Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Газодинамические и газостатические подшипники — это подшипники скольжения, в которых смазочной средой служит не масло, а газ (обычно воздух, реже азот, гелий или водород). Они разделены на два больших класса по тому, как создаётся несущий газовый слой. В газодинамическом подшипнике давление в зазоре возникает за счёт самого относительного движения цапфы и вкладыша — никаких внешних источников газа не требуется. В газостатическом давление создаётся внешним компрессором или баллоном и подаётся в зазор через дроссели. Оба типа дают исключительно низкое трение, позволяют работать на очень высоких частотах вращения и в условиях, где недопустимы загрязнение маслом и нагрев. Ниже разобрано, как работают газовые подшипники, чем отличаются газодинамические от газостатических, какие у них характеристики и где они применяются.
Газовый подшипник — это подшипник скольжения с газовой смазкой, в котором рабочие поверхности цапфы и вкладыша разделены тонкой плёнкой газа, несущей нагрузку. В отличие от подшипников качения, контакта металла по металлу здесь нет в рабочем режиме; в отличие от обычных подшипников жидкостного трения, разделяющая плёнка образована не маслом, а газом — на 2–3 порядка менее вязким, чем минеральные масла.
Главное достоинство газовой смазки — чрезвычайно низкое трение: вязкость воздуха при комнатной температуре примерно в тысячу раз ниже, чем у обычных индустриальных масел. Это позволяет работать на очень больших частотах вращения без значительных тепловыделений.
По способу образования несущего газового слоя различают два класса:
Возможны и гибридные конструкции, в которых до выхода на режим работают как газостатические (с наддувом), а на рабочих оборотах — преимущественно как газодинамические. Такая схема устраняет ключевой недостаток газодинамических подшипников — износ при пуске и останове.
Газодинамический подшипник работает на том же физическом эффекте, что и классический гидродинамический подшипник на масляной смазке. При относительном движении цапфы и вкладыша смежные слои газа за счёт вязкости вовлекаются в движение и нагнетаются в сужающийся клиновидный зазор. На входе в клин давление растёт; интеграл избыточного давления по площади даёт силу, поддерживающую вал на расстоянии от поверхности вкладыша.
W
μ
L · D
ω
(h/R)²
W ~ μ · ω · L · D · (R/h)²
В газостатическом подшипнике несущий слой создаётся не движением вала, а внешним источником сжатого газа. Газ поступает в зазор через систему дросселей — это могут быть сопла-отверстия (jet orifices), щелевые дроссели или пористые металлические вкладыши, проницаемые для газа по всей поверхности. После прохождения дросселя газ распределяется по зазору, истекает в окружающую среду и при этом создаёт нужное избыточное давление в опорной зоне.
Газовая смазка принципиально ограничена в несущей способности по сравнению с масляной. Максимальное давление в плёнке ограничено давлением окружающей среды (для самодействующего эффекта) или давлением источника (для наддува), а вязкость газа примерно на три порядка ниже вязкости масел.
Конкретные значения несущей способности, жёсткости и предельных частот вращения сильно зависят от конструкции, материалов, состояния поверхностей, температуры и состава газа. Поэтому для проектных задач опираются на расчёты по уравнению Рейнольдса для сжимаемой среды или на данные испытаний конкретного типоразмера.
Это подшипники скольжения с газовой смазкой. В газодинамических несущий газовый слой образуется за счёт движения цапфы относительно вкладыша — газ затягивается в сужающийся клиновой зазор. В газостатических давление в зазоре создаётся внешним источником сжатого газа, поступающего через дроссели. Гибридные конструкции используют наддув на пуске и аэродинамический эффект на рабочих оборотах.
Газодинамический — самодействующий, не требует внешнего источника газа, но даёт несущую способность только при достаточной частоте вращения и работает с износом на пуске. Газостатический — с внешним наддувом, несёт нагрузку даже при остановленном вале, обеспечивает высокую точность вращения, но требует системы подачи сжатого газа надлежащего качества.
Чаще всего — воздух: дёшево и доступно. Для высоконагруженных или высокотемпературных применений с большой потребностью в теплоотводе применяют газы с высокой теплопроводностью (гелий, водород) или инертные среды (азот, аргон). В криогенных установках работает технологический газ самой установки. Конструкция при этом обычно герметичная.
Диапазон очень широкий и зависит от конструкции. Газостатические опоры работают от нулевой скорости до десятков и сотен тысяч оборотов в минуту. Газодинамические — преимущественно на высоких оборотах, типовые применения лежат в диапазоне от десятков тысяч до сотен тысяч оборотов в минуту. В стоматологических турбинах и прецизионных шпинделях встречаются режимы с очень высокими скоростями вращения, недостижимые для подшипников качения.
Принципиально ниже, чем у жидкостных или подшипников качения сопоставимых размеров: давление в газовой плёнке ограничено и вязкость газа на три порядка ниже вязкости масел. Для большинства тяжелонагруженных опор валов больших машин газовые подшипники не подходят. Их ниша — высокоскоростные, прецизионные и чистые применения, где низкое трение и отсутствие масляной смазки важнее предельной нагрузки.
Это газодинамический подшипник, в котором несущая поверхность вкладыша образована упругими лепестками (foils) или пакетом гофрированной фольги. Лепестки прогибаются под нагрузкой и сами формируют оптимальный клиновой зазор; конструкция переносит большие перегрузки, термические деформации и обладает хорошим демпфированием. Применяется в авиационных вспомогательных силовых установках, микро-ГТУ, турбогенераторах.
В прецизионной технике, где критичны точность и чистота вращения: координатно-измерительные машины, делительные столы, поворотные оси литографических установок, высокоскоростные шпиндели для обработки оптики и пресс-форм, гироскопы. Также — в лабораторных стендах и установках, где нужна работа от нулевой скорости без износа.
В газовой опоре нет жидкой смазки, которой надо подавать через уплотнения и которая может попадать в технологическую среду. Это устраняет основной источник загрязнения в чистых помещениях, медицинском оборудовании, оптическом и полупроводниковом производстве, фармацевтике, пищевой промышленности. Для дополнительной чистоты применяют газостатические опоры с фильтрованным воздухом или с инертным газом.
Низкая удельная нагрузка, высокие требования к точности изготовления (микронные зазоры), чувствительность к загрязнению газа (особенно в газостатических), необходимость внешнего источника газа (для газостатических), износ на пусках и остановах (для газодинамических). Для гибридных опор последняя проблема снимается за счёт наддува на старте.
В гибридной опоре несущий слой одновременно формируется и движением (газодинамический эффект), и внешним наддувом (газостатический эффект). На малых скоростях и при пуске наддув обеспечивает полную несущую способность и устраняет сухое трение; на номинальных оборотах основной вклад вносит уже самодействующий эффект, и подачу газа можно уменьшить. Это даёт длительный ресурс при большом числе циклов пуск-останов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.