Якщо ви коли-небудь пробували ковзати важким ящиком по грубій підлозі, ви знаєте, що тертя є ворогом плавного руху. У машинах те саме тертя позбавляє енергії, створює тепло та зношує деталі. Підшипники є простим, але розумним рішенням цієї проблеми.
Давайте розглянемо, як вони насправді це роблять, різні типи, які ви зустрінете, і що робить один підшипник ефективнішим за інший у боротьбі з тертям.
По-перше, що тертя робить у вашій машині?
Простіше кажучи, тертя виникає, коли дві поверхні рухаються одна проти одної. У моторі або двигуні це зазвичай між обертовимвалі житло, яке його підтримує. Неконтрольоване тертя призводить до:
· Витрачена енергія– ваша машина працює більше, щоб подолати опір.
· Накопичення тепла– які можуть пошкодити мастильні матеріали та деформувати компоненти.
· Швидкий знос– шліфування металу об метал ніколи не закінчується добре.
Основний трюк: ковзання проти кочення
Основний принцип простий:тертя коченнязначно нижчий, ніжтертя ковзання.
Подумайте про штовхання тієї самої важкої коробки. Якщо ви тягнете його (ковзання), це важко. Якщо ви покладете під нього набір роликів або круглих брусків (кочення), він рухається набагато легше.
Це саме те, що робить підшипник. У типовомушарикопідшипник, точні-мелені сталеві кульки котяться міжвнутрішня доріжка(прикріплений до валу) і анзовнішня доріжка кочення(закріплено в корпусі). Навантаження переноситься рухом кочення, а не поверхнями, що шліфуються одна об одну. Тонка плівкамастильний матеріалпотім запобігає фактичному торканню металевих кульок доріжок кочення, ще більше зменшуючи тертя та відводячи тепло.
Сімейства корінних підшипників: різні інструменти для різних завдань
Не всі машини потребують однакового рішення. Ось короткий посібник щодо основних типів, з якими ви зіткнетеся:
1. Підшипники кочення (кулькові та роликові типи)
Це найпоширеніша сім'я. Вони використовуютьтіл кочення(кульки або ролики), затиснуті між доріжками кочення. Вони чудово справляються з керуваннямрадіальні навантаження(перпендикулярно валу) і, залежно від конструкції,осьові навантаження(вздовж валу). Ви знайдете їх скрізь, від конвеєрних роликів до автомобільних коліс і коробок передач.
2. Підшипники ковзання (підшипники ковзання)
Це найпростіша конструкція-лише рукав (часто називається aвтулка) між валом і корпусом. Вониробитипокладаються на ковзання, але плівка масла під тиском розділяє поверхні. Вони неймовірно міцні та можуть витримувати значні навантаження, тому ви знайдете їх у двигунах (шатунні підшипники) і важкій техніці. Компроміс-? Їм потрібна постійна подача масла під високим{3}}тиском.
3. Рідинні підшипники
Вони виводять ідею "безконтактного" на новий рівень. Вони використовують тонкий шар газу під тиском (наприклад, повітря) або рідини для левітації валу. Відсутній фізичний контакт, тому тертя неймовірно низьке. Ви знайдете їх у дуже-високоточних або високо{4}}швидкісних механізмах, як-от прецизійні шліфувальні машини, комп’ютерні жорсткі диски та деяке медичне обладнання.
4. Магнітні підшипники
Це високо-технологічне рішення. Електромагніти піднімають обертовий вал, тому практично немає фізичного контакту та механічного тертя взагалі. Вони використовуються в найвибагливіших сферах застосування-наприклад, високошвидкісні-турбіни, компресори природного газу та накопичувачі енергії на маховику. Вони складні та потребують систем керування, але за чистою швидкістю та відсутністю зносу їх неможливо перемогти.
Що відрізняє хорошого-винищувача від чудового?
Навіть у межах одного типу підшипників одні краще мінімізують тертя, ніж інші. Ось що налаштовують інженери:
· Матеріали:Справа не тільки в силі. Передові матеріали, якPTFEабо спеціальні полімери в клітках зменшують внутрішнє тертя ковзання.Керамічні кулі(у гібридних підшипниках) легші та гладкіші за сталь, яка зменшує тертя на високих швидкостях.
· Внутрішня геометрія:Форма доріжок кочення, розмір і кількість тіл кочення, а такождизайн кліткивсе впливає на те, як компоненти взаємодіють і скільки енергії втрачається на внутрішнє тертя.
· Змащення:Це неоспіваний герой. правиймастильний матеріал-масло, мастило чи навіть тверда плівка-створює критично важливий розділовий шар. Інженери навіть працюють над передовими покриттями, якграфенщоб у майбутньому досягти «над-мастильності».
