Конструкција ваздушног лежаја:
Ваздушни лежај се састоји од унутрашњег и спољашњег прстена. На спољном прстену постоје отвори за улаз и излаз ваздуха, а на унутрашњем прстену млазнице. Као што је приказано на слици:
Карактеристике и предности ваздушног лежаја:
Ваздушни лежајеви су флуидни лежајеви који користе танак филм гаса под притиском да обезбеде међупростор између површина са ниским трењем. У поређењу са традиционалним индустријским лежајевима, има карактеристике малог трења, ниских губитака и нултог подмазивања. Има јасне предности у прецизном позиционирању (као што је без зазора и пријањања) и апликацијама велике брзине.
- Већа прецизност:
Због постојања ваздушног притиска, две површине су скоро бесконтактне, тако да је степен хабања минимизиран; у исто време, ваздушни лежај такође обезбеђује изузетно високу радијалну и аксијалну тачност ротације, обезбеђујући да је тачност увек стабилна.
- Брзи:
На основу малог отпора ваздуха, омогућава веће брзине уз одржавање ниског нивоа вибрација током рада; простор унутар лежаја је мали, а трење мање омета ротацију ваздушног лежаја, тако да су губици снаге и стварање топлоте такође веома мали. С друге стране, ниске силе смицања унутар ваздушних лежајева омогућавају изузетно велике брзине ротације уз минималне губитке снаге и врло мало стварања топлоте. Брзина ротације може да пређе 300,000 о/мин.
- Нижа вибрација:
Мањи отпор ваздуха и трење чине да ваздушна осовина ради глатко, тако да је генерисана вибрација скоро занемарљива.
-
Температура расте полако:
Различити фактори (као што су ниско трење, стабилан проток ваздуха и ефикасан пренос снаге) чине топлотни ефекат ротора вретена веома малим. Штавише, избор специјалних материјала и метода конструкције, као и унутрашњи течни расхладни канали, скоро елиминишу пораст температуре, чиме се елиминише потреба за фазом загревања.
-
Дужи живот:
Ваздушни лежајеви су изнутра пројектовани тако да нема контакта између метала и метала, а ако је ваздух чист и без уља и воде, то ће обезбедити бесконачан животни век лежаја. Додатно, због природе свог рада, ваздушни лежајеви непрестано уклањају ваздух са краја лежаја, што чини природну баријеру за спречавање уласка штетних спољашњих загађивача (као што су фрагменти сировина или течност за сечење). Ово повећава искоришћеност машине и смањује време застоја, чиме се побољшава укупна ефикасност.
-
Јаснија:
На основу чињенице да је главни извор енергије унутар лежаја гас, нема физичког материјала за подмазивање као што је маст, а ваздушно вретено има чистије радно окружење, у исто време, ваздушни лежај неће имати штетне ефекте на екстерно радно окружење. С друге стране, пошто се гас у лежају користи као једино мазиво, његови захтеви за чистоћом су релативно високи.
- Мање одржавање:
Горе наведене ниске вибрације, стабилно одржавање температуре, нулто подмазивање и друге карактеристике не захтевају много одржавања на самом лежају. Генерално је потребно само осигурати да се залихе ваздуха и воде одржавају чистима.
Класификација:
Ваздушни лежајеви (аеростатски лежајеви) спадају у категорију клизних лежајева. Компримовани ваздух гурнут у зазор лежишта, односно између површина које клизе једна поред друге, формира медиј за подмазивање. Користи се за успостављање јастука под притиском који подржава оптерећење без контакта. Компримовани ваздух се обично доводи преко компресора, иако карактеристике лежаја зависе од обезбеђеног нивоа притиска. Притисак има за циљ да обезбеди највећи могући степен крутости и пригушења ваздушног јастука. Потрошња ваздуха и равномерна дистрибуција ваздуха по целој носивој површини играју кључну улогу.
Код конвенционалних ваздушних лежајева, компримовани ваздух обично струји у отвор лежишта преко неколико, али релативно великих млазница (пречник 0.1 - 0.5 мм). Као резултат тога, њихова потрошња ваздуха није веома флексибилна, а карактеристике лежаја се не могу довољно прилагодити околним параметрима (силе, моменти, површина лежаја, висина зазора лежаја, пригушење). Да би се постигла што равномернија дистрибуција ваздуха у зазору упркос малом броју млазница, морају се предузети различите мере дизајна. Они, међутим, стварају мртве запремине, тј. нестишљиве и стога меке запремине ваздуха. Они су изузетно штетни за динамику ваздушних лежајева, подстичући буку и самопобуђене вибрације.
Централно смештена комора око ваздушне млазнице може се наћи у ваздушним лежајевима са једном млазницом са предкомором. Његова површина обично заузима 3 - 20% површине лежишта. Чак и са дубином предкомора од само неких 1/100 мм, мртва запремина ових ваздушних лежајева је изузетно велика. У најгорем случају, ови ваздушни лежајеви са једном млазницом имају само конкавну површину лежаја уместо предкомора. Између осталих недостатака, сви ови ваздушни лежајеви имају веома слабу крутост на нагиб.
Типични, конвенционални ваздушни лежајеви су дизајнирани са коморама и каналима. С обзиром на ограничен број ваздушних млазница, они имају за циљ да смање мртву запремину док добро распоређују ваздух у отвору. Већина дизајнерских идеја односи се на посебне структуре канала.
Порозни материјал лежаја у такозваним синтерованим ваздушним лежајевима је намењен да обезбеди равномерну дистрибуцију ваздуха. Недостаци, међутим, укључују велику мртву запремину (шупљине у материјалу) и неравномерну дистрибуцију ваздуха због њихове неправилне порозности. Ово такође објашњава велике флуктуације у својствима лежајева за ове ваздушне лежајеве. Синтеровани ваздушни лежајеви могу да се користе само на температурама између 0 - 50 степени због ограничења система.
Пријаве:
Горе поменуте карактеристике ваздушног лежаја показују његове јединствене предности у областима велике брзине, малог трења, високе прецизности и зрачења. На пример, симулатори свемирских летелица сада најчешће користе ваздушне лежајеве, а 3Д штампачи се сада користе за прављење симулатора положаја заснованих на ваздушним лежајевима за ЦубеСат сателите; гасни лежајеви се такође користе у производњи дискова и производњи полупроводничких силицијумских плочица.