Воздушные подшипники — это тип подшипников, которые используют тонкую пленку сжатого воздуха для поддержки нагрузки.

Подшипники, как всем известно, являются важными компонентами в современной механике. В ранних формах подшипников линейного движения ряд деревянных стержней располагался под рядом рычагов. Современные подшипники линейного движения используют тот же принцип работы, но иногда шарики заменяют ролики. Простой вращающийся подшипник — это втулочный подшипник, который представляет собой просто втулку, зажатую между колесом и осью. Этот дизайн позже был заменен на роликовые подшипники, которые используют множество цилиндрических роликов вместо оригинальной втулки, при этом каждый роликовый элемент действует как отдельное колесо. В 1854 году француз Г.А. Ян предложил идею использования газа в качестве смазки, а в 1896 году были введены воздушные подшипники.

Сегодня я представлю воздушные подшипники.

Воздушные подшипники, как следует из названия, это подшипники, которые используют газ в качестве смазки, причем воздух является наиболее часто используемым газом-смазкой. В зависимости от потребностей также могут использоваться азот, аргон, водород, гелий или углекислый газ. В газовых компрессорах, расширителях и циркуляторах рабочая среда часто служит смазкой. Материалы, используемые для воздушных подшипников, в основном включают инструментальную сталь, бронзу, сплавы вольфрама, кобальта и молибдена, пористые материалы порошковой металлургии, керамику и инженерные пластики.

1. Механизм образования несущей газовой пленки в подшипниках с газовой смазкой такой же, как и в подшипниках с жидкой смазкой, и они делятся на подшипники с газодинамическим давлением и подшипники с газостатическим давлением. Подшипники с газодинамическим давлением: они используют динамическое давление жидкости, создаваемое газом в клиновидном пространстве, для поддержки нагрузки. На поверхности шейки вала или корпуса подшипника часто делают мелкие резьбовые канавки для повышения несущей способности за счет насосного действия канавок. Подшипники с газодинамическим давлением: это подшипники с газодинамическим давлением с спиральными канавками. Подшипники с газостатическим давлением: давление подачи для подшипников с газостатическим давлением обычно не превышает 0,6 МПа. Газ поступает в газовую камеру через отверстия для подачи, затем проходит через дроссель в зазор между подшипником и шейкой вала и, наконец, выходит с обоих концов подшипника, образуя статическую газовую пленку, которая поддерживает нагрузку в зазоре. Внутренняя поверхность подшипников с газостатическим давлением обычно не имеет газовых полостей для увеличения жесткости газовой пленки и улучшения стабильности.

2. В зависимости от направления нагрузки, которую они несут, их можно разделить на радиальные газовые подшипники, подшипники с газовым давлением и комбинированные радиально-осевые подшипники.

① Очень низкое трение: Поскольку вязкость газа значительно ниже, чем у жидкостей, вязкость воздуха при комнатной температуре составляет всего одну пяти тысячную от вязкости машинного масла № 10, а трение подшипников пропорционально вязкости, поэтому трение газовых подшипников ниже, чем у подшипников с жидкой смазкой.

② Широкий диапазон применимых скоростей: Газовые подшипники имеют низкое трение и низкий рост температуры. При скоростях до 50 000 об/мин рост температуры не превышает 20-30°C, а скорости могут достигать до 1,3 миллиона об/мин. Газовые подшипники с газостатическим давлением также могут использоваться при очень низких скоростях, даже при нулевой скорости.

③ Широкий диапазон применимых температур: Газ может оставаться в газообразном состоянии в очень широком диапазоне температур, и его вязкость минимально зависит от температуры (вязкость немного увеличивается с температурой, например, когда температура повышается с 20°C до 100°C, вязкость воздуха увеличивается на 23%). Поэтому применимый температурный диапазон газовых подшипников может достигать от -265°C до 1650°C.

④ Низкая несущая способность: Несущая способность подшипников с динамическим давлением пропорциональна вязкости, и несущая способность газовых подшипников с динамическим давлением составляет лишь небольшую долю от несущей способности подшипников с жидким динамическим давлением того же размера. Из-за сжимаемости газа несущая способность газовых подшипников с динамическим давлением имеет предел, и нагрузка на единицу проекционной площади обычно может достигать только 0,36 МПа.

⑤ Высокие требования к точности обработки: Для повышения несущей способности и жесткости газовой пленки газовых подшипников обычно используют зазоры подшипников, меньшие, чем у подшипников с жидкой смазкой (менее 0,015 мм), что требует соответствующих улучшений в точности деталей.

С 1950-х годов применение газовых подшипников стало все более распространенным и стало предметом обширных и глубоких исследований. В настоящее время газовые подшипники могут использоваться в текстильной механике, кабельной механике, инструментальных станках, гироскопах, высокоскоростных центробежных сепараторах, стоматологических борах, криогенных холодильных машинах, водородных расширителях и высокотемпературных газовых циркуляторах.

С 1950-х годов применение газовых подшипников стало все более распространенным и стало предметом обширных и глубоких исследований. В настоящее время газовые подшипники могут использоваться в текстильной механике, кабельной механике, инструментальных станках, гироскопах, высокоскоростных центробежных сепараторах, стоматологических борах, холодильниках с низкой температурой, водородных расширителях и высокотемпературных газовых циркуляторах.