Что значит гидродинамический подшипник на кулере. Гидродинамические подшипники

Существует сравнительно недавно, но, несмотря на жесткую конкуренцию на рынке систем охлаждения, за счет инновационного подхода к разработке своих изделий и удачной маркетинговой деятельности, она все же смогла закрепиться на Европейском рынке. Совместно с Австрийским Институтом Теплопередачи и Вентиляторных Технологий было создано несколько удачных разработок в сфере вентиляторных технологий, которые призваны понизить шум и повысить эффективность охлаждения в компьютерных системах.

Ассортимент товаров Noctua на данный момент еще достаточно мал, но он постепенно расширяется. Началось же завоевание рынка и раскрутка бренда Noctua, именно с того самого «необычного» вентилятора, о котором пойдет речь в этом обзоре - Noctua NF-S12.

В первую очередь вентилятор Noctua NF-S12 обращает на себя внимание непривычной расцветкой и формой лопастей с большим углом атаки. Но излишне броский внешний вид иной раз вызывает некоторую долю скептицизма и предвзятого критического отношения. Поэтому, наверное, интересующимся людям, будет интересно увидеть этот вентилятор при практических испытаниях, но сначала, давайте ознакомимся с информацией технического характера, которая подчеркивает особенности данной модели и свидетельствует о тщательном ее проектировании.

Вентиляторы серии Noctua NF-S12 наделены двумя инновационными технологиями: помимо использования особой низко-шумной формы лопастей, которую видно при невооруженном взгляде на вентиляторе, был реализован самостабилизирующийся гидродинамический тип подшипника (SSO).

На схеме поясняющей принцип действия подшипника желтыми стрелками показано гидродинамическое давление, созданное закачанным маслом, а красным цветом, по-центру изображен магнит, притягивающий к себе металлический вал крыльчатки. Главным отличием SSO-подшипника от других видов гидродинамических подшипников состоит в установке дополнительного магнита, который поддерживает ось ротора. Обычно гидродинамические подшипники центруются только во время вращения за счет гиро эффекта. Поэтому в момент пуска вентилятора обычно возникает некоторое биение вала о втулку. В SSO подшипнике ось крыльчатки стабилизируется по-центру, еще до момента пуска за счет магнита, предотвращая, таким образом, возникновение деформации втулки.

Благодаря использованию SSO подшипника получается уменьшить шум и увеличить срок службы вентилятора. Собственно эффект от этой инновации компания Noctua проиллюстрировала на приведенном выше графике зависимости шума различных типов подшипников от времени работы. Полученные показатели выглядят очень интригующе. Отмечается, что гидродинамический SSO подшипник даже на начальном этапе своей работы оказывается тише подшипника скольжения, который считается самым тихим, ну и уж конечно, он выходит и тише двух шарикоподшипников. По истечении определенного периода эксплуатации, который даже приблизительными цифрами почему-то не указан, подшипник скольжения и качения, теряют свои акустические свойства и становятся более шумными, в отличие от SSO подшипника. Конечно, график носит рекламный характер, поэтому и воспринимать его следует адекватно, скорее всего, он немного приукрашен для лучшей наглядности.

В серии вентиляторов Noctua NF-S12 есть две модели с одинаковой геометрией крыльчатки, но с разной номинальной скоростью вращения – это модели NF-S12-1200 и NF-S12-800. Номинальная скорость вращения этих вентиляторов составляет 1200 об/мин и 800 об/мин. Мы же будем тестировать только более быстрый вариант Noctua NF-S12-1200, как более эффективный и, соответственно, интересный.

Спецификация вентилятора Noctua NF-S12-1200 выглядит следующим образом:

* экстраполированные значения

Вентилятор Noctua NF-S12 помещен в картонную упаковку, стильно оформленную в рыжевато-черных тонах. На лицевой стороне упаковки сделан вырез, через который просматривается необычная крыльчатка вентилятора.

С обратной стороны упаковки на четырех европейских языках отмечено использование оптимизированного дизайна лопастей и гидродинамического самостабилизирующегося подшипника (SSO), а ниже приведена полная спецификация вентилятора Noctua NF-S12 и указаны дополнительные компоненты, которые входят в комплект поставки.

Вентилятор Noctua NF-S12-1200 и комплектация аккуратно уложены в прозрачный пластиковый бокс.

В комплект вентилятора Noctua NF-S12-1200 входит:

• 4 антивибрационных держателя;
• понижающий скорость вращения переходник U.L.N.A.;
• 3:4-контактный переходник;
• 4 винта.

Окраска вентилятора Noctua NF-S12-1200, как уже отмечалось, вышла довольно выразительной, сочетая светло-бежевый корпус и темно-коричневую крыльчатку. Компания Noctua подчеркивает, что она оптимизировала форму крыльчатки таким образом, чтобы уменьшить шум, возникающий при захвате лопастями воздуха. Рассматривая вентилятор Noctua NF-S12-1200 можно заметить большой зазор между крыльчаткой и корпусом, этот прием также призван уменьшить шум от движущегося воздушного потока.

Крыльчатка вентилятора состоит из семи лопастей имеющих большой угол атаки. Данная геометрия лопастей позволяет создавать больший воздушный поток, на меньшей скорости вращения, за счет чего можно снизить частоту оборотов вентилятора и тем самым уменьшить шум. Поэтому на максимальной скорости в 1200 об/мин вентилятор Noctua NF-S12-1200 способен создавать воздушный поток 47,67 CFM, а шум при этом достигает только 17 дБ.

Вентилятор питается от 3-контактного разъема, который не поддерживает режим PWM. Отметим что, провода предусмотрительно спрятаны в чехол. При помощи переходника U.L.N.A. можно понизить скорость вентилятора в два раза – от 1200 об/мин до 600 об/мин, при этом произойдет двукратное падение величины воздушного потока от 48 CFM до 24 CFM, но зато шум уменьшится фактически ниже границы слышимости человеком.

Тестирование

Описание методики тестирования вентиляторов и общие понятия, которыми нужно руководствоваться при их выборе, можно найти в первой статье посвященной тестированию вентиляторов .

Тестовая конфигурация платформы состоит из следующих компонентов:

Выполняя роль активного элемента процессорного кулера в тесте №1, вентилятор Noctua NF-S12-1200, как и ожидалось, не демонстрирует высоких показателей, потому как вентиляторы с малым профилем крыльчатки не способны создавать большое воздушное давление, которое требуется для «преодоления» большого сопротивления радиатора. Возможно, на радиаторах с большим зазором NF-S12-1200 будет более эффективным, но на нашем Thermalright SI-128 зазор между пластинами равен приблизительно 1 мм, что налагает повышенное требование к такой характеристике вентилятора, как создаваемое давление.

В тесте №2, где Noctua NF-S12-1200 использовался в качестве единственного корпусного вентилятора, картина кардинально изменилась. Вентилятор Noctua NF-S12-1200 обошел практически всех своих оппонентов, при этом создаваемый им уровень шума был даже чуть ниже, чем у остальных вентиляторов, но при предвзятом прослушивании был выявлен легкий специфичный треск.

При подключении понижающего скорость вращения до 800 об/мин переходника U.L.N.A., вентилятор NF-S12-1200 становится практически бесшумным, но с другой стороны производительность его при этом заметно падает.

Выводы.

Вентилятор Noctua NF-S12-1200 является одним из лучших решений, которое оптимизировано для организации эффективной и тихой корпусной вентиляции. Также отметим, что наиболее эффективно вентилятор будет работать в корпусах с большим количеством вентиляционных решеток.

За счет своеобразной формы лопастей вентилятор NF-S12-1200 способен создавать большой воздушный поток на низких оборотах и при низком уровне шума, но в областях, где требуется создание большого воздушного давления, он становится менее эффективным, и этот факт в полной мере демонстрирует проведенное нами тестирование. С учетом этих особенностей не советуем применять его как охлаждение радиаторов различных систем охлаждения с зазором между пластинами менее 2 мм.

Другим моментом, который заставляет немного призадуматься при выборе вентилятора, является его стоимость, которая у Noctua NF-S12-1200 может кому-то показаться достаточно высокой. Но она в некоторой степени оправдывается «европейским» качеством изготовления и наличием самостабилизирующегося гидродинамического подшипника, который способен очень долгий период времени сохранять свои акустические свойства и имеет очень большой срок эксплуатации в 150 тыс. часов и более.

Достоинства:

• оптимизированная геометрия лопастей для создания тихой корпусной вентиляции;
• низкий уровень шума;
• бесшумная работа при подключении переходника U.L.N.A.;
• самостабилизирующийся гидродинамический подшипник с ресурсом в 150 тыс. часов;
• антивибрационный силиконовый подвес.

К недостаткам отнесем:

• отсутствие поддержки PWM;
• низкое статическое давление.

Выражаем благодарность фирме ООО ПФ Сервис (г. Днепропетровск) за предоставленное для тестирования оборудование.

Статья прочитана 5246 раз(а)

Подписаться на наши каналы

Гидродинамический подшипник – это машиностроительный узел. Основная нагрузка внутри этого элемента приходится на тонкий слой, состоящий из изолирующей смазывающей жидкости. В конструкцию она нагнетается при помощи смазываемого вала. Такие изделия часто называются ещё гидравлическими.

Об особенностях применения механизма

Есть ли недостатки?

В процессе эксплуатации есть вероятность утечки рабочей среды. Потому часто устанавливают две и больше цапфы с обеих сторон, чтобы возможные утечки предотвратить.

Немного о принципе действия

1. Гидростатические.
2. Газо- или гидродинамические. Расчёт у каждой разновидности будет своим.

• Свободная подача смазки.
• Достаточная скорость вращения.
• Геометрия.

Срок службы подшипника уменьшается, если такое происходит достаточно часто. И энергия уходит в больших количествах. Для предотвращения подобных проблем часто ставят дополнительный внешний насос, либо вторичный подшипник. Они включаются в работу в момент запуска, либо торможения системы. Расчёт это так же берёт во внимание.

Какие ошибки механики допускают чаще всего во время ремонта?

1. Они часто используют тормозные жидкости, параметры которых для этих систем не подходят.
2. Внутрь механизма во время работы попадает грязь.
3. Используются смазки или чистящие средства, способные повредить соединение.
4. Неправильно проводится прокачка системы. Например, много раз нажимают на педаль сцепления во время прокачки. В руководстве по ремонту всегда написано, что это надо делать только один раз.
5. Попытка прокачки внутренних цилиндров вручную. Из-за этого детали просто ломаются.
6. Устанавливают новое уплотнения, хотя элементы старого ещё остались внутри. Из-за этого гидравлическая жидкость не может течь в обратном направлении. Что приводит к утечкам, повреждению нового механизма.
7. Перетягиваются фиксирующие болты.
8. Неравномерная установка уплотнения. Из-за этого цилиндр начинает наклоняться. Расчёт становится неточным.

Подшипники скольжения и их расчёт

• Жидкостное.
• Смешанное
• Граничное.

Ещё о некоторых особенностях подшипников скольжения

О конструкциях и материалах

При изготовлении конструкции скольжения используются следующие материалы:

• Пластмасса
• Чугун
• Бронза

• Сферические.
• Плоские.
• Конические.
• Цилиндрические. Это тоже важно для тех, кто проводит расчёт.

Гидродинамический подшипник является машиностроительным узлом, в котором основная нагрузка приходится на тонкий слой изолирующей смывающей жидкости, нагнетаемой при помощи смазываемого вала в конструкцию. Часто изделие называют гидравлическим.

Современные гидродинамические подшипники применяют в различных прецизионных механизмах, особенно, когда обычные роликовые или шариковые разновидности не удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к ним для обеспечения работы отдельных узлов или конструкций.

К примеру, использование гидравлических элементов позволяет обеспечить минимальную вибрацию, малый при этом устройства обладают длительным сроком службы. Такие виды подшипников в процессе дальнейших усовершенствований и разработок приобретают все большую конкурентоспособность, поскольку себестоимость их производства постоянно снижается.

В отличии от гидростатических изделий, гидродинамический подшипник имеет несколько иной принцип работы. Если в первом случае рабочее производится посредством специального насоса, то в последнем варианте самосмазывание выполняется при вращении рабочего вала. Следует заметить, что сам по себе эффект самосмазывания происходит только при достижении определенных скоростей вращения вала, которые указываются в паспорте изделия.

В противном случае толщина смазки под валом будет недостаточной, что приведет к увеличению а в итоге вызовет преждевременный износ механизма. Таким образом, чтобы исключить данные ситуации, которые часто возникают, например, при запуске и остановке устройства, имеет смысл использование специального пускового насоса, который будет применяться в описанных переходных режимах.

Гидродинамический подшипник имеет ряд достоинств. Во-первых, изделия отличаются надежностью и простотой конструкции.

Обычно в своем устройстве они состоят из внутреннего и внешнего кольца с тороидальной формой, в местах стыков изделия имеют герметичные уплотнения. Благодаря усовершенствованной конструкции, гидродинамический подшипник практически не имеет затрат по эксплуатации (или они минимальны). Механизм характеризуется длительным периодом службы.

При производстве изделий предъявляемые требования к уровню точности намного ниже, чем при изготовлении шариковых или роликовых видов. Уровень шума от гидравлических устройств значительно ниже, чем звук, исходящий от Изделия производят минимальные вибрации. Благодаря конструктивным особенностям, обладают высокой демпфирующей способностью.

К недостаткам изделий можно отнести их высокую чувствительность к неточностям, возникающим при изготовлении валов. Кроме этого, они обладают значительной потерей энергии.

Гидродинамические подшипники нашли применение в компьютерных устройствах. С их помощью работает жесткий диск, а также вентиляторы охлаждения системного блока. Помимо этого, их используют в они приводят в действие элементы

Гидродинамический, или, как часто его называют, гидравлический подшипник – это машиностроительный узел, в котором рабочим телом, непосредственно воспринимающим нагрузку вала механизма, является тонкий слой изолирующей смазывающей жидкости, нагнетаемой в конструкцию при помощи смазываемого вала.

История изобретения подшипника

История изобретения подшипника насчитывает не одну тысячу лет. Первые примитивные подшипники скольжения относятся к эпохе неолита. Люди изготавливали их из камней и использовали в сверлильных приспособлениях для добывания огня и различных приспособлениях для прядения. С развитием человеческой цивилизации примитивные подшипники скольжения начали применяться во многих механизмах, использующих принцип колеса: в повозках, для изготовления глиняной посуды круглой формы при помощи гончарного круга, в ветряных мельницах для подъёма воды и привода жерновов.

Первые сведения о подшипниках качения относятся к 330 году до н.э. В этот период древнегреческий инженер Диад разработал конструкцию тарана для разрушения крепостных стен. В этой конструкции подвижная часть передвигалась на специальных роликах по направляющим.

Впервые металлический подшипник качения был изготовлен в ХУ111 веке в Англии для ветряной мельницы. Конструктивно он состоял из двух чугунных колец, представлявших собой направляющие, между которыми было помещено до сорока чугунных шаров.

В ХХ веке работы учёных О.Рейнолдса и Н.П.Петрова, работавших независимо друг от друга, привели к замечательному открытию. Они установили, что если скорость вращения машинного вала в подшипнике скольжения, наполненном смазкой, достаточно велика, то на валу создаётся как бы искусственная невесомость, при которой вал перестаёт давить на подшипник. Техническое применение этого открытия привело к разработкам подшипников скольжения, обладающих весьма малыми коэффициентами трения. Дальнейшие разработки открытия привели к созданию подшипников, в которых смазывающая рабочая среда нагнетается снаружи при помощи специального насоса.

Особенности применения гидродинамических подшипников

Современные гидродинамические подшипники используются в разнообразных прецизионных механизмах, когда обычные шарико- или роликоподшипники не удовлетворяют необходимым требованиям, предъявляемым к работе тех или иных конструкций и узлов. Например, при необходимости обеспечения минимальной вибрации, малого уровня шума, минимальных габаритов в стеснённых эксплуатационных условиях, достаточно большого срока службы. В процессе дальнейших разработок и усовершенствований такие подшипники становятся всё более и более конкурентоспособными в связи с уменьшающейся себестоимостью изготовления.

Отличие гидростатических подшипников от гидродинамических заключается в том, что в первых необходимое рабочее давление жидкости создаётся при помощи специального насоса, а в последних самосмазывание обеспечивается рабочим валом при его вращении. Следует учитывать, что эффект самосмазывания имеет достаточную эффективность только при достижении паспортных скоростей вращения вала, в противном случае прослойка смазки под валом имеет недостаточную толщину, а это неизбежно приводит к возрастанию сил трения и, как правило, к преждевременному износу механизма. Поэтому, для предотвращения подобных случаев, которые могут происходить достаточно часто, например, при пусках и остановках механизмов, бывает целесообразно предусмотреть специальный «пусковой» насос, который будет использоваться только при вышеупомянутых переходных режимах.

Эксплуатационные достоинства гидродинамических подшипников

Конструктивно гидродинамические подшипники достаточно просты и надёжны.Как правило, они состоят из внешнего и внутреннего колец тороидальной формы, имеющих герметичные уплотнения в местах стыков. Эксплуатационные затраты минимальны или вообще отсутствуют. Подшипники обладают практически, неограниченным сроком службы. Требования к точности их изготовления гораздо ниже, чем к точности изготовления шарико- или роликоподшипников. Уровень шума от таких подшипников гораздо ниже шума, создаваемого подшипниками качения. Вибрации минимальны. Исходя из конструктивных особенностей, подшипники в ряде случаев обладают огромной демпфирующей способностью.

Недостатки гидродинамических подшипников

Нельзя не отметить недостатки гидродинамических подшипников.

Они обладают значительными потерями энергии. Эти потери варьируются в связи с наружными температурными режимами, что значительно затрудняет проведение необходимых температурных расчётов. Гидродинамические подшипники чаще подвержены внезапным авариям при внештатных ситуациях. Подшипники весьма чувствительны к неточностям изготовления валов и их аксессуаров. Возможны утечки рабочей среды в процессе эксплуатации. Поэтому достаточно часты практики установки двух и более цапф в подшипниках для предотвращения утечек с одной стороны.

Область применения

Подшипники применяются, чаще всего, в компьютерных установках, для жёстких дисков, для вентиляторов охлаждения персонального компьютера. Возможно применение для металлообрабатывающих станков, для ядерных реакторов.

В гидродинамическом подшипнике отсутствует прямой контакт между трущимися поверхностями, так как зазор между ними под действием гидродинамических сил заполняется смазывающей жидкостью.

Использование гидродинамического подшипника позволяет заменить трение скольжения на жидкостное трение , и снизить потери энергии.

В гидродинамическом подшипнике нагрузку воспринимает и передает на опору тонкий слой жидкости.

Условия возникновения жидкостного трения

Для работы гидродинамического подшипника необходимо создание гидродинамического слоя смазки, для этого нужно обеспечить следующие условия:

• смазывающая жидкость должна удерживаться в зазоре (например между валом и корпусом подшипника)
• в смазывающей жидкости должно поддерживаться давление достаточное для уравновешивания нагрузки
• жидкость должна полностью разделять скользящие поверхности, а значит ее слой должен быть выше, чем сумма шероховатостей поверхностей
• толщина слоя жидкости должна быть больше минимального значения

Принцип работы гидродинамического подшипника

Рассмотрим схему работы гидродинамического подшипника.

Вал установлен в корпусе заполненном маслом с зазором, под действием нагрузки прижимается к нижней поверхности корпуса. Получается, что в начальном положении вал расположен в корпусе с эксцентриситетом.

При вращении вала, небольшой слой жидкость за счет адсорбции приходит в движение и увлекается вслед за поверхностью вала. Последующие слои также могут увлекаться во вращательное движение за счет вязкости рабочего масла. Получается, что вал выполняет роль насоса, создавая поток рабочей жидкости, и нагнетая ее в клиновидную щель между корпусом и валом. В результате воздействия вращающегося вала масло стремится заполнить клиновидную щель и поднять вал, с другой стороны этому препятствует нагрузка действующая на вал.

При создании достаточного для того, чтобы приподнять вал, и обеспечить протекание масла по всей окружности наступает равновесное состояние.

Гидродинамический подшипник с клиновыми расточками вкладыша

Для обеспечения высоких антивибрационных свойств используют гидродинамический подшипник с клиновыми расточками, в котором цапфа вала опирается на несколько масляных клиньев. Это снижает вероятность возникновения вибраций.

Расчет гидродинамического подшипника

Условие обеспечения жидкостного трения:

H≥1,1(R z1 +R z2 +y)

• где h - толщина слоя смазки
• R z1 шероховатость детали 1
• R z2 шероховатость детали 2
• y - стрела прогиба шипа (вала)

Наименьшее отношение относительного эксцентриситета можно вычислить по формуле:

Х=1-(h/0,5s)

• где s - средний зазор
• х - относительный эксцентриситет х = e / 0,5 s

Необходимую вязкость жидкости, при которой удастся достичь режима жидкостного трения можно определить по формуле:

μ=PΨ 2 /ωldФр

• l - длина вала, м
• d - диаметр вала, м
• ω - угловая скорость вращения вала
• P - величина нагрузки
• Ψ - относительный зазор Ψ = s/d
• Фр - безразмерный коэффициент несущей способности

При работе гидродинамического подшипника скольжения масло будет нагреваться, а значит его вязкость будет изменяться. Зависимость вязкости от температуры рабочей жидкости отражена в . В случае если начальная температура масла неизвестна расчет производят методом последовательных приближений, задаваясь начальным значением - 50 °С.

Достоинства гидродинамических подшипников

• высокий ресурс
• низкий уровень шума
• малые вибрации при работе
• демпфирование ударных нагрузок

Недостатки гидродинамических подшипников

• возможность работы только при высоких частотах вращения
• влияние температуры на режим работы, характеристики