Замена подшипника скольжения на подшипник качения в вентиляторах

Обновлено: 16.05.2024

Для многих электронных систем, в частности тех, которые размещаются в шкафах управления, вентиляторы являются важным компонентом, предназначенным для поддержания температуры воздуха системы в пределах рекомендуемых температур, обеспечивая оптимальную работу электроники и ее полный срок службы. Были попытки найти альтернативные методы управления температурой, но ни один из них не оказался столь же эффективным и рентабельным, как вентилятор.

Вентилятор работает с помощью ротора, который вращается на подшипнике, вытесняя воздух. Надежная работа подшипника является ключевым моментом в конструкции вентилятора, поскольку вентилятор может вращаться тысячи раз в минуту и должен иметь многолетний срок службы. Этот процесс подвергает подшипник огромной нагрузке, поэтому важно, чтобы он соответствовал поставленной задаче.

С точки зрения потребителя различные типы подшипников имеют отличия по трем самым важным параметрам: сроку работы на износ, величине шума при работе и стоимости. Конструкции подшипников делятся на две основные группы: подшипники скольжения и подшипники качения, оба они встречаются в вентиляторах для шкафов управления и автоматики.

У каждого из этих типов вентиляторов есть свои плюсы и минусы, которые мы и рассмотрим в данной статье.

Вентиляторы с подшипниками скольжения

Тип:

Конструкция:

простая конструкция, состоящая из втулки, внутри которой вращается вал. Втулка покрывается смазочным антифрикционным материалом.

Уровень шума:

низкий для новых подшипников, при износе уровень шума значительно повышается

Срок службы:

относительно небольшой, в идеальных условиях 35 000 часов

Стоимость:

наиболее дешевый тип подшипников для вентилятора

Конструкции вентиляторов с подшипниками скольжения являются недорогими, прочными и простыми, что привело к их широкому использованию во многих областях. Прочная конструкция гарантирует, что они могут работать во многих неблагоприятных условиях, а их простота означает, что они менее склонны к сбоям.

Центральный вал вентилятора с подшипником скольжения заключен в конструкцию в виде втулки с маслом для смазки для облегчения вращения. Втулка обеспечивает защиту вала и обеспечивает удержание ротора в правильном положении, сохраняя зазор между ротором и статором.

Рис.1: Схема подшипника скольжения

Для получения правильного размера зазора между валом и втулкой может потребоваться балансировка. Слишком малый зазор приводит к увеличению трения, что затрудняет запуск вентилятора и потребляет больше энергии. Если зазор слишком большой, ротор может раскачиваться. Второй недостаток конструкции втулки заключается в том, что втулка является единственной физической средой, удерживающей ротор на месте, и со временем вал будет разрушать отверстие подшипника. Это явление усугубляется, если ротор всегда вращается в одном и том же направлении, что в конечном итоге приведет к тому, что отверстие приобретет овальную форму, что приведет к более шумной работе и сокращению срока службы. Если вентилятор перемещать или переориентировать, подшипник будет разрушен в разных местах и станет неровным, что приведет к еще большему колебанию и шуму. К тому же, конструкция втулочного типа требует маслосъемных колец и майларовых шайб, чтобы предотвратить утечку смазки, которая вызывает большее трение на валу и препятствует выходу газов. Захваченный газ превращается в частицы нитрида, которые затрудняют движение и могут сократить срок службы вентилятора.

Вентиляторы с подшипниками скольжения можно найти во многих конструкциях, особенно в тех, которые работают при нормальных температурах и на статическом оборудовании. Конструкции вентиляторов с подшипниками скольжения широко используются в таких приложениях, как компьютерное и офисное оборудование, приборы HVAC и шкафы управления и автоматики.

Часто говорят, что вентиляторы с подшипниками скольжения, как правило, создают меньше шума во время работы, что позволяет широко использовать их в тихих местах, например в офисах. Считается, что данный тип подшипников существенно тише, в сравнении с более сложными конструкциями подшипников качения, однако такое утверждение лишь частично справедливо.

Новые только что изготовленные подшипники скольжения имеют идеальную не высохшую и не загрязненную смазку. В таких условиях действительно, их уровень выделяемого при работе шума значительно ниже, чем у подшипников качения. Однако со временем при работе вентилятора смазка начнет высыхать, и вентилятор начнет работать намного более шумно, даже могут появиться дополнительные сторонние шумы. Поэтому если рассматривать долгосрочную перспективу, то предпочтительнее все же использовать подшипники качения для вентиляторов в шкафах управления и автоматики.

Высыхание любой смазки является неотвратимым естественным процессом, который невозможно избежать. При высыхании или просто загустении смазочного материала функционирование вентилятора окажется под угрозой. Именно из-за высыхания смазки у подшипников скольжения срок службы значительно более короткий, в сравнении с шариковыми подшипниками. С другой стороны, если вам нужен недорогой вентилятор – подшипники скольжения позволят приобрести устройство охлаждения за небольшие деньги.

Если мы вычисляем срок службы вентилятора скольжения, то учитывать нужно не только свойства смазочного материала, но и температуры при которых подшипник будет работать. Если вентиляторы будут работать при небольших температурах, то экономически выгоднее будет купить вентиляторы с подшипниками скольжения, потому как при температуре до 20 градусов срок их службы не сильно уступает вентиляторам с шарикоподшипниками. Особенно если заботиться о том, чтобы в вентилятор не попадала пыль. Однако уже при 40 градусах срок службы подшипников скольжения снижается почти втрое.

Вентиляторы на шариковых подшипниках

Тип:

Конструкция:

конструкция радиальных шарикоподшипников состоит из двух колец, шариков качения и сепаратора.

Уровень шума:

выше, чем начальный уровень у подшипников скольжения, но из-за длительного срока службы, суммарный уровень шума при длительной эксплуатации оказывается ниже

Срок службы:

существенно больше, чем у подшипников скольжения, обычно от 59 000 до 90 000 часов

Стоимость:

выше, чем у подшипников скольжения

Конструкции вентиляторов с шарикоподшипниками предназначены для устранения некоторых недостатков вентиляторов с подшипниками скольжения. В целом они менее подвержены износу и могут работать в любом положении и при более высоких температурах. Однако вентиляторы на шарикоподшипниках сложнее и дороже, чем конструкции с подшипниками скольжения, а также менее прочны. В результате удары могут сильно повлиять на общую производительность вентилятора с шарикоподшипниками. Они также имеют тенденцию создавать больше шума при использовании, что может ограничивать области, в которых они могут быть развернуты.

В конструкциях вентиляторов с шарикоподшипниками используется кольцо из шариков вокруг вала для решения проблем неравномерного износа и колебания ротора. Большинство двигателей вентиляторов имеют два подшипника, один перед другим, и эти подшипники обычно разделены пружинами. Подшипники обеспечивают меньшее трение по сравнению с конструкциями втулки, а пружины могут помочь при любом наклоне вентилятора, который может вызвать вес ротора. Если пружины расположены по всей длине вала, устройство может работать под любым углом без износа или трения, что обеспечивает более надежную конструкцию.

Вентиляторы на шарикоподшипниках также используются в компьютерных системах с высокой плотностью работы и центрах обработки данных, где производительность, температура и среднее время безотказной работы являются более важными факторами, чем шум. Они также широко используются в промышленности для охлаждения электронных систем или в качестве нагнетателей для промышленных осушителей.

Рис.2: Схема шарикового подшипника

Вентиляторы для охлаждения шкафов автоматики на шариковых подшипниках являются более дорогими, в сравнении с вентиляторами на подшипниках скольжения, однако значительно более длительный срок службы является достаточным фактором в пользу принятия решения о приобретении именно данного типа вентиляторов. Купив вентилятор с большим сроком службы, вы не только в итоге сэкономите на частой замене вентиляторов, но также избежите проблем с возможной поломкой оборудования в периоды выхода из строя более дешевых моделей.

Вентиляторы в ПК еще называют кулеры (от англ. cooler – охладитель). Это простые технические устройства. Однако от того, насколько они надежны, зависит работа многих компонентов компьютера. Таковыми являются, например, блок питания, процессор, видеокарта, системная плата. Подчеркнем при этом, что стоимость их достаточно велика.

Конструкция вентиляторов ПК год от года совершенствуется. Несмотря на это, их ресурс существенно меньше, чем электронных девайсов компьютера. Тому есть простое объяснение. Ведь в конструкции вентиляторов есть узлы трения. Это подшипники. Они испытывают на себе немалую нагрузку и изнашиваются при эксплуатации.

Обычно в компьютерных вентиляторах подшипники двух типов. Это подшипники скольжения и качения.

Подшипники скольжения часто делают из антифрикционного сплава или композиционного материала, который обладает эффектом самосмазывания. Это обеспечивается тем, что в нем содержатся антифрикционные наполнители. Подшипники качения – это узлы трения, в которых есть элементы качения, то есть шарики. Бывают подшипники качения закрытого (они не допускают повторного смазывания) или открытого типа.

ВАЖНО! Далее мы расскажем об основных типах подшипников, которые применяются для охлаждения в двигателях вентиляторов.

Особенности подшипников скольжения

Это самый простой тип подшипника. Устройство подшипников скольжения (англ. Sleeve Bearing) предусматривает, что внутри втулки, которая изготовлена из полимера и покрыта антифрикционным материалом, вращается вал ротора электродвигателя.

Такая система подвески не создает много шума во время работы. Она также обеспечивает невысокую стоимость вентилятора. При этом отметим, что надежность подшипника желает быть намного лучше.

Подшипник скольжения считается самым распространенным типом. И, прежде всего потому, что он самый дешевый. Ресурс у него небольшой. Практика показала, что сроки эксплуатации подшипников данного типа во многом зависят от температуры во время эксплуатации. Влияют на износ также и вибрационные нагрузки.

Производители современных вариантов подшипников заявляют на свою продукцию ресурс до 35 тысяч часов. Подчеркнем, что при этом подразумевается следующее: что будут созданы идеальные условия для работы. Опыт показал, что такие подшипники на самом деле находятся в эксплуатации примерно в 2-3 раза меньше.

Если подшипник исправен, то он практически не создает шума во время работы. Однако, когда он начинает изнашиваться, то появляется много шума из-за вибрации.

ВАЖНО! Подшипнику скольжения необходима смазка. Для этого применяется какое-либо вещество на масляной основе. Благодаря нему, снижается трение при работе. Если смазка подшипника испарится или протечет, то система вентилятора сломается. И громкий шум указывает на это.

Есть разновидность подшипника скольжения, у которого винтовая нарезка (rifle bearing, Z-Axis bearing). Данный подшипник скольжения имеет специфические нарезы на втулке и оси. Благодаря этим нарезам смазывающая жидкость осуществляет циркуляцию.

Уровень шума невысокий. Его ресурс намного выше по сравнению с самыми простыми подшипниками скольжения. И он приближается к FDB-подшипникам. Стоимость чуточку больше, чем у обычных подшипников скольжения, но меньше, чем у FDB-вариантов.

Еще одна версия – гидродинамический подшипник (FDB bearing). Этот подшипник скольжения усовершенствован так, что вал вращается в слое жидкости, которая постоянно удерживается внутри втулки.

Это становится возможным за счет разницы давлений, которая создается во время работы. Втулка и вал ротора устроены так, что, когда они перемещаются относительно друг друга, то создается гидравлический клин из смазки. Благодаря этому клину, в подшипниковой паре механический контакт отсутствует.

ВАЖНО! Ресурс такого подшипника намного больше по сравнению с подшипниками скольжения. Производители заявляют до 80 тысяч часов. Однако в реальных условиях эксплуатации этот показатель меньше примерно в два раза.

Уровень шума низкий. Стоимость больше по сравнению с обычными подшипниками скольжения, но меньше по сравнению с подшипниками качения.

Усовершенствованные подшипники скольжения

Этот подшипник имеет систему магнитной подвески ротора Maglev (Magnetic Levitation System). Он является улучшенной модификацией подшипника скольжения. Главное отличие в том, что у него конструкция более прочная. Отметим также, что у него есть дополнительное магнитное поле, которое компенсирует вес ротора.

В настоящее время это, конечно, один из самых надежных видов опор. Он обеспечивает большой срок эксплуатации. У него уровень шума и вибрации всегда низкий. А еще он позволяет создать герметичные вентиляторы со степенью защиты до IP68 и с высокой производительностью.

- Подшипник масляного давления (SSO)

Это гидродинамический подшипник, который усовершенствовали. Отличие в том, что у него увеличенный слой жидкости (смазки). Для того чтобы снизить износ, вал центрируется постоянным магнитом, который установлен в основание.

ВАЖНО! Уровень шума самый низкий. Заявленный ресурс составляет до 160 тысяч часов при высоких эксплуатационных температурах. Однако по факту сейчас это самые долговечные подшипники, которые нашли использование в кулерах. Покупка их обойдется дороже приобретения подшипников качения, но дешевле по сравнению с керамическими подшипниками качения.

Усовершенствованный подшипник скольжения. Предусмотрена защита от пыли, соответствующая IP6X. Есть специальный слот для восстановленного масла. Благодаря нему, срок службы вентилятора увеличивается.

Если подшипник исправен, то шума при работе очень мало. Производитель заявляет ресурс до 160 тысяч часов при высоких эксплуатационных температурах. По факту это самые долговечные подшипники, используемые в кулерах. Покупка их обойдется дороже подшипников скольжения (sleeve bearing) и дешевле подшипников гидродинамических.

- Подшипник с полиоксиметиленом (POM Bearing)

Усовершенствованный подшипник скольжения. Чтобы увеличить срок эксплуатации, вал покрывают полиоксиметиленом, у которого пониженный коэффициент трения.

ВАЖНО! Когда подшипник исправен, то он создает мало шума во время работы. Заявленный ресурс составляет до 160 тысяч часов. Цена больше по сравнению с подшипниками скольжения (sleeve bearing) и меньше по сравнению с гидродинамическими.

Особенности подшипника качения

Подшипники качения (англ. Ball Bearing) состоят из металлических колец: внутреннего и наружного. Между этими кольцами катятся шарики, которые поддерживает сепаратор. У данных подшипников большой рабочий ресурс. Однако вентиляторы, у которых такой тип опоры, создают много шума. И покупка их обходится дороже.

Из всех типов подшипников качения в кулерах нашли использование лишь радиальные шарикоподшипники. Они состоят из пары колец, тел качения, то есть шариков, и сепаратора.

Формально они создают больше шума, чем подшипники скольжения. Однако из-за большего ресурса в равных условиях продолжительной эксплуатации, кулеры на данных подшипниках не более шумные, чем аналоги на подшипниках скольжения, которые более подвергаются износу.

Заявленный ресурс составляет от 59 до 90 тысяч часов. Однако фактически эти подшипники намного долговечнее по сравнению с подшипниками скольжения.

ВАЖНО! Керамический подшипник качения (ceramic bearing) является разновидностью данного типа. В подшипнике применяются керамические материалы. Заявленный ресурс составляет до 160 тысяч часов при высоких температурах эксплуатации.

Сегодня это самые долговечные подшипники, которые нашли использование в кулерах. При работе создают очень мало шума. Стоят очень дорого.

Особенности подшипника omniCOOL

Компанией CUI был разработан новый тип вентилятора, устраняющий разрыв между традиционными конструкциями. Это удалось за счет шарикоподшипников и подшипников скольжения. Новая конструкция подшипника называется системой omniCOOL. Она применяет магнитную подвеску для того, чтобы была балансировка ротора.

Магнитная структура уравновешивает ротор. И не имеет значение, каков угол, под которым действует вентилятор. Внутренней части подшипника не нужно выдерживать вес ротора. Эта нагрузка переложена на магнитный поток и опорную крышку.

Система omniCOOL избавляет от многих недостатков, которые есть у традиционных втулок или шариковых подшипников. Скажем, магнитная структура уравновешивает ротор, делает минимальными проблемы наклона и колебания, которые присущи подшипникам скольжения. Вал не опирается на внутреннюю часть подшипника. Трение между ними намного меньше, чем у подшипника скольжения.

Втулка, применяемая в системе omniCOOL, проходит специальную закалку. И потому она не нагревается, не стирается. Значит, можно работать при температуре до 90°C. А ведь традиционные подшипники скольжения выдерживают лишь температуру до 70°C.

ВАЖНО! Срок эксплуатации подшипника увеличивается. Система omniCOOL работает в 3 раза дольше по сравнению со стандартным подшипником скольжения при 70°C. И в 5,5 раза больше при 20°C.

Однако, несмотря на большое разнообразие всех типов подшипников, самый большой акустически комфорт от гидродинамических подшипников, у которых один и тот же уровень шума на весь период службы.

Да-а! Видно статью писали профэссора! Если не знают, что в ПК кулер - это систама охлаждения состоящая из радиатора и вентилятора ( это если упрощенно ), а вентилятор - он и в Африке вентилятор !

качения,
скольжения,
Vapo подшипник.

Каждый из них отличается друг от друга ценой, функционалом и техническими характеристиками. В нашем обзоре мы разберем по полочкам работу каждого подшипника по отдельности.

Вентиляторы с подшипниками скольжения

Корпуса данных моделей создаются из классического пластика типа UL94V-0 или алюминия. Подобные технологии обладают отличными прочностными характеристиками. Как правило, ротор вентилятора изготавливается из термопластика.

При отвесном монтаже (ось вращения горизонтальна) средняя продолжительность стабильной эксплуатации подшипника скольжения доходит до тридцати тысяч часов.
Горизонтальная установка уменьшает среднее время работы до 50%.

Эти подшипники отлично функционируют в условиях повышенной влажности и сухости, температура эксплуатации подшипников скольжения варьируется от +25°C до +40°C.

Вентиляторы с подшипниками качения (шарикоподшипник)

Настоящими трудягами в мире охлаждения являются подшипники качения. Функционируют они как в холодных, так и в самых жарких температурных условиях (от минимум -10°C до максимум 70°C),работа в подобных температурных режимах делает их настоящими универсалами.

Перед покупкой вентилятора с шарикоподшипниками важно изучить ключевые характеристики подшипников качения, ведь одним из их главных недостатков является излишняя шумность при работе. Но несмотря на этот минус, они добротно функционируют в любом положении (вертикальном и горизонтальном) и работают до 60-70 тысяч часов.

Подшипник качения состоит из внутреннего и внешнего кольца, тела качения и сепаратора. Он плохо функционирует в условиях влажности и повышенной сухости, но отлично показывают себя при работе в средних температурных режимах (от +25°C до +40°C).

Как же он устроен? По сути, это модернизированный подшипник скольжения, в котором специальная система магнитов образует магнитное поле, компенсирующее собственный вес ротора. В результате при работе ротор левитирует в магнитном поле, почти не касаясь стенок втулки. Подобные технологии уменьшают износ, смягчают вибрацию в процессе работы и делают вращения вентилятора практически бесшумным, что положительным образом сказывается на звуковом восприятии работы вентилятора.

Для некоторых моделей с подшипником Vapo рабочая температура может быть выше 70°C. Единственным минусом является более высокая стоимость, относительно качения и скольжения. Но для качественной и продолжительной работы это – то, что надо. Технология Vаро отлично держится на протяжении всего периода эксплуатации и очень эффективно функционирует как при средних температурах (от +25°C до +40°C),так и в условиях повышенной влажности и сухости.

Итак, ещё раз перечислим преимущества вентиляторов с VAPO подшипником:

Возможность работы в любом положении.
Низкий уровень шума.
Большой срок службы (до 60 тысяч часов).
Возможность работы при высоких температурах.
Отлично функционирует при повышенной влажности и сухости.

Извините, по вашему запросу ничего не найдено.

Пожалуйста, оформите форму заявки на подбор элементов. Наш менеджер свяжется с вами и предложит наиболее подходящий вариант.

Sleeve Bearing - Подшипник скольжения

Время работы заявлено: до 35 000 час
Время работы реально: до 17 000 час

Это самый простой тип подшипников. Состоит из втулки, покрытой антифрикционным материалом, внутри которой вращается вал.

Rifle bearing, Z-Axis bearing - Подшипник скольжения c винтовой нарезкой

Время работы заявлено: до 70 000 час
Время работы реально: до 35 000 час

Подшипник скольжения с нарезами на втулке и оси, что обеспечивает рециркуляцию смазывающей жидкости.

Fluid Dynamic Bearing (FDB bearing) - Гидродинамический подшипник скольжения

Время работы заявлено: до 80 000 час
Время работы реально: до 40 000 час

Усовершенствованный подшипник скольжения, в котором вращение вала происходит в слое жидкости, постоянно удерживающейся внутри втулки за счёт создающейся при работе разницы давлений.

VAPO bearing - Подшипник скольжения с магнитным центрированием, левитацией

Время работы заявлено: от 160 000 час и выше
Время работы реально: от 160 000 час и выше

Практически, бесконтактный механизм, основанный на принципе магнитной левитации..

Ball Bearing - Подшипник качения

Время работы от 60 000 час до 90 000 час

Из всех типов подшипников качения в кулерах применяются только радиальные шарикоподшипники, состоящие из двух колец, тел качения (собственно шариков) и сепаратора.

Ceramic Bearing - Керамический подшипник качения

Время работы заявлено: до 160 000 час
Время работы реально: до 160 000 час

Подшипник качения с использованием керамических материалов.

SSO Bearing - Подшипник масляного давления

Время работы заявлено: до 160 000 час
Время работы реально: до 160 000 час

Усовершенствованный гидродинамический подшипник. Отличается увеличенным слоем жидкости (смазки) Для уменьшения износа вал центрируется установленным в основание постоянным магнитом.

LDP Bearing - Самосмазывающийся подшипник скольжения

Время работы заявлено: до 160 000 час
Время работы реально: до 160 000 час

Усовершенствованный подшипник скольжения. Имеет защиту от пыли, соответствующую IP6X, и специальный слот для восстановленного масла, которые увеличивают срок службы вентилятора.

Подшипник с полиоксиметиленом (POM Bearing)

Время работы заявлено: до 160 000 час

Усовершенствованный подшипник скольжения. Для увеличения срока службы вал покрыт полиоксиметиле́ном, обладающим пониженным коэффициентом трения скольжения.

OmniCOOL Bearing - Подшипник omniCOOL

Время работы заявлено:
до 200 000 час при 20°C
до 110 000 час при 70°C

Компания CUI разработала новый тип вентилятора, который устраняет разрыв между традиционными конструкциями на основе шарикоподшипников и подшипников скольжения. Новая конструкция подшипника, известная как система omniCOOL, использует магнитную подвеску для балансировки ротора в сочетании с усовершенствованным подшипником скольжения.

Ротор в системе omniCOOL работает как волчок, который никогда не падает и может работать под любым углом.

Магнитная структура уравновешивает ротор независимо от угла, под которым работает вентилятор. Следовательно, внутренняя часть подшипника не должна выдерживать вес ротора - это выполняют магнитный поток и опорная крышка.

Система omniCOOL уменьшает или устраняет многие недостатки традиционных втулок или шариковых подшипников. Например, магнитная структура, активно уравновешивающая ротор, сводит к минимуму проблемы наклона и колебания, характерные для стандартных подшипников скольжения. И поскольку вал не опирается на внутреннюю часть подшипника, трение между ними значительно ниже, чем у традиционного подшипника скольжения.

Втулка, используемая в системе omniCOOL, специально закалена, чтобы противостоять истиранию и нагреву. Это позволяет работать при температуре до 90°C, в то время как традиционные подшипники скольжения обычно могут выдерживать температуру только до 70°C.

Упрочненная втулка и уменьшенное истирание (благодаря магнитной структуре, уравновешивающей ротор) также значительно увеличивают срок службы подшипника - результаты испытаний показали, что система omniCOOL работает в три раза дольше, чем стандартный подшипник скольжения при 70°C, и в 5,5 раз дольше при 20°C.

ВЫВОД: Как показала практика, несмотря на широчайшее разнообразие существующих типов подшипников, наибольший акустически комфорт предоставляют гидродинамические подшипники и их развитие. Лишь они обеспечивают одинаковый уровень шума весь срок эксплуатации.

Мы принимаем к оплате

Обращаем Ваше внимание, что вся информация, размещенная на данном интернет-сайте, носит информационный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями

Читайте также: