Типы подшипников для вентиляторов

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:

     подшипник скольжения

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:

     подшипник качения

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.