Борис Ляпунов - Борьба за скорость

Такие результаты дали наблюдения Дьячкова. Он определил, как именно меняется форма деталей подшипника в работе, насколько велики ее изменения.

Как же бороться с этой опасностью? Как устранить неизбежные помехи правильному течению масла, быстрому отводу тепла?

«Клин клином вышибают», — говорит пословица. Мы вспомнили ее, когда говорили о разгружающих надрезах. И здесь похожий прием.

Форма исказится, «испортится» в одном месте, у одной детали. Этого избежать нельзя. Но можно исказить ее, «испортить» намеренно в другом месте, у другой детали, так что одно искажение компенсирует другое. Одна деталь — это вал. Он при работе изогнется. Другая деталь — это вкладыш подшипника. В нем нужно заблаговременно сделать выемку такой формы, чтобы толщина масляного слоя между шипом и подшипником не уменьшилась, когда изгиб вала появится.

Предусмотрев изменения формы вала, сделать отверстие вкладыша не круглым, а другим, так, чтобы ответить на все изгибы, впадины, выпуклости. Тогда они будут не страшны. Подшипник заранее подготовлен к ним и сохранит главное — возможность равномерного течения масла, без узких мест, где таится опасность перегрева и аварии.

Созданная Дьячковым теория позволила заранее рассчитывать, какой формы нужно сделать подшипник, чтобы он не боялся масляных «пробок», чтобы масло текло в нем правильно и хорошо отводило тепло.

Это дает конструктору возможность удлинить жизнь подшипника, жизнь машины, увеличить ее быстроходность.

Кажется, все! Но есть еще одна трудность. Она таится в самой смазке.

Здесь наблюдаем случай, который в технике нередок. Мы с ним уже встречались, когда говорили о материалах для быстроходных машин. Это — противоречие одного требования другому. Прочность и легкость — требования противоречивые. Инженерам приходится их мирить друг с другом.

Пришлось и Дьячкову мирить два противоречивых требования к материалу-смазке.

Лучше было бы иметь вязкость смазки побольше, тогда и нагрузку подшипник выдержит большую, — так говорит одно требование.

Лучше было бы иметь вязкость поменьше, тогда маслу легче течь, легче «расклинивать» трущиеся поверхности, — говорит другое требование.

Вязкое масло лучше, но оно легче застревает в подшипнике. С маловязкой жидкой смазкой этого не случится, но тогда подшипник будет «слабосильным». Одно хорошо, другое плохо. Что же предпочесть?

Компромисс. Дьячков разработал способ так выбирать вязкость смазки, чтобы подшипник выдерживал нужные нагрузки и масло в нем не застревало по пути.

Вязкость масла нужно выбрать поменьше, но для каждой машины, для каждого подшипника наилучшую — не слишком большую, но и не слишком малую.

Что ж тут мудреного? Все и так ясно, — можно сказать об этом. Но то, что кажется сейчас простым и ясным, — результат упорною труда, расчетов, опытов.

Раньше конструкторы шли вслепую. «Исправив» подшипник, изменив его размеры, место подвода смазки или вязкость ее, они «вдруг» получали неожиданно хорошие результаты — долговечность подшипника увеличивалась.

Теперь теория, строгий расчет пришли им на помощь.

Так советский ученый решил труднейшую задачу борьбы за долговечность подшипника скольжения для скоростных машин.

Подшипники высокоскоростных машин быстро нагреваются, и чтобы уменьшить нагрев, применяют смазку с меньшей вязкостью, более жидкую, чем масло, например керосин.

Но есть и другие жидкости, еще менее вязкие. Нельзя ли применить для смазки, скажем, воду? Ведь ее применяют для смазки подшипников с текстолитовыми вкладышами на прокатных станах.

Попробовали. Результат — подшипник, изготовленный из прочной стали, через несколько часов сдал, не выдержал, так велик был износ.

Трение растет со скоростью. И даже в жидкости оно будет таким значительным, что подшипник работать не сможет — сгорит.

Можно ли все же найти смазку с малой вязкостью, которая не нагревалась бы так, как масло, служила бы дольше, чем вода?

Да. Это совершенно другая смазка. Газовая. Воздушная — в первую очередь.

Я видел такой опыт.

Ротор и корпус центрифуги — аппарата для очистки жидкостей — включили в электрическую цепь. Жидкость подводится в центрифугу по трубке и впрыскивается в ротор, похожий на шпиндель сверлильного станка. Когда ротор вращается, жидкость центробежной силой расплескивается по стенкам и облегает их тонким слоем. Осадок из примесей отлагается на стенках и удаляется, а очищенная жидкость проходит через ротор и выплескивается наружу. Так все время проходит жидкость через это «чистилище», вращающееся с бешеной скоростью — 20 тысяч оборотов в минуту. Есть центрифуги и на 150 тысяч оборотов.

Ротор в верхней части соединен передачей с электромотором, а нижней, «пятой», упирается в подпятник — чашечку, в которую он входит, как пестик в ступку. Между пятой и подпятником — крошечный зазор.

Нет вращения, и под собственной тяжестью ротор слегка провисает, упирается в подпятник, замыкает электрическую цепь. В цепи появляется ток.

Включили двигатель, ротор начал набирать обороты, и через несколько секунд прибор показал, что цепь разорвана. Тока нет!

Это значит — появился воздушный промежуток, воздушная «подушка» между пятой и подпятником, и ротор «всплыл» в воздухе, как пробка в воде.

Тончайший слой воздуха разделяет теперь трущиеся поверхности. На ярком свету можно даже увидеть эту прослойку из воздуха, но в том, что она существует, нас наглядно убеждает и стрелка гальванометра, упорно стоящая на нуле.

Выключен двигатель, и обороты падают. Тока все еще нет. Постепенно уменьшается толщина воздушного слоя. Все медленнее вращается ротор. 600 оборотов в минуту… 500… 400… И только тогда начинает рваться слой смазки. Пята касается подпятника. Стрелка уходит от нуля. Цепь снова замкнута. И наконец ротор останавливается.

Инженерам пришлось остановиться на числе оборотов 21 тысяча в минуту не потому, что не выдерживал подшипник. Не выдерживала ременная передача от мотора к ротору — перетирался ремень.

А подшипник с газовой смазкой может безотказно работать при сколь угодно большом числе оборотов.

— Валы на опорах с воздушной смазкой могут вращаться с неограниченной скоростью, — говорит советский ученый С. А. Шейнберг, который разработал теорию и конструкцию таких опор — подшипников с газовой смазкой.

Подшипники с воздушной смазкой появились в последние годы и за рубежом. Но конструкторы решали задачу их смазки сложным путем — применяя сжатый воздух. Воздух принуждали идти в подшипник под давлением. Значит, нужен источник питания сжатым воздухом, а это усложняет конструкцию. Значит, работа всей машины зависит от бесперебойной подачи сжатого воздуха.