Выпускаемые промышленностью серийно современные гироскопические электродвигатели имеют внешний ротор, устанавливаемый на радиально-упорных подшипниках. Последнее весьма важно, поскольку во многих случаях применения гиродвигателей в высокоскоростном электроприводе производственных устройств ось ротора необходимо располагать вертикально и создавать на подшипниках значительную осевую нагрузку. Высокие частоты вращения при наличии шарикоподшипниковых опор, несмотря на тщательную динамическую балансировку, вызывают значительные вибрации.
При частотах вращения около 30 000 об/мин в двигателях с внешним ротором находят применение аэродинамические опоры. Эти опоры, именуемые еще опорами с газовой смазкой, примененные вместо шарикоподшипников, позволяют увеличить ресурс работы двигателя и снизить уровень вибрации. Механизм действия аэродинамических и гидродинамических опор одинаков, так как в обоих случаях подъемная сила создаётся за счет клинового эффекта. Аэродинамические опоры могут выполняться радиальными, осевыми, а также радиально-осевыми или сферическими, при неподвижном роторе подвижная и неподвижная части аэродинамической опоры соприкасаются. По мере роста частоты вращения подъемная сила постепенно отрывает вращающийся шип от цилиндрического подшипника (для случая радиальной опоры), ротор оказывается во взвешенном состоянии, причем зазор в опоре равен при этом нескольким микронам.
В рабочем режиме детали двигателя практически не изнашиваются, поэтому в случае применения аэродинамических опор долговечность оценивается не количеством часов работы, а общим числом запусков и остановок, т. е. тех временных интервалов, когда опоры изнашиваются.
Недостатком аэродинамических опор в случае их применения для гиродвигателей является потеря устойчивости, которая сопровождается возникновением интенсивной вибрации при частотах вращения свыше 30 000 об/мин. Значение предельной частоты вращения можно повысить путем некоторых конструктивных изменений в опорах. Аэродинамический момент сопротивления прямо пропорционален четвертой степени радиуса опоры, поэтому ротор испытывает значительное противодействие вращению. Жесткости шарикоподшипниковых и аэродинамических опор примерно одинаковы.
Аэродинамические опоры являются лишь одной из разновидностей подшипников с газовой смазкой, когда поддерживающее давление газовой пленки образуется за счет относительного перемещения двух поверхностей. Другим вариантом являются аэростатические опоры, или подшипники с внешним наддувом, при котором сжатый газ подводится извне. Обладая вышеназванными достоинствами аэродинамических опор, аэростатический подшипник может выдерживать нагрузку, не допуская контакта между поверхностями даже при отсутствии их относительного движения. Для подшипников с внешним наддувом требуется предусматривать мощные компрессоры, которые имеют большие габариты. Последнее является недостатком этих подшипников.
Аэростатические опоры находят применение в ряде высокоскоростных малогабаритных устройств: гироскопах, вращающихся дисковых распылителях, дрелях, станках, турбодетандерах. Чрезвычайно выгодными качествами подшипников с газовой смазкой является их способность работать при высоких скоростях, высоких и низких температурах, их невосприимчивость к химически активной среде. Для обеспечения устойчивого режима работы в широком интервале частот вращения применяются гибридные подшипники с газовой смазкой, обладающие несущем способностью при нулевой частоте вращения шипа и повышающие эту способность с увеличением частоты вращения.
По материалам сайта www.pkf4.ru
