт со втулкой. Но главная проблема подшипников скольжения — высыхание масла тут тоже присутствует. И добавляется еще одна: в лежачем положении масло, по мере высыхания, либо скопится в масляной камере (при этом некоторые конструкции исключают достаточное поступление масла за счет капиллярного эффекта), либо постепенно будет покидать подшипник через недостаточно герметичное уплотнение вала.

И ко всему этому еще добавляется очень большая восприимчивость к работе на низких оборотах. Давление масла зависит от оборотов, и если они будут недостаточны, то гидродинамический подшипник превращается в обычный подшипник скольжения. Недаром производители зачастую ограничивают нижнюю частоту вращения вентиляторов с гидродинамическими подшипниками в 600 оборотов в минуту. Но даже с таким ограничением пользователи отмечают появление посторонних звуков.

Подшипники с магнитным центрированием

Большая часть вентиляторов пользуется магнитной левитацией за счет притяжения постоянного магнита ротора и полюсов статора. Убедиться в наличии магнитной левитации просто — достаточно вдоль оси потолкать крыльчатку. Она свободно перемещается на некоторое расстояние и тут же возвращается. В вентиляторах с магнитным центрированием добавляют еще один магнит, придающий больше жесткости, и упор оси вала, который может быть выполнен как из пластика, так и из гидродинамического подшипника.

Дополнительная жесткость уменьшает вибрацию вала на низких оборотах и позволяет гидродинамическому подшипнику работать на любых оборотах и в любом положении.

Подшипник качения

Как можно понять из названия, принцип его работы основан на качении. Чем тверже материал, меньше шероховатость поверхности и точнее детали, тем дольше прослужит такой подшипник. Чем ниже рабочие обороты в подшипнике качения, тем дольше он проработает (даже в перерасчете на суммарное количество оборотов).

Ориентация в пространстве на работе никак не сказывается, поэтому вентиляторы на его основе можно применять в любой части сборки.

Но такой подшипник шумный, что делает его применение на низких оборотах бессмысленной затеей, и с течением времени создаваемый шум растет постепенно. Наиболее долговечная разновидность выполняется из керамики.

А самую тихую модификацию без сепаратора, в которой шарики не создают шума постукиванием друг о друга, скорее всего в компьютерных вентиляторах мы никогда и не увидим.

Заключение

Подшипники компьютерных вентиляторов имеют свои слабые и сильные стороны, учитывая которые можно избежать ускоренной поломки и бессмысленных трат.

Обычный подшипник скольжения дешевый, быстро выходит из строя, но на фронтальной панели может прослужить вполне долго.

Самосмазывающиеся подшипники, особенно с применением пластика (POM) и класса защиты IP6Х могут работать в любой части сборки, не уступая в долговечности другим типам.

Гидродинамический подшипник в самом простом исполнении даже капризнее чем обычный подшипник скольжения. Оптимальным будет использование на оборотах, близких к максимальным, если избегать «лежачего» положения.

Магнитное центрирование позволяет гидродинамическим подшипникам работать в любом положении и оборотах.

Подшипник качения самый надежный, но шумный. Зачастую заранее предупреждает о своей грядущей поломке повышенным шумом, что позволяет избежать внезапной остановки.

Источник

Гидродинамический подшипник

Гидродинамическим называют подшипник скольжения, предназначенный для работы в гидродинамическом режиме смазки.

В гидродинамическом подшипнике отсутствует прямой контакт между трущимися поверхностями, так как зазор между ними под действием гидродинамических сил заполняется смазывающей жидкостью.

Использование гидродинамического подшипника позволяет заменить трение скольжения на жидкостное трение, и снизить потери энергии.

В гидродинамическом подшипнике нагрузку воспринимает и передает на опору тонкий слой жидкости.

Условия возникновения жидкостного трения

Для работы гидродинамического подшипника необходимо создание гидродинамического слоя смазки, для этого нужно обеспечить следующие условия:

Принцип работы гидродинамического подшипника

Рассмотрим схему работы гидродинамического подшипника.

Вал установлен в корпусе заполненном маслом с зазором, под действием нагрузки вал прижимается к нижней поверхности корпуса. Получается, что в начальном положении вал расположен в корпусе с эксцентриситетом.

При вращении вала, небольшой слой жидкость за счет адсорбции приходит в движение и увлекается вслед за поверхностью вала. Последующие слои также могут увлекаться во вращательное движение за счет вязкости рабочего масла. Получается, что вал выполняет роль насоса, создавая поток рабочей жидкости, и нагнетая ее в клиновидную щель между корпусом и валом. В результате воздействия вращающегося вала масло стремится заполнить клиновидную щель и поднять вал, с другой стороны этому препятствует нагрузка действующая на вал.

При создании давления достаточного для того, чтобы приподнять вал, и обеспечить протекание масла по всей окружности наступает равновесное состояние.

Гидродинамический подшипник с клиновыми расточками вкладыша

Для обеспечения высоких антивибрационных свойств используют гидродинамический подшипник с клиновыми расточками, в котором цапфа вала опирается на несколько масляных клиньев. Это снижает вероятность возникновения вибраций.

Расчет гидродинамического подшипника

Условие обеспечения жидкостного трения:

Наименьшее отношение относительного эксцентриситета можно вычислить по формуле:

Необходимую вязкость жидкости, при которой удастся достичь режима жидкостного трения можно определить по формуле:

Источник

Гидродинамический подшипник: его устройство и принцип работы

Несмотря на сложность названия, с работой гидродинамических подшипников встречался каждый из нас. Самый характерный это коленвал двигателя внутреннего сгорания — тип подшипника гидродинамический. Вращение коленвала относительно блока двигателя происходит в масляной среде.

Гидродинамический подшипник: принцип работы

Подшипник гидродинамический — это вал, расположенный внутри герметичной обоймы, заполненной жидкостью. В спокойном состоянии вал практически лежит на стенке обоймы и расположен с эксцентриситетом относительно нее. Но с началом вращения, жидкость стремится уровнять давление со всех сторон и вал располагается строго по оси обоймы. При этом трение в конструкции значительно уменьшается.

Устройство гидродинамического подшипника

Гидродинамический подшипник представляет собой закрытую герметичную конструкцию, состоящую из двух колец. Внутренняя поверхность колец тороидальной формы хорошо пригнана друг к другу заполнена маслом или иной вязкой жидкостью. Его конструкция такова, что он сам создает давление жидкости внутри себя в процессе вращения. Такие подшипники установлены, например, в приводе жесткого диска компьютера.

Разновидностью гидродинамического подшипника является гидродинамический подшипник с магнитным центрированием, применяемый в кулерах компьютеров. Магнитное центрирование призвано обеспечить плавный запуск подшипника, избежать начального смещения вала к обойме.

Область применения

Гидродинамические подшипники нашли свое применение в прецизионной технике. В частности, они применяются в приводах жестких дисков и кулеров компьютеров и ноутбуков.

Одной из отличительных особенностей этих подшипников является долговечность, поэтому их ставят в узлы и агрегаты, которые с трудом поддаются ремонту или неремонтопригодные вообще.

Достоинства

К числу несомненных достоинств гидродинамических подшипников можно отнести:

Недостатки

Размеры гидродинамических подшипников и особенности конструкции

В зависимости от области применения и конструкции гидродинамические подшипники могут быть разного размера:

Для кулеров компьютеров и видеокарт предназначен специальный гидродинамический подшипник размером 25х25х10 мм. Скорость вращения до 13000 об/мин. Срок службы 40 тыс. часов.

В жестких дисках устанавливаются подшипники размером 28,5х19 мм шириной 9 мм. Число оборотов от 4200 до 10000 об/мин.

Гидродинамический подшипник для промышленного использования состоит из стационарной наружной обоймы, имеющей четыре точки крепления к станине и вращающуюся внутреннею. Размер устанавливаемого вала может находится в диапазоне от 80 до 250 мм.

Компания УкрЗахидПостач предлагает подшипники и приводные ремни всех типоразмеров и в любом количестве. Прямое сотрудничество с мировыми брендами позволяет поставлять любые подшипники по самым низким ценам.

Источник

Принцип работы гидродинамического подшипника скольжения

Чтобы разобраться в работе гидродинамического подшипника скольжения, следует вспомнить основные теоретические посылы.

Гидродинамический эффект

В конструкциях подшипников рассматриваемого типа реализовано несколько видов трения, одним из которых является жидкостное. При нём взаимодействие поверхностей цапфы и вкладыша полностью заменяется на взаимодействие частиц смазочных материалов (внутреннее трение). Основные характеристики последнего: вязкость, липкость.

Основные положения теории, рассматривающей смазку контактно-гидродинамическую

Этот раздел науки посвящён изучению условий влияния упругих деформаций, возникающих в контактирующих элементах (в нашем случае, в качестве таковых выступают поверхности цапфы и подшипникового вкладыша) на протекание гидродинамических процессов смазывания. Благодаря данной теории удалось объяснить формирование плёнки, имеющей достаточную толщину, происходящее при существенных давлениях (при имеющихся контактах двух типов: первые именуются точечными, вторые, сосредоточенными линейными). Это позволяет расчётным путём подбирать необходимые режимы, приводящие к возникновению жидкостного трения.

Принцип работы подшипника рассматриваемого типа

Набирающий скорость вал способствует вовлечению масла в зазор клинового типа, возникающий между вкладышем и цапфой. В нём создаётся избыточное давление между сопряжёнными поверхностями. Под действием последнего вал всплывает.

Многие подшипники скольжения нормально работают при поступлении смазки самотёком. Если последнего недостаточно, предусматривается принудительная его подача насосом под избыточным давлением.

Жидкостное трение обеспечивает требуемую работоспособность по таким критериям, как заедание, износ, существенно минимизирует энергопотери на преодоление негативных сопротивлений. Фактически трущиеся поверхности при этом режиме не изнашиваются.

Резюмируем. Для бесперебойной работы гидродинамического подшипника скольжения требуется создание жидкостного трения. Этот режим возникает в случае одновременного наличия следующих факторов:

Следует помнить, что необходимая подъёмная сила, обеспечивающая режим жидкостного трения, увеличивается обратно пропорционально квадрату имеющегося относительного зазора. Величина последнего задаётся чистотой и качеством обработки поверхностей подшипника и шейки вала.

Для того, чтобы добиться надёжной работы в этом режиме, требуется обязательное выполнение приработки данных поверхностей. Последняя выполняется в режиме пониженных нагрузок (время приработки, обкатки и необходимый режим работы указываются в инструкции).

Источник

Подшипник в кулерах имеет значение

Подшипник скольжения (sleeve bearing)

Простейший тип подшипника, состоит из втулки, покрытой антифрикционным материалом, внутри которой вращается вал.

Подшипник скольжения c винтовой нарезкой (rifle bearing, Z-Axis bearing)

Подшипник скольжения со специфическими нарезами на втулке и оси, осуществляющими рециркуляцию смазывающей жидкости.

Гидродинамический подшипник (FDB bearing)

Усовершенствованный подшипник скольжения, в котором вращение вала происходит в слое жидкости, постоянно удерживающейся внутри втулки за счёт создающейся при работе разницы давлений.

Подшипник качения (ball bearing)

Из всех типов подшипников качения в кулерах применяются только радиальные шарикоподшипники, состоящие из двух колец, тел качения (собственно шариков) и сепаратора.

Керамический подшипник качения (ceramic bearing)

Подшипник качения с использованием керамических материалов.

Подшипник масляного давления (SSO)

Усовершенствованный гидродинамический подшипник. Отличается увеличенным слоем жидкости (смазки) Для уменьшения износа вал центрируется установленным в основание постоянным магнитом

Самосмазывающийся подшипник скольжения (LDP)

Усовершенствованный подшипник скольжения. Имеет защиту от пыли, соответствующую IP6X, и специальный слот для восстановленного масла, которые увеличивают срок службы вентилятора.

Подшипник с полиоксиметиленом (POM Bearing)

Усовершенствованный подшипник скольжения. Для увеличения срока службы вал покрыт полиоксиметиле́ном, обладающим пониженным коэффициентом трения скольжения.

Сообщество Ремонтёров

6.1K постов 35.7K подписчика

Правила сообщества

ЕСЛИ НЕ ХОТИТЕ, ЧТОБЫ ВАС ЗАМИНУСИЛИ НЕ ПУБЛИКУЙТЕ В ЭТОМ СООБЩЕСТВЕ ПРОСЬБЫ О ПОМОЩИ В РЕМОНТЕ, ДЛЯ ЭТОГО ЕСТЬ ВТОРОЕ СООБЩЕСТВО:

Посты с просьбами о помощи в ремонте создаются в дочернем сообществе: https://pikabu.ru/community/HelpRemont

К публикации допускаются только тематические статьи с тегом «Ремонт техники».

В сообществе строго запрещено и карается баном всего две вещи:

В остальном действуют базовые правила Пикабу.

У шариковых подшипников вой обычно стоит такой, что желание использовать этот кулер быстро пропадает. Но ресурс да, неплохой.

Циклы старт-стоп существенно сокращают ресурс данного типа подшипников.

Работа на пониженных оборотах существенно сокращает ресурс данного типа подшипников.

Обслуживание не предусмотрено.

Noctua SSO\Sunon MagLev

MagLev (Vаро подшипник) это модернизированный подшипник скольжения, в котором специальная система магнитов образует магнитное поле, компенсирующее собственный вес ротора. В результате при работе ротор левитирует в магнитном поле, почти не касаясь стенок втулки.

нормально работает только при вертикальном положении вала(горизонтальном положении вентилятора), например в ноутбуке, видеокарте настольного ПК, блоке питания настольного ПК, при горизонтальном положении вала (вертикальном положении вентилятора) по-сути работает как обычный подшипник скольжения.

Источник