Тип подшипника скольжения гидродинамический. Гидродинамический подшипник: особенности применения и принцип работы. Требования к HDD

Содержание статьи

ПОДШИПНИК, конструктивный узел машин и механизмов, поддерживающий или направляющий вращающийся вал или ось. Если шейка вала в подшипнике скользит непосредственно по опорной поверхности, то он называется подшипником скольжения. Если же между шейкой вала и опорной поверхностью имеются шарики или ролики, то такой подшипник называется подшипником качения. Назначение подшипника – уменьшать трение между движущейся и неподвижной частями машины, так как с трением связаны потери энергии, нагрев и износ.

Подшипники скольжения.

Подшипник скольжения представляет собой массивную металлическую опору с цилиндрическим отверстием, в которое вставляется втулка, или вкладыш, из антифрикционного материала. Шейка, или цапфа, вала с небольшим зазором входит в отверстие втулки подшипника. Для уменьшения трения и износа подшипник обычно смазывается, так что вал отделен от втулки пленкой вязкой маслянистой жидкости. Рабочие характеристики подшипника скольжения определяются его размерами (длиной и диаметром), а также вязкостью смазки и скоростью вращения вала.

Смазка.

Для смазки подшипника скольжения можно использовать любую достаточно вязкую жидкость – масло, воду, бензин и керосин, водные и масляные эмульсии, а в некоторых случаях даже газы (например, нагретый воздух и продукты сгорания в реактивных двигателях) и жидкие металлы. Применяются также пластичные и твердые («консистентные») смазки, но их смазывающие свойства отличны от свойств жидкостей и газов. В тех случаях, когда естественной циркуляции смазки в подшипнике недостаточно для его охлаждения, предусматривают систему принудительной циркуляции с теплоизлучающими радиаторами и теплопоглотителями.

Гидростатические подшипники.

Подшипник скольжения, в который смазка подается под давлением (обычно масляным насосом) из внешнего источника, называется гидростатическим подшипником. Несущая способность такого подшипника определяется в основном давлением подаваемой смазки и не зависит от окружной скорости вала.

Гидродинамические подшипники.

Подшипник скольжения, работающий со смазкой, можно рассматривать как насос. Для того чтобы перемещать вязкую среду из области низкого давления в область высокого давления, необходимо затрачивать энергию внешнего источника. Смазка, прилипшая к контактным поверхностям, при вращении вала сопротивляется полному стиранию и выдавливается в область, где давление повышается, благодаря чему поддерживается зазор между этими поверхностями. Подшипник скольжения, в котором описанным образом создается область повышенного давления, удерживающая нагрузку, называется гидродинамическим.

Подшипники качения.

В подшипнике качения трение скольжения заменяется трением качения, благодаря чему снижаются потери энергии на трение и уменьшается износ.

Шарикоподшипники.

Наиболее распространенным подшипником качения является шарикоподшипник. Форму канавок (беговых дорожек) внутреннего и наружного колец подшипника качения необходимо очень точно контролировать при изготовлении, чтобы, с одной стороны, не было проскальзывания шариков относительно кольца, а с другой – они имели достаточно большую площадь опоры. Сепаратор задает точное положение шариков и предотвращает их взаимное трение. Кроме однорядных шариковых подшипников выпускаются подшипники с двумя и несколькими рядами шариков (двухрядные, многорядные), а также подшипники других конструкций.

Роликоподшипники.

В роликовых подшипниках элементами качения являются ролики – цилиндрические, бочкообразные, конические, игольчатые или витые. Конструкции роликоподшипников тоже разнообразны.

Смазка.

Срок службы подшипника качения определяется усталостным износом шариков (роликов) и беговых дорожек в кольцах.Такие подшипники тоже требуют смазки для уменьшения трения и износа. Важное значение имеет рабочая температура, так как при повышенных температурах не только сказывается неодинаковое тепловое расширение элементов подшипника, что ведет к увеличению проскальзывания, а следовательно и износа, но и уменьшается твердость материалов подшипника.

Подшипниковые материалы.

Подшипники скольжения изготавливаются из различных металлов, сплавов, пластмасс, композитов и других материалов. Длительное время основным подшипниковым материалом был баббит, запатентованный А.Баббитом в 1839. Этот сплав на основе олова или свинца с небольшими добавками сурьмы, меди, никеля и др. допускает ряд вариантов состава, различающихся относительным содержанием компонентов. Сплавы баббита стали как бы эталоном для оценки других подшипниковых материалов, среди которых – сочетания материалов, хорошо зарекомендовавших себя по отдельности: баббит и сталь; баббит, сталь и бронза; свинец с индием; серебро и сталь; графит и бронза. Среди пластмассовых материалов для подшипников скольжения выделяются найлон и тефлон, не требующие смазки. В качестве материалов втулок подшипников скольжения применяются также углеграфиты, металлокерамики и композиты.

Применяются в шлифовальных станках.

На схеме приведен многоклиновый гидродинамический подшипник. F 1 , F 2 , F 3 – силы от действия масляных клиньев.

Создаются несколько клиновых зазоров, куда вращающимся валом увлекается масло. Возникает результирующая гидродинамическая сила F д , которая воспринимает внешнюю нагрузку F в любом направлении.

Клиновые зазоры создаются с помощью башмаков, самоустанавливающихся от внешней нагрузки.

1 – башмаки; 2 – опоры

Самоустановка башмаков достигается их поворотом на сферических опорах.

Рассчитывают длину башмака вдоль оси шпинделя, длину его по дуге и максимально допустимую нагрузку на один башмак.

Кроме этого, расчет гидродинамических подшипников сводится к определению нагрузочной способности F g подшипника и определению жесткости подшипника.

,

к – число вкладышей.

,

где - жесткость слоя смазки;

- жесткость элементов и сопряжений конструкции.

Недостатки гидродинамических опор : изменение положения оси шпинделя при изменении частоты его вращения.

Гидростатические подшипники.

Обеспечивают высокую точность вращения, обладают демфирующей способностью, высокой долговечностью, высокой нагрузочной способностью при любой частоте вращения шпинделя.

Различают осевые и радиальные гидростатические подшипники.

Осевой гидростатический подшипник.

Насос нагнетает масло под давлением, которое заполняет зазоры как показано на схеме. Образуется масляной слой, исключающий контакт сопряженных поверхностей при неработающем шпинделе.

Радиальный гидростатический подшипник.

По окружности располагаются полости – карманы, куда через дроссели подается масло от насоса. При приложении внешней нагрузки F вал занимает смещенное положение: h 1 > h 2 . Это приводит к повышению давления в одних карманах и понижению в противоположных. Разность давлений создает результирующую силу, воспринимающую внешнюю нагрузку F .

Расчет гидростатических подшипников сводится к определению нагрузочной способности F с , жесткости масляного слоя , расхода масла и потерь на трение.

,

где е – относительное смещение шпинделя в опоре;

Δ – диаметральный зазор Δ =(0,0008÷0,001)∙Д (мм);

Д – диаметр шейки шпинделя,

l – расстояние между опорами;

Р н – давление нагнетаемое насосом.

- жесткость слоя смазки.

[мм 3 /с] – расход масла.

где μ – динамическая вязкость масла (1÷10)∙10 3 Па 3 ∙с.

l 0 =0,1∙Д – размеры перемычек, ограничивающих карманы.

- потери на трение.

Р Т – потери на трение в рабочем зазоре.

Р Q – потери на прокачивание масла.

Недостатки гидростатических опор : сложная система питания и сбора масла.

Применение : шпинделя особо точных станков и тяжело-нагруженных станков с низкой частотой вращения, где образовывается масляной слой за счет гидродинамического эффекта.

Опоры с газовой смазкой.

По конструкции аналогичны гидростатическим опорам, только вместо масла используется сжатый воздух под давлением Р =0,3÷0,4 МПа.

Преимущества : малые потери на трение.

Недостаток : малая нагрузочная способность.

Применение : прецизионные станки небольших размеров.

Привод подач станков.

Существует сравнительно недавно, но, несмотря на жесткую конкуренцию на рынке систем охлаждения, за счет инновационного подхода к разработке своих изделий и удачной маркетинговой деятельности, она все же смогла закрепиться на Европейском рынке. Совместно с Австрийским Институтом Теплопередачи и Вентиляторных Технологий было создано несколько удачных разработок в сфере вентиляторных технологий, которые призваны понизить шум и повысить эффективность охлаждения в компьютерных системах.

Ассортимент товаров Noctua на данный момент еще достаточно мал, но он постепенно расширяется. Началось же завоевание рынка и раскрутка бренда Noctua, именно с того самого «необычного» вентилятора, о котором пойдет речь в этом обзоре - Noctua NF-S12.

В первую очередь вентилятор Noctua NF-S12 обращает на себя внимание непривычной расцветкой и формой лопастей с большим углом атаки. Но излишне броский внешний вид иной раз вызывает некоторую долю скептицизма и предвзятого критического отношения. Поэтому, наверное, интересующимся людям, будет интересно увидеть этот вентилятор при практических испытаниях, но сначала, давайте ознакомимся с информацией технического характера, которая подчеркивает особенности данной модели и свидетельствует о тщательном ее проектировании.

Вентиляторы серии Noctua NF-S12 наделены двумя инновационными технологиями: помимо использования особой низко-шумной формы лопастей, которую видно при невооруженном взгляде на вентиляторе, был реализован самостабилизирующийся гидродинамический тип подшипника (SSO).

На схеме поясняющей принцип действия подшипника желтыми стрелками показано гидродинамическое давление, созданное закачанным маслом, а красным цветом, по-центру изображен магнит, притягивающий к себе металлический вал крыльчатки. Главным отличием SSO-подшипника от других видов гидродинамических подшипников состоит в установке дополнительного магнита, который поддерживает ось ротора. Обычно гидродинамические подшипники центруются только во время вращения за счет гиро эффекта. Поэтому в момент пуска вентилятора обычно возникает некоторое биение вала о втулку. В SSO подшипнике ось крыльчатки стабилизируется по-центру, еще до момента пуска за счет магнита, предотвращая, таким образом, возникновение деформации втулки.

Благодаря использованию SSO подшипника получается уменьшить шум и увеличить срок службы вентилятора. Собственно эффект от этой инновации компания Noctua проиллюстрировала на приведенном выше графике зависимости шума различных типов подшипников от времени работы. Полученные показатели выглядят очень интригующе. Отмечается, что гидродинамический SSO подшипник даже на начальном этапе своей работы оказывается тише подшипника скольжения, который считается самым тихим, ну и уж конечно, он выходит и тише двух шарикоподшипников. По истечении определенного периода эксплуатации, который даже приблизительными цифрами почему-то не указан, подшипник скольжения и качения, теряют свои акустические свойства и становятся более шумными, в отличие от SSO подшипника. Конечно, график носит рекламный характер, поэтому и воспринимать его следует адекватно, скорее всего, он немного приукрашен для лучшей наглядности.

В серии вентиляторов Noctua NF-S12 есть две модели с одинаковой геометрией крыльчатки, но с разной номинальной скоростью вращения – это модели NF-S12-1200 и NF-S12-800. Номинальная скорость вращения этих вентиляторов составляет 1200 об/мин и 800 об/мин. Мы же будем тестировать только более быстрый вариант Noctua NF-S12-1200, как более эффективный и, соответственно, интересный.

Спецификация вентилятора Noctua NF-S12-1200 выглядит следующим образом:

Размер, мм
Скорость вращения, об/мин
Скорость вращения с U.L.N.A., об/мин
Воздушный поток, м3/ч
Воздушный поток с U.L.N.A. м3/ч
Уровень шума, дБ
Уровень шума с U.L.N.A., дБ
Мощность, Вт
Напряжение питания, В
Тип подшипника	SSO гидродинамический
	3-контактный
Ресурс, ч
Гарантия
Дополнительно	4 антивибрационных держателя понижающий переходник U.L.N.A. 3:4-контактный переходник 4 винта
Сайт производителя
Средняя цена

* экстраполированные значения

Вентилятор Noctua NF-S12 помещен в картонную упаковку, стильно оформленную в рыжевато-черных тонах. На лицевой стороне упаковки сделан вырез, через который просматривается необычная крыльчатка вентилятора.

С обратной стороны упаковки на четырех европейских языках отмечено использование оптимизированного дизайна лопастей и гидродинамического самостабилизирующегося подшипника (SSO), а ниже приведена полная спецификация вентилятора Noctua NF-S12 и указаны дополнительные компоненты, которые входят в комплект поставки.

Вентилятор Noctua NF-S12-1200 и комплектация аккуратно уложены в прозрачный пластиковый бокс.

В комплект вентилятора Noctua NF-S12-1200 входит:

• 4 антивибрационных держателя;
• понижающий скорость вращения переходник U.L.N.A.;
• 3:4-контактный переходник;
• 4 винта.

Окраска вентилятора Noctua NF-S12-1200, как уже отмечалось, вышла довольно выразительной, сочетая светло-бежевый корпус и темно-коричневую крыльчатку. Компания Noctua подчеркивает, что она оптимизировала форму крыльчатки таким образом, чтобы уменьшить шум, возникающий при захвате лопастями воздуха. Рассматривая вентилятор Noctua NF-S12-1200 можно заметить большой зазор между крыльчаткой и корпусом, этот прием также призван уменьшить шум от движущегося воздушного потока.

Крыльчатка вентилятора состоит из семи лопастей имеющих большой угол атаки. Данная геометрия лопастей позволяет создавать больший воздушный поток, на меньшей скорости вращения, за счет чего можно снизить частоту оборотов вентилятора и тем самым уменьшить шум. Поэтому на максимальной скорости в 1200 об/мин вентилятор Noctua NF-S12-1200 способен создавать воздушный поток 47,67 CFM, а шум при этом достигает только 17 дБ.

Вентилятор питается от 3-контактного разъема, который не поддерживает режим PWM. Отметим что, провода предусмотрительно спрятаны в чехол. При помощи переходника U.L.N.A. можно понизить скорость вентилятора в два раза – от 1200 об/мин до 600 об/мин, при этом произойдет двукратное падение величины воздушного потока от 48 CFM до 24 CFM, но зато шум уменьшится фактически ниже границы слышимости человеком.

Тестирование

Описание методики тестирования вентиляторов и общие понятия, которыми нужно руководствоваться при их выборе, можно найти в первой статье посвященной тестированию вентиляторов .

Тестовая конфигурация платформы состоит из следующих компонентов:

Материнская плата	Gigabyte GA-965P-DS4 (Intel P965 Express)
Процессор	Intel Core 2 Duo E6300 (LGA775, 1,86 ГГц, L2 2 Мб)
Оперативная память	2 х DDR2-800 1024 Мб Apacer PC6400
Видеокарта	EVGA GeForce 8600GTS 256 Mб DDR3 PCI-E
Жесткий диск	Samsung HD080HJ, 80 Гб, SATA-300
Оптический привод	ASUS DRW-1814BLT SATA
Блок питания	Chieftec CFT-500-A12S 500W, 120 мм вентилятор
	CODEGEN M603 MidiTower

Выполняя роль активного элемента процессорного кулера в тесте №1, вентилятор Noctua NF-S12-1200, как и ожидалось, не демонстрирует высоких показателей, потому как вентиляторы с малым профилем крыльчатки не способны создавать большое воздушное давление, которое требуется для «преодоления» большого сопротивления радиатора. Возможно, на радиаторах с большим зазором NF-S12-1200 будет более эффективным, но на нашем Thermalright SI-128 зазор между пластинами равен приблизительно 1 мм, что налагает повышенное требование к такой характеристике вентилятора, как создаваемое давление.

В тесте №2, где Noctua NF-S12-1200 использовался в качестве единственного корпусного вентилятора, картина кардинально изменилась. Вентилятор Noctua NF-S12-1200 обошел практически всех своих оппонентов, при этом создаваемый им уровень шума был даже чуть ниже, чем у остальных вентиляторов, но при предвзятом прослушивании был выявлен легкий специфичный треск.

При подключении понижающего скорость вращения до 800 об/мин переходника U.L.N.A., вентилятор NF-S12-1200 становится практически бесшумным, но с другой стороны производительность его при этом заметно падает.

Выводы.

Вентилятор Noctua NF-S12-1200 является одним из лучших решений, которое оптимизировано для организации эффективной и тихой корпусной вентиляции. Также отметим, что наиболее эффективно вентилятор будет работать в корпусах с большим количеством вентиляционных решеток.

За счет своеобразной формы лопастей вентилятор NF-S12-1200 способен создавать большой воздушный поток на низких оборотах и при низком уровне шума, но в областях, где требуется создание большого воздушного давления, он становится менее эффективным, и этот факт в полной мере демонстрирует проведенное нами тестирование. С учетом этих особенностей не советуем применять его как охлаждение радиаторов различных систем охлаждения с зазором между пластинами менее 2 мм.

Другим моментом, который заставляет немного призадуматься при выборе вентилятора, является его стоимость, которая у Noctua NF-S12-1200 может кому-то показаться достаточно высокой. Но она в некоторой степени оправдывается «европейским» качеством изготовления и наличием самостабилизирующегося гидродинамического подшипника, который способен очень долгий период времени сохранять свои акустические свойства и имеет очень большой срок эксплуатации в 150 тыс. часов и более.

Достоинства:

• оптимизированная геометрия лопастей для создания тихой корпусной вентиляции;
• низкий уровень шума;
• бесшумная работа при подключении переходника U.L.N.A.;
• самостабилизирующийся гидродинамический подшипник с ресурсом в 150 тыс. часов;
• антивибрационный силиконовый подвес.

К недостаткам отнесем:

• отсутствие поддержки PWM;
• низкое статическое давление.

Выражаем благодарность фирме ООО ПФ Сервис (г. Днепропетровск) за предоставленное для тестирования оборудование.

Статья прочитана 5246 раз(а)

Подписаться на наши каналы

Размер или диаметр вентилятора измеряется в миллиметрах, например, 120, 140, 92, 90, 80, 40, 50, 60, 200мм.
Толщина обычно составляет от 15 до 40мм.

Крепление вентилятора для пк

В большинстве случаем, корпусные вентиляторы для пк, крепятся на винты, выполненные из какого-либо металла.

К некоторым моделям прилагаются, резиновые, силиконовые или иные крепления, позволяющие снизить вибрацию и уровень шума.

К радиатору кулера вентиляторы крепятся, чаше всего с помощью прижимных рамок или винтов.

Типы и виды подшипников в вентиляторах для пк

Тип подшипника в вентиляторе влияет на его характеристики и долговечность.

Подшипники, применяемые в вентиляторах для пк, можно разделить на два типа: скольжения и качения, по принципу работы.

Около наименования, располагаться цифры, обозначающие примерно возможное время наработки подшипника на отказ, при идеальных условиях.

Подшипники скольжения

Скольжения, простой (sleeve bearing) до 35 т. ч.
Один из самых конструктивно простых подшипников скольжения. Состоит из втулки и вала. Быстрее прочих приходит в негодность из-за большого трения деталей.

Ресурс работы напрямую зависит от вибрационных нагрузок и температурного режима. Издаваемый шум невысокий, но из-за быстрого износа, может достигать неприятных для слуха значений.

Гидродинамический (FDB bearing) до 80 т ч
Улучшенный вариант простого. Пространство между втулкой и валом заполнено смазкой, минимизирующий трение, благодаря чему срок службы значительно увеличивается и снижается уровень шума.

Масляного давления (SSO) до 160 т ч
Отличается от предыдущего магнитом, центрирующим вал, благодаря которому снижается износ, увеличен объем смазки, следствие чего более долговечен и тих.

Самосмазывающийся (LDP) до 160 т ч
Используется специальная, более вязкая, жидкая или твердая смазка, прочная пленка или покрытие. Улучшено качеством обработки внутренних компонентов…

С магнитным центрированием , левитацией от -- - 160 до --
Практически, бесконтактный механизм, основанный на принципе магнитной левитации.
Очень тихий (До 80% тише, чем остальные...), обладает большей надежностью, лучше переносит использование в агрессивных средах.

Подшипники качения

Подшипник качения (ball bearing) до 60 - 90 т ч
Подшипники качения, теоретически немного более шумные, но и более износостойкие.
Они состоят из колец, тел качения (шариков или роликов), сепаратора, удерживающим тела качения в нужном положении. Пространство между телами заполняется смазкой.

Керамический (ceramic bearing) до 160 т ч
Изготавливается с применением керамических материалов, выдерживает более высокие температуры и обладает более низким уровнем шума.

Виды разъемов вентиляторов для пк

Предупреждение!
Если у вентилятора присутствует несколько различных разъемов для подключения, то используйте только один из на выбор, иначе возможно нанести повреждения устройствам.

3pin и 4 pin - pwn

Общее
Оба предназначены для подключения к материнской плате.
У обоих разъемов третий контакт является тахометром, определяющим количество оборотов и сигналом.
Оба типа взаимно совместимы, то есть 3pin возможно подключить к 4pin разъему и наоборот, соблюдая ключ. *

Отличия 3pin от 4pin
Отличие 3pin от 4pin коннектора заключается в следующем:

У 3pin количество оборотов фиксированно, как правило, это максимальное значение, которое обычно, изначально не контролируется в автоматическом режиме.

У 4pin регулировка производится автоматически, за счет получаемого PWM сигнала с 4 контакта.

2pin

Встречается внутри блоков питания, на платах видеокарт и... Имеет только + 12в и заземление (-), контроль скорости возможен и осуществляется путем изменения напряжения, с отсутствием информации о количестве оборотов для пользователя.

Molex

Четырех контактный разъем, используемый, для подключения к блоку питания. Как правило, в нем задействованы только два провода из 4, + и – от 12в. Подразумевает работу вентилятора на максимальной скорости.

*
Если подключить 3pin коннектор к 4pin разъему или наоборот, то регулировка по принципу PWM осуществляться не будет. Если материнская плата способна самостоятельно регулировать скорость через 3 контакт, путем изменения напряжения, то регулировка будет происходить самостоятельно, если нет, то возможно выставить фиксированное количество оборотов, в биосе, либо оставить, как есть, тогда вентилятор, все время будет работать на максимальных оборотах.

Влияние параметров на работу вентилятора

RPM - количество оборотов в минуту.
CFM - максимально возможный поток воздуха за минуту в кубических футах.
Уровень шума измеряется в сонах - sone или децибелах - dBA . Тихими считаются со значениями до 2000 об/м (RPM).

Пример
Представим, два вентилятора.

Пример демонстрирует (зависимости), что при большем диаметре вентилятора и меньшем количестве оборотов, возможно получить большую эффективность.

Подсветка

Некоторые модели оснащаются подсветкой в декоративных целях. Она может быть, как одноцветной, многоцветной, так и с возможностью выбора цвета и эффекта. Наличие подсветка влияет, как на стоимость, так и на потребление электроэнергии.