Карл Гильзин - Эта удивительная подушка

Когда подшипник смазан, то вал и подшипник разделены тонким слоем смазочного масла. Столь велика роль этой масляной пленки, что без преувеличения можно сказать — на ней держится вся современная индустрия.

Роль смазки была оценена людьми в самые старинные времена. Во всяком случае, египетский рисунок давностью почти три тысячи лет изображает человека, льющего смазочное масло под салазки, перевозящие тяжелое каменное изваяние. Археологи нашли остатки смазки в ступицах колес древних повозок, возраст которых не менее трех с половиной тысяч лет.

Смазочное масло непрерывно течет сквозь едва видимый зазор между вращающимся валом и подшипником, образуя там масляную подушку, поддерживающую вал. Теперь уже трется не вал о подшипник, а слои масла в подушке друг о друга. Трение в жидкости неизмеримо меньше — значит, меньше работа трения и выделяющееся тепло. Но и оно уносится маслом, которое не только смазывает, но и охлаждает подшипник, дважды защищая его от перегрева. Смазка нужна любым подшипникам — и опорным, подобным описанному выше, и упорным, когда нагрузка действует вдоль вала — в случае трения скольжения или качения.

Всем хорошо смазочное масло, но и оно сдает, когда число оборотов сильно возрастает. Как ни мало трение в масляной подушке, оно быстро увеличивается с числом оборотов. И вскоре ставит предел дальнейшему росту числа оборотов.

Техника не терпит барьеров на пути своего развития. Разумеется, и барьер числа оборотов будет преодолен, уже успешно преодолевается. С помощью все той же воздушной подушки.

Это одно из самых важных его применений.

Идея воздушной смазки вместо масляной вполне оправдана — трение в газе неизмеримо, в сотни и тысячи раз слабее, чем в жидкости, им можно пренебречь. Это и позволяет практически снять барьер оборотов.

Идея подшипника с воздушной смазкой проста. Воздух под давлением поступает в зазор между валом и подшипником и поднимает вал, всплывающий на тончайшей воздушной подушке. Ее толщина измеряется долями миллиметра, ведь поверхности вала и подшипника гладкие, имеют лишь микроскопические неровности. Но зато давление воздуха в подшипнике значительно больше, чем в воздушной подушке летающего судна или автолета, оно обычно равно нескольким атмосферам.

Подшипник с воздушной смазкой может быть устроен и иначе, напоминая экранолет. В этом случае воздух в зазор подшипника под давлением не подводится, вращающийся вал создает сам динамическую воздушную подушку, подминая окружающий воздух под себя. Какой вид воздушной смазки выгоднее в данном подшипнике — аэростатический или аэродинамический, устанавливают тщательным расчетом.

Бесчисленное множество воздушных подшипников работает в различных высокооборотных машинах и приборах современной техники.

Имеются фрезерные станки, в которых зубчатая фреза вращается на воздушных подшипниках, делая полмиллиона оборотов в минуту. С подобным же числом оборотов вращаются на воздушных подшипниках веретена ткацких станков, ультрацентрифуги в научных лабораториях и даже бормашины в зубоврачебных кабинетах — они практически безболезненны!

Проблему высокооборотности воздушная подушка, можно считать, решила окончательно. В подшипниках малых размеров число оборотов уже превысило миллион в минуту! Ограничивает его уже не подшипник, а прочность вращающегося вала и связанных с ним деталей.

Рекорд высокооборотности установлен воздушным подшипником в содружестве с магнитной опорой. Магнитная подвеска, создающая воздушный зазор между вращающимися деталями, известна давно, но лишь в последнее время приобретает все большее значение в связи с требованиями сверхточной техники. Ее преимущество в том, что она может действовать в вакууме — разреженная атмосфера позволяет достичь особенно высокого числа оборотов: ведь трение воздуха, как оно ни мало, все же замедляет вращение.

В одной из новых машин для производства синтетических волокон вал вращается с миллионом оборотов в минуту, опираясь на невидимый магнитный подшипник. Еще намного больше число оборотов сверхцентрифуги — при диаметре тридцать миллиметров она делает шесть миллионов оборотов в минуту! При таких оборотах магнитный подшипник необходим, центрифуга должна вращаться в вакууме.

Как бывают довольны мамы, когда им удается купить детям ботинки с прочной, неизнашивающейся подметкой. Лучше похвалы быть не может — износу нет!

Никак не меньше радуются инженеры, имея дело с надежным, неизнашивающимся, не требующим ремонта оборудованием. Ремонт не только обременителен из-за сложности, трудоемкости, стоимости. Главное, он нарушает нормальный ритм производства: станки, машины, конвейер приходится останавливать.

Вот почему одним из главных требований к современным машинам является надежность, длительность работы без ремонта. Чем меньше изнашивается машина в работе, тем больше, как говорят, межремонтный период ее работы. Тем она качественнее, ценнее.

Изнашиваются прежде всего трущиеся детали и части машины. Чем больше трение, тем больше износ. Там, где применен воздушный подшипник, трения практически нет. Значит, нет и износа.

Особенно нужны подшипники там, где обычная смазка не годится. В атомных котлах и других ядерных установках радиоактивное излучение быстро ухудшает смазочные свойства обычных масел, и они становятся непригодными. Воздушные подшипники спасают положение.

Другой пример — различные химические производства. Часто машины и механизмы находятся в непосредственном контакте с веществами, вступающими в реакцию со смазочными жидкостями. Ясно, что и здесь могут найти применение подшипники с воздушной или газовой смазкой. Иногда смазка осуществляется газами, участвующими в самом технологическом процессе. Требования высокой чистоты конечного продукта исключают в этих случаях применение для смазки посторонних веществ.

Важна воздушная смазка, когда рабочие температуры машин очень высоки или, наоборот, низки — в металлургии, криогенной технике. При подобных температурах жидкие смазочные вещества, как правило, непригодны.

Любое устройство, прибор, изделие, плавающее на воздушной смазке, крайне чувствительно даже к ничтожным по величине усилиям: ведь трения-то нет. Стоит легко коснуться пальцем — и плита с прибором или изделием поехала… Это помогает избавиться от всяких «посторонних» воздействий, способных исказить результаты испытаний, ухудшить точность обработки или измерения. Если плита неподвижна, значит, никаких вредных воздействий нет. Поэтому часто воздушная смазка применяется в точных испытательных стендах, контрольно-измерительных устройствах и приборах.