Mis on õhulaager?

Õhklaagri ehitus:

Õhklaager koosneb sisemisest ja välimisest rõngast. Välisrõngal on õhu sisse- ja väljalaskeavad ning sisemisel rõngal düüsid. Nagu pildil näidatud:

Õhklaagri omadused ja eelised:

Õhklaagrid on vedelad laagrid, mis kasutavad pindade vahel madala hõõrdumisega kandepinna loomiseks õhukest survegaasi kilet. Võrreldes traditsiooniliste tööstuslike laagritega on sellel madal hõõrdumine, väike kadu ja nullmääre. Sellel on selged eelised täpse positsioneerimise (nt tagasilöök ja kleepumise puudumine) ja kiirete rakenduste osas.

• Suurem täpsus:

Tänu õhurõhu olemasolule on need kaks pinda peaaegu mittekontaktsed, nii et kulumisaste on minimaalne; samal ajal tagab õhklaager ka ülikõrge radiaalse ja aksiaalse pöörlemise täpsuse, tagades täpsuse alati stabiilse.

• Suur kiirus:

Väikese õhutakistuse põhjal võimaldab see suuremat kiirust, säilitades töö ajal madala vibratsioonitaseme; laagris olev ruum on väike ja hõõrdumine takistab vähem õhulaagri pöörlemist, seega on ka võimsuskadu ja soojuse teke väga väike. Teisest küljest võimaldavad õhulaagrite sees olevad väikesed nihkejõud äärmiselt suured pöörlemiskiirused minimaalse võimsuskao ja väga vähese soojuse tekkega. Pöörlemiskiirus võib ületada 300,000 pööret minutis.

• Madalam vibratsioon:

Väiksem õhutakistus ja hõõrdumine muudavad õhuvõlli sujuvamaks, nii et tekkiv vibratsioon on peaaegu tühine.

• Temperatuur tõuseb aeglaselt:

Erinevad tegurid (nagu madal hõõrdumine, stabiilne õhuvool ja tõhus jõuülekanne) muudavad spindli rootori termilise efekti väga väikeseks. Lisaks välistavad spetsiaalsete materjalide ja ehitusmeetodite valik ning sisemised vedelikjahutuskanalid peaaegu temperatuuri tõusu, mistõttu ei ole vaja soojendusetappi.

• Pikem eluiga:

Õhklaagrid on seesmiselt konstrueeritud nii, et puudub metall-metalli kontakt ning kui toidetav õhk on puhas ning õli- ja veevaba, tagab see laagrile lõputu eluea. Lisaks eemaldavad õhklaagrid oma töö iseloomu tõttu pidevalt laagri otsast õhku, mis moodustab loomuliku barjääri, mis takistab kahjulike väliste saasteainete (nt tooraine killud või lõikevedelik) sisenemist. See suurendab masina kasutamist ja vähendab seisakuid, parandades seeläbi üldist tõhusust.

• Rohkem selge:

Kuna laagri peamiseks toiteallikaks on gaas, puudub füüsiline määrdematerjal (nt määre) ja õhuvõllil on puhtam töökeskkond, ei avalda õhulaager samal ajal negatiivset mõju laagrile. välist töökeskkonda. Teisest küljest, kuna laagris olevat gaasi kasutatakse ainsa määrdeainena, on selle puhtusnõuded suhteliselt kõrged.

• Madalam hooldus:

Ülalmainitud madal vibratsioon, stabiilne temperatuuri säilitamine, nullmäärimine ja muud omadused ei nõua laagri enda palju hooldust. Üldiselt on vaja ainult tagada õhu- ja veevarude puhtus.

Klassifikatsioon:

Õhklaagrid (aerostaatilised laagrid) kuuluvad liuglaagrite kategooriasse. Laagrivahesse ehk üksteisest mööda libisevate pindade vahele surutud suruõhk moodustab määrdeaine. Seda kasutatakse survepadja loomiseks, mis toetab koormust ilma kontaktita. Suruõhku tarnib tavaliselt kompressor, kuigi laagrite omadused sõltuvad pakutavast rõhutasemest. Surve eesmärk on tagada õhkpadja võimalikult suur jäikus ja summutus. Õhukulu ja õhu võrdne jaotus kogu laagripinnal mängivad üliolulist rolli.

Tavalised õhklaagrid

Tavalistes õhklaagrites voolab suruõhk laagripilusse tavaliselt mõne, kuid suhteliselt suure düüsi kaudu (läbimõõt 0.1 - 0,5 mm). Seetõttu ei ole nende õhutarve eriti paindlik ning laagriomadusi ei saa piisavalt kohandada ümbritsevate parameetritega (jõud, momendid, kandepind, laagrivahe kõrgus, summutus). Vaatamata väikesele düüside arvule tuleb pilus võimalikult ühtlase õhujaotuse saavutamiseks rakendada erinevaid projekteerimismeetmeid. Need aga tekitavad surnud ruumalasid ehk kokkusurumatuid ja seega pehmeid õhumahtusid. Need on äärmiselt kahjulikud õhulaagrite dünaamikale, soodustades müra ja ergastavat vibratsiooni.

Ühe otsikuga õhklaagrid

Keskselt paiknev kamber õhudüüsi ümber on ühe düüsiga õhulaagrites koos eelkambriga. Selle pindala võtab tavaliselt 3 - 20% kandepinnast. Isegi kui eelkambri sügavus on vaid umbes 1/100 mm, on nende õhklaagrite tühimaht äärmiselt suur. Halvima stsenaariumi korral on nendel ühe otsikuga õhklaagritel eelkambri asemel ainult nõgus laagripind. Muude puuduste hulgas on kõigil neil õhklaagritel väga halb kaldejäikus.

Õhklaagrid kambrite ja kanalitega

Tüüpilised, tavapärased õhklaagrid on konstrueeritud kambrite ja kanalitega. Arvestades õhupihustite piiratud arvu, on nende eesmärk vähendada tühimahtu, jaotades samal ajal õhu pilus hästi. Enamik disainiideid on seotud spetsiaalsete kanalistruktuuridega.

Paagutatud õhklaagrid

Nn paagutatud õhklaagrite poorne laagrimaterjal on mõeldud õhu ühtlase jaotuse tagamiseks. Puuduseks on aga suur surnud ruumala (õõnsused materjalis) ja õhu ebaühtlane jaotus nende ebakorrapärase poorsuse tõttu. See seletab ka nende õhklaagrite laagriomaduste suuri kõikumisi. Paagutatud õhklaagreid saab süsteemi piirangute tõttu kasutada ainult temperatuurivahemikus 0 - 50 kraadi.

Rakendused:

Ülalmainitud õhklaagri omadused näitavad selle ainulaadseid eeliseid suure kiiruse, väikese hõõrdumise, suure täpsuse ja kiirguse valdkonnas. Näiteks kasutatakse praegu kosmosesõidukite simulaatorites kõige sagedamini õhklaagreid ja 3D-printereid kasutatakse CubeSati satelliitide õhulaagripõhiste asendisimulaatorite valmistamiseks; gaasilaagreid kasutatakse ka kettaseadmete ja pooljuht-räniplaatide valmistamisel.