Владимир Петров - Законы развития систем

(рис. П4.12).

Рис. П4.12. Катание на коньках

Толщина водной пленки на поверхности льда, равная около 10 нм при —35 °С, увеличивается до 100 нм при —5 °С 481.

Пример П4.19. Гидродинамические подшипники.

В гидродинамическом подшипникеподача жидкости осуществляется посредством всасывания ее в результате вращения подшипника, попадая на его внутреннюю поверхность и образуя смазочный слой под валом или вокруг него.

Гидродинамические подшипники используются в кулерах — вентиляторах для охлаждения процессора (рис. П4.13а) и в приводах жестких дисков (рис. П4.13б).

Рис. П4.13. Гидродинамический подшипник в электронике

По сравнению с обычным подшипником качения, бронзовый гидродинамический подшипником позволяет снизить уровень шума, увеличить срок службы устройства и регулировать скорость вращения шпинделей жесткого диска в широком диапазоне.

Воздушная подушка

Воздушная подушка — в широком смысле область повышенного давления воздуха между подвижными и неподвижными элементами механизмов.

Воздушная подушка применяется:

— в транспортных устройствах;

— в различных приборах и механизмах для уменьшения трения между соприкасающимися поверхностями.

Пример П4.20. Воздушный подшипник.

Опоры с воздушной смазкой могут быть аэродинамическимии аэростатическими. Они практически не ограничивают скорости вращения валов, работают с весьма малыми потерями и ничтожным нагревом, сохраняют точность направления вала.

Принципы действия их подобны гидростатическим и гидродинамическим.

В аэростатических подшипниках принудительно подается тонкий слой сжатого воздуха, чтобы обеспечить «нулевое» трение поверхностей. Вместо смазочного материала в таких подшипниках используется воздух.

В аэродинамических подшипниках воздух может самозасасываться в зазор из атмосферы через торцы подшипников.

Пример П4.21. Аэрохоккей.

Аэрохоккей — это игра, которая функционирует при помощи аэростатического подшипника, поддерживающего шайбу и клюшки игроков. Вследствие низкого трения обеспечивается быстрое движение шайбы. Для игры используется плоская поверхность подшипника с множественными отверстиями, через которые подается воздух под давлением чуть выше окружающего, таким образом, шайба и «клюшки» игроков как бы парят в воздухе (рис. П4.14).

Рис. П4.14. Аэрохоккей

Пример П4.22. Пористый подшипник.

Воздух в подшипники подается через пористую поверхность (миллионы микронных пор), максимально равномерно распределяя давления. Пористые подшипники отличаются большей прочностью.

Выпускаются стандартные пористые воздушные подшипники различных форм и размеров (рис. П4.15а). Технология изготовления пористых подшипников обеспечивает высокую прочность, простоту использования и доступность.

На рис. П4.15б) показано выпускание воздуха из пористого подшипника.

Рис. П4.15. Пористые воздушные подшипники

Магнитная подушка

Магнитная подушка основана на силах отталкивания одноименных полюсов магнита. В результате воздействия этих сил объект «парит» в воздухе.

Магнитная подушка может осуществляться:

— постоянными магнитами;

— электромагнитами;

— активными средствами, управляющими электромагнитом.

Пример П4.23. Детская игрушка Левитрон.

Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля 482(рис. П4.16).

Рис. П4.16. Детская игрушка Левитрон

Пример П4.24. Магнитный подшипник на постоянных магнитах.

Принцип работы магнитного подшипникаоснован на силах отталкивания одноименных полюсов магнита. Такой подшипник осуществляет подвес вращающегося вала без физического контакта, без трения.

Пример П4.25. Электромагнитные подшипники.

В этом типе подшипника используется электромагнит (рис. 4.17).

Рис. П4.17. Электромагнитный подшипник

Электромагнитные подшипники обеспечивают:

— низкий коэффициент «трения» опоры;

— работу без смазывающей жидкости и системы масляного питания;

— возможность гашения широкого спектра вибраций ротора и повышение его надежности;

— полное отсутствие износа и ресурс работы, ограниченный лишь долговечностью электротехнических материалов и приборов;

— исключение проблемы осевого смещения ротора при пуске и переходных динамических режимах;

— применение цифровой системы управления, созданной на базе современной микропроцессорной техники, ее высокую надежность, удобство сервиса и диагностики и возможность производить настройку для различных типоразмеров роторов и уплотнений.

Пример П4.26. Активный магнитный подшипник.

Активный магнитный подшипник (АМП) — это управляемое устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора (рис. П18).

Рис. П4.18. Схема управления активным магнитным подшипником

Пример П4.27. Электрический генератор.

Электрический генератор использует подшипник с магнитной жидкостьюблагодаря чему трение между валом и подшипником значительно снижается (патент США 6 812 583 483). Это пример использования магнитного подшипника с магнитной жидкостью .

Электростатическая левитация

Пример П4.28. Электростатический подшипник.

Электростатический подшипник использует электростатическое поле, создающее подвес.

Для создания электростатического поля можно использовать либо посредством трибоэлектрического эффекта , либо с помощью электретов .

Проще всего использовать электреты 484. Они выпускаются в виде тонких пленок.

Сила электрического отталкивания при тех же габаритах и массах носителей зарядов в миллионы раз больше силы магнитного отталкивания.

Электретной пленкой оклеивают внутреннюю поверхность желоба внешнего кольца подшипника и внешнюю поверхность внутреннего кольца. При зазоре 1 мм такой подшипник может выдержать усилие до 2 —3 тонн.

Это становится возможным благодаря огромным электростатическим силам отталкивания одноименных электрических зарядов, сосредоточенных в этих наклеенных электретных пленках.

Себестоимость такого подшипника в два-три раза меньше себестоимости обычного механического подшипника. Не нужно шариков и их точной шлифовки — так как центровку колец подшипника при его работе в условиях динамических нагрузок автоматически осуществляет само электрическое поле.