Идея подшипника с воздушной смазкой проста. Воздух под давлением поступает в зазор между валом и подшипником и поднимает вал, всплывающий на тончайшей воздушной подушке. Ее толщина измеряется долями миллиметра, ведь поверхности вала и подшипника гладкие, имеют лишь микроскопические неровности. Но зато давление воздуха в подшипнике значительно больше, чем в воздушной подушке летающего судна или автолета, оно обычно равно нескольким атмосферам.
Подшипник с воздушной смазкой может быть устроен и иначе, напоминая экранолет. В этом случае воздух в зазор подшипника под давлением не подводится, вращающийся вал создает сам динамическую воздушную подушку, подминая окружающий воздух под себя. Какой вид воздушной смазки выгоднее в данном подшипнике — аэростатический или аэродинамический, устанавливают тщательным расчетом.
Бесчисленное множество воздушных подшипников работает в различных высокооборотных машинах и приборах современной техники.
Имеются фрезерные станки, в которых зубчатая фреза вращается на воздушных подшипниках, делая полмиллиона оборотов в минуту. С подобным же числом оборотов вращаются на воздушных подшипниках веретена ткацких станков, ультрацентрифуги в научных лабораториях и даже бормашины в зубоврачебных кабинетах — они практически безболезненны!
Проблему высокооборотности воздушная подушка, можно считать, решила окончательно. В подшипниках малых размеров число оборотов уже превысило миллион в минуту! Ограничивает его уже не подшипник, а прочность вращающегося вала и связанных с ним деталей.
Рекорд высокооборотности установлен воздушным подшипником в содружестве с магнитной опорой. Магнитная подвеска, создающая воздушный зазор между вращающимися деталями, известна давно, но лишь в последнее время приобретает все большее значение в связи с требованиями сверхточной техники. Ее преимущество в том, что она может действовать в вакууме — разреженная атмосфера позволяет достичь особенно высокого числа оборотов: ведь трение воздуха, как оно ни мало, все же замедляет вращение.
В одной из новых машин для производства синтетических волокон вал вращается с миллионом оборотов в минуту, опираясь на невидимый магнитный подшипник. Еще намного больше число оборотов сверхцентрифуги — при диаметре тридцать миллиметров она делает шесть миллионов оборотов в минуту! При таких оборотах магнитный подшипник необходим, центрифуга должна вращаться в вакууме.
Как бывают довольны мамы, когда им удается купить детям ботинки с прочной, неизнашивающейся подметкой. Лучше похвалы быть не может — износу нет!
Никак не меньше радуются инженеры, имея дело с надежным, неизнашивающимся, не требующим ремонта оборудованием. Ремонт не только обременителен из-за сложности, трудоемкости, стоимости. Главное, он нарушает нормальный ритм производства: станки, машины, конвейер приходится останавливать.
Вот почему одним из главных требований к современным машинам является надежность, длительность работы без ремонта. Чем меньше изнашивается машина в работе, тем больше, как говорят, межремонтный период ее работы. Тем она качественнее, ценнее.
Изнашиваются прежде всего трущиеся детали и части машины. Чем больше трение, тем больше износ. Там, где применен воздушный подшипник, трения практически нет. Значит, нет и износа.
Особенно нужны подшипники там, где обычная смазка не годится. В атомных котлах и других ядерных установках радиоактивное излучение быстро ухудшает смазочные свойства обычных масел, и они становятся непригодными. Воздушные подшипники спасают положение.
Другой пример — различные химические производства. Часто машины и механизмы находятся в непосредственном контакте с веществами, вступающими в реакцию со смазочными жидкостями. Ясно, что и здесь могут найти применение подшипники с воздушной или газовой смазкой. Иногда смазка осуществляется газами, участвующими в самом технологическом процессе. Требования высокой чистоты конечного продукта исключают в этих случаях применение для смазки посторонних веществ.
Важна воздушная смазка, когда рабочие температуры машин очень высоки или, наоборот, низки — в металлургии, криогенной технике. При подобных температурах жидкие смазочные вещества, как правило, непригодны.
Любое устройство, прибор, изделие, плавающее на воздушной смазке, крайне чувствительно даже к ничтожным по величине усилиям: ведь трения-то нет. Стоит легко коснуться пальцем — и плита с прибором или изделием поехала… Это помогает избавиться от всяких «посторонних» воздействий, способных исказить результаты испытаний, ухудшить точность обработки или измерения. Если плита неподвижна, значит, никаких вредных воздействий нет. Поэтому часто воздушная смазка применяется в точных испытательных стендах, контрольно-измерительных устройствах и приборах.
Применена она, например, учеными-биониками, изучающими секреты насекомых, отлично управляющих движением своих многочисленных лапок. Как это им удается? В опыте таракан был помещен на пингпонговый шарик, свободно плавающий на подушке, создаваемой струей воздуха. Любое движение насекомого вызывало вращение шарика.
Когда искусственный спутник Земли находится на орбите, то его ориентация, то есть положение в пространстве, постоянно меняется: он может поворачиваться, кувыркаться, колебаться. Управление ориентацией осуществляется автоматически с помощью миниатюрных ракетных двигателей — струи вытекающих из них газов разворачивают спутник в нужную сторону. Сила реакции струй обычно ничтожно мала, в граммы и доли грамма, однако она способна повернуть массивный аппарат — ведь в космосе нет сопротивляющейся среды.
Но как испытать систему на Земле, в лаборатории? Пожалуй, только воздушная смазка и может помочь решить эту сложную задачу. Специальные лабораторные установки имитируют «космические условия» — массивная платформа с испытуемым оборудованием плавает в установке на воздушной смазке без трения Она способна поворачиваться под действием даже небольшой реактивной силы двигателя системы ориентации.
Трудно иной раз поверить своим глазам, видя, как легко смещается на сферической опоре с воздушной смазкой этакая махина весом во много тонн! В одной из установок платформа диаметром около четырех метров и высотой более двух метров весит девять тонн, а поворачивается на отшлифованной стальной сфере диаметром около полуметра с помощью тончайшего слоя воздушной смазки от любого дуновения.
Пожалуй, еще более сложная задача возникает перед учеными, которым нужно имитировать в земной лаборатории невесомость, поджидающую космонавта в полете. Полностью подобная имитация невозможна — чтобы испытать невесомость, надо побывать в космосе. И все же воздушная смазка может помочь хотя бы частично воссоздать невесомость и в лаборатории.
Чтобы проверить работоспособность и поведение космонавта в имитируемых условиях невесомости, ученые создали ряд установок. Ключевая роль в них выпадает на долю воздушной смазки. Космонавт, свободно «плавающий» в лаборатории на воздушных подшипниках, может отрабатывать, тренировать операции, которые ему предстоит затем выполнять в космосе. Отсутствие трения создает условия, во многом, хотя и не полностью, воссоздающие космическую невесомость. Удается проверять, как ориентируется человек в космосе, как ему удается выполнять физические упражнения, прилагать различные мышечные усилия.
Хотя подобные установки и не могут заменить истинного космического полета, все же они много значат для тренировки будущих космонавтов и для ученых, изучающих проблемы космической биологии и медицины.
Для научно-технического прогресса воздушная подушка нужна поистине как воздух!
В заключение — еще несколько слов о книге
Чтобы познакомиться с воздушной подушкой, нам пришлось совершить «вылазки» во многие отрасли науки и техники, побывать водолазами и спасателями, туристами и шоферами, шахтерами и литейщиками, воздухоплавателями и космонавтами, моряками и железнодорожниками, строителями и учеными…
Разве один этот далеко не исчерпывающий перечень не говорит о том, что воздушная подушка и в самом деле удивительна?
Впрочем, удивителен, скорее, человеческий разум, проникающий в сокровенную суть вещей, находящий поразительные по простоте и остроумию решения сложнейших научных и технических задач.
Москв7
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА»
1976
6
Г47
Научно-художественная литература
