Подшипник качения или скольжения что лучше
Даже для новичков в сфере майнинга ясна как день необходимость обеспечивать аппаратуру надлежащим теплоотведением. Это краеугольный камень успешного майнера, ведь никакое оборудование не прослужит вам хоть сколько-нибудь достойный срок при постоянном перегреве, а нагрузка при добыче криптовалюты на него колоссальная.
Люди различными способами пытаются бороться с повышением температуры и охлаждают как помещения, так и саму аппаратуру (как охладить видеокарту, вентиляция майнинг ферм и асиков). Для большинства электронных систем, размещаемых как в специальных крытых боксах, так и легко продуваемом каркасе, справедливо будет утверждать, что вентиляторы — это одно из лучших решений для охлаждения. Поэтому, приобретая майнинг-машины, обязательно нужно закупиться и вентиляторами.
С точки зрения потребителя, их можно классифицировать по-разному. Но, как нам кажется, самым информативным будет разделить их по типу подшипников: а) качения или б) скольжения. Ведь вентиляторы способны развивать огромную скорость вращения — до нескольких тысяч оборотов/мин. С точки зрения рентабельности и эффективности, они превосходят любое иное приспособление. Но на таких скоростях подшипник подвергается колоссальной нагрузке. И нужно хорошо проанализировать, какой вентилятор лучше всего подойдет для майнера с учетом режима работы и прочих иных особенностей.
Какие характеристики вентилятора важны?
Когда мы говорим о хорошем вентиляторе с точки зрения потребителя, то можно выделить следующие важные характеристики:
Если вентилятор очень шумный, а вы занимаетесь майнингом в домашних условиях, да ещё и на асике, то можете забыть о комфорте и уюте. Вас постоянно будет преследовать ощущение, что находитесь в какой-то промзоне, а не у себя в жилище. На шум прямо влияет то, какой подшипник установлен в вентиляторе. Поэтому очень важно определить, что подходит для лучше.
Если говорим об износе, то тут тоже всё довольно очевидно. Так как подшипники являются ключевым звеном в работе вентилятора, то и износ напрямую будет зависеть от качества и типа последнего. Взять, например, подшипник скольжения: это наиболее дешевый тип, который не показывает хорошего срока службы. Но он и недорогой. Из вышесказанного вытекает последний пункт потребительской выгоды — стоимость. Тут необходимо будет рассчитывать энергозатраты на вентиляцию, эффективность приобретённых моделей и их конкретную стоимость. Если с первой и последней характеристикой всё понятно, то вот эффективность оценить бывает чуть сложнее. Проще всего смотреть на количество оборотов/мин.
Подробнее разберем разные виды подшипников вентиляторов, поговорим об их отличиях, плюсах и минусах.
Подшипники скольжения (втулка)
Наиболее демократичный вариант подшипников. Вентиляторы с такими подшипниками служат в целом недолго, но и цена не кусается. Относительно других показателей — они вначале своей эксплуатации практически не шумят, но с износом начинают производить довольно много шума. Их конструкция подразумевает наличие вала, втулки и смазывающего элемента между ними. В начале эксплуатации такие подшипники показывают себя отлично: они не шумные, стоят не дорого и ничем не уступают другим видам подшипников. Но отличительной чертой является то, что они крайне зависимы от срока использования. Про такие подшипники справедливо утверждение: чем дальше, тем хуже.
Ещё одним плюсом конструкций с такими подшипниками является их крепкая конструкция. Такие вентиляторы тяжело вывести из строя, простота добавляет надёжности. Маловероятны сбои, а даже если что-то произойдёт — то много денег вы не потеряете. Если говорить детально, то замена вентиляторов при скольжении будет проводится не сильно чаще, чем при качении, но только при одном условии. Если температура в помещении не будет превышать 20 градусов. В таком случае смазочная жидкость будет очень медленно испаряться и, как следствие, вентилятор не будет выходить из строя быстро.
Подшипники на скольжения, они же подшипники на втулке, используются практически на всех вентиляторах для видеокарт по причине того, что они тише (на фото родной вентилятор для видеокарты Gigabyte 75 мм после 2 лет работы)
Как правило, вентиляторы на втулке используются на всех вентиляторах, которые работают на скорости в среднем до 3000 об/минуту.
На видео показан пожалуй один из самых скоростных вентиляторов на втулке Delta AFB1212SH, удобно использовать для обдува ферм в каркасах, а также их можно поставить на вдув в закрытые корпусы для майнинга с не очень горячими картами уровня gigabyte 1060 или RX580.
Подшипники качения
Такие детали многие из вас знают с детства. Они состоят из двух колец, шариков, сепаратора. Подшипники качения по праву заслуживают свою популярность, ведь во многом они являются тем самым золотым балансом соотношения цены, износа и шума. Для майнера очень важно и то, что они не чувствительны к температуре, в отличие от подшипников скольжения.
Если выбирать вентиляторы на шариковых подшипниках, то надо приготовиться к более высокому уровню шума. Конечно, если взять именно весь суммарный шум за все время использования, то шариковые подшипники и тут выиграют, однако это не значит, что они тихие. Такой недостаток они сполна компенсируют сроком службы в два-два с половиной раза больше, нежели у аналогов на подшипниках скольжения — от 90000 до 110 000 часов. Такие вентиляторы очень распространены в среде профессиональных майнеров, где эффективность выходит на первый план. Они хоть и выше по стоимости закупки, нежели предыдущие модели, зато срок износа гораздо выше.
В майнинге очень важно постоянно обеспечивать теплоотвод оборудованию. Поэтому более надёжные, длительные в эксплуатации вентиляторы на подшипниках качения чаще находятся в арсенале криптоэнтузиастов. Ведь если вышел вентилятор из строя, то есть шанс поломки и основного оборудования. А это ой какие большие затраты.
Существуют и другие интересные модели подшипников. Однако если мы говорим о вентиляторах, то распространение получили именно на скольжении и качении, поэтому целесообразнее сравнивать именно их. Сравнивая, обозначим сильные стороны каждого «+», а проигрывающие конкуренту соответственно «-». Приведем всё это в таблице, дабы вам было удобнее ориентироваться:
Преимущества и недостатки подшипников скольжения и качения
Весьма часто можно слышать вопрос о том, подшипники какого типа «лучше», качения или скольжения. Чтобы ответить на него, проведём небольшую сравнительную оценку данных изделий.
Преимущества и недостатки подшипников скольжения и качения в сравнении
В сравнении с аналогами, в которых реализовано трение качением, они располагают рядом существенных плюсов:
У рабочих элементов подшипников данного типа весьма незначительные, по площади, поверхности, что делает подобные опоры гораздо более жёсткими. Это, в свою очередь, влияет на шумность их работы и способствует возникновению вибрационных нагрузок, особенно при существенных частотах вращения.
Изделия данных типов не являются взаимозаменяемыми. Подшипник скольжения невозможно поменять на подшипник качения.
Поэтому, используя палец шатуна со значительной поверхностной прочностью, можно установить игольчатый подшипник, не имеющий внутреннего кольца. Что позволяет минимизировать габариты подшипникового узла.
Причём, смазочные материалы требуется подавать непрерывно. В противном случае высока вероятность перегрева подшипникового узла и его заклинивание.
Они гораздо удобнее в эксплуатации, не нуждаются в постоянном уходе (смазку можно осуществлять периодически), имеют меньший радиальный зазор (рабочий), отличаются значительной несущей способностью на единицу своей ширины. Для их производства расходуется гораздо меньше дорогостоящих цветных металлов.
Они более точные и не столь дорогие, так как стандартизация подшипников качения позволила наладить массовое централизованное производство. Эти изделия отличаются повышенной (по сравнению с подшипниками скольжения) пожарной безопасностью и стойкостью к возникновению заеданий (пример, переход, при производстве букс вагонов на роликоподшипники полностью устранил их возгорание).
Малая ширина обойм подшипников качения обеспечивает значительную компактность данных изделий. А это весьма важное преимущество при установке подшипников в устройствах со стеснёнными осевыми габаритами.
Всё вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что подшипники качения применяются в машиностроении и иных отраслях существенно чаще. В подавляющем большинстве случаев они полностью вытеснили, применявшиеся ранее, подшипники скольжения.
Преимущества подшипников качения
Каждое изделие имеет собственные преимущества и недостатки, что объясняет использование подшипников различных типов в разных устройствах.
Есть ли преимущества подшипников скольжения перед подшипниками качения?
При возможности организовать стабильное жидкостное смазывание приоритетом пользуются подшипники скольжения. Объясняется это следующими преимуществами, в сравнении с подшипниками качения:
При повышении угловых скоростей вращения валов, укомплектованных подшипниками качения, существенно сокращаются сроки эксплуатации последних. Малая совокупная площадь контактных поверхностей тел качения (рабочих элементов) приводит к росту показателя жёсткости подобных опор. Это становится причиной возникновения шума при работе, зачастую сопровождаемого вибрациями, особенно при существенных угловых скоростях.
Обоймы подшипников качения являются неразъёмными, что исключает возможность их установки в определённые механизмы и узлы (например, на коленчатые валы).
В то же время, замена подшипника скольжения игольчатым, в принципе, конструктивно возможна. Они имеют меньшие внешние диаметры (в сравнении с шариковыми или роликовыми) и рассчитаны на восприятие существенных ударных нагрузок. Например, при монтаже пальца шатуна, имеющего значительную поверхностную прочность, допускается использование игольчатого подшипника с одной наружной обоймой. Что минимизирует габариты подшипникового узла в сборе.
Подшипники скольжения проигрывают подшипникам качения по объёму потребного количества смазочных материалов. Смазка должна подаваться к местам трения непрерывно. В противном случае наблюдается быстрый рост температуры и механизм заклинивает.
Преимущества подшипников качения
Подшипники качения имеют сравнительно невысокую ширину обойм, что позволяет выполнять узлы компактными (в осевом направлении). Это является существенным преимуществом при необходимости монтажа подшипника в пространствах ограниченных объёмов.
Преимущества, свойственные конструкции подшипников качения, обусловили широкую сферу их применения в различных отраслях жизнедеятельности человека. В большинстве конструкций они успешно заменили подшипники скольжения.
Типы подшипников в корпусных вентиляторах
Содержание
Содержание
Активное охлаждение компонентов компьютера уже давно ни для кого не является новостью. Пользователи так сильно увлечены воздушными потоками, давлением внутри корпуса, что забывают о том, что не каждый вентилятор подходит на отведенную ему роль в полной мере. И не последнее значение в этом играет тип подшипника вентилятора.
Немного истории
Изначально подшипники выглядели совсем не так как сейчас. Как следует из названия, это то, во что упирается шип.
Простая конструкция за счет малого диаметра оси создает большое отношение плеч рычага и даже большой коэффициент трения не создает существенного противодействия вращению. А что бы износ был как можно меньше, в качестве подшипника используется более твердый материал. Сегодня такая конструкция встречается в механических часах.
Так или иначе прогресс взял свое, и современные конструкции уже более совершенны.
Подшипник скольжения
Традиционный спутник бюджетных вентиляторов. Внешне максимально простая конструкция, состоящая из латунной втулки и стального вала, но в своей работе не так уж и проста.
Небольшая разница в диаметре вала и втулки заполнена маслом. При вращении вала силы трения между валом и маслом нагнетают масло в место соприкосновения вала и втулки, создавая давление масляного клина. Если это давление будет достаточно большим, оно предотвращает контакт вала и втулки.
h — толщина слоя смазки, ω — угловая скорость вращения вала, d — диаметр вала, P — величина нагрузки, s —средний зазор, e — эксцентриситет
Как видно из рисунка слабым местом этого подшипника является то, что давление прилагается только с одной стороны вала — это не способствует гашению вибраций, а даже наоборот вызывает их при малой величине нагрузки.
По мере работы нагрев делает масло более жидким, что уменьшает давление масляного клина. Также нагрев способствует ускорению испарения масла и в итоге вал с втулкой начинает контактировать. При повышении окружающей температуры на 20 градусов срок эксплуатации такого подшипника снижается в 3 раза. То есть, для вентилятора с обычным подшипником скольжения наиболее удачным будет место с низкой температурой. А для уменьшения, микровибраций, которые изнашивают втулку и в итоге становятся слышимыми вибрациями нужна нагрузка на вал. Такие условия в сборке башенного типа актуальны только на фронтальной панели.
По мере усовершенствования этого типа подшипника появились самосмазывающиеся вариации, а также с винтовой нарезкой. Их особенностью является большее количество масла, доступное для смазки, а также некоторое подобие насоса за счет винтовых конструкций, обеспечивающее циркуляцию масла в любом положении.
Использование полиоксиметилена (POM) также идет на пользу. Этот материал частенько используют в редукторах дешевого электроинструмента. Но в данном случае это замена мягкой втулки из медного сплава, которая в редукторе рассыпалась бы моментально. Полимерный материал уменьшает коэффициент сухого трения и появление частиц с абразивными свойствами, которые в свою очередь ускоряют износ.
Все эти ухищрения не устраняют полностью недостатки конструкции подшипника скольжения, хотя и позволяют ему проработать несколько лет даже в неудачном положении. Наиболее живучим будет вентилятор, имеющий защиту IP6X. В нем применяется герметизирующая втулка для защиты от пыли, которая также мешает испаряться и вытекать маслу.
Гидродинамический подшипник
Считается вечным, ведь пока в нем есть масло, вал и втулка не могут соприкоснуться. Это обеспечивается особым профилем либо втулки, либо вала, обеспечивающих повышенное давление в некоторых участках. Обычно это встречные косые углубления на втулке. Их проще выполнить в мягком металле, не нарушая балансировки вала. Но на практике может встретиться все что угодно, щедро сдобренное маркетинговыми названиями.
Как видно по результатам моделирования, повышенное давление действует на вал со всех сторон. За счет этого вал меньше вибрирует и практически исключается контакт со втулкой. Но главная проблема подшипников скольжения — высыхание масла тут тоже присутствует. И добавляется еще одна: в лежачем положении масло, по мере высыхания, либо скопится в масляной камере (при этом некоторые конструкции исключают достаточное поступление масла за счет капиллярного эффекта), либо постепенно будет покидать подшипник через недостаточно герметичное уплотнение вала.
И ко всему этому еще добавляется очень большая восприимчивость к работе на низких оборотах. Давление масла зависит от оборотов, и если они будут недостаточны, то гидродинамический подшипник превращается в обычный подшипник скольжения. Недаром производители зачастую ограничивают нижнюю частоту вращения вентиляторов с гидродинамическими подшипниками в 600 оборотов в минуту. Но даже с таким ограничением пользователи отмечают появление посторонних звуков.
Подшипники с магнитным центрированием
Большая часть вентиляторов пользуется магнитной левитацией за счет притяжения постоянного магнита ротора и полюсов статора. Убедиться в наличии магнитной левитации просто — достаточно вдоль оси потолкать крыльчатку. Она свободно перемещается на некоторое расстояние и тут же возвращается. В вентиляторах с магнитным центрированием добавляют еще один магнит, придающий больше жесткости, и упор оси вала, который может быть выполнен как из пластика, так и из гидродинамического подшипника.
Дополнительная жесткость уменьшает вибрацию вала на низких оборотах и позволяет гидродинамическому подшипнику работать на любых оборотах и в любом положении.
Подшипник качения
Как можно понять из названия, принцип его работы основан на качении. Чем тверже материал, меньше шероховатость поверхности и точнее детали, тем дольше прослужит такой подшипник. Чем ниже рабочие обороты в подшипнике качения, тем дольше он проработает (даже в перерасчете на суммарное количество оборотов).
Ориентация в пространстве на работе никак не сказывается, поэтому вентиляторы на его основе можно применять в любой части сборки.
Но такой подшипник шумный, что делает его применение на низких оборотах бессмысленной затеей, и с течением времени создаваемый шум растет постепенно. Наиболее долговечная разновидность выполняется из керамики.
А самую тихую модификацию без сепаратора, в которой шарики не создают шума постукиванием друг о друга, скорее всего в компьютерных вентиляторах мы никогда и не увидим.
Заключение
Подшипники компьютерных вентиляторов имеют свои слабые и сильные стороны, учитывая которые можно избежать ускоренной поломки и бессмысленных трат.
Обычный подшипник скольжения дешевый, быстро выходит из строя, но на фронтальной панели может прослужить вполне долго.
Самосмазывающиеся подшипники, особенно с применением пластика (POM) и класса защиты IP6Х могут работать в любой части сборки, не уступая в долговечности другим типам.
Гидродинамический подшипник в самом простом исполнении даже капризнее чем обычный подшипник скольжения. Оптимальным будет использование на оборотах, близких к максимальным, если избегать «лежачего» положения.
Магнитное центрирование позволяет гидродинамическим подшипникам работать в любом положении и оборотах.
Подшипник качения самый надежный, но шумный. Зачастую заранее предупреждает о своей грядущей поломке повышенным шумом, что позволяет избежать внезапной остановки.
В чем разница между подшипниками скольжения и качения?
На сегодняшний день подшипники широко применяются в самых разных механизмах, так или иначе связанных с задействованием вращающихся элементов. Подшипники вращают детали в часовых механизмах, двигают валы в ДВС, шахтные турбины и даже знаменитый аттракцион «Колесо обозрения».
Говоря простыми словами, подшипник – это кольцо, которое надевается на цилиндрический предмет. Они могут быть самыми разнообразными как по конструкции, так и по функциональному назначению. Например, для удерживания автомобильного колеса используются радиальные подшипники. А для вращения офисных кресел применяются подшипники упорные. В зависимости от классификации подшипников насчитывается от 7 до 10 разновидностей. Так или иначе, каждый подшипник служит для выполнения трех основных задач.
Самыми популярными видами подшипников на сегодняшний день являются подшипники скольжения и подшипники качения. Именно их мы и опишем далее, определив основные различия, конструкционные особенности и сферы применения.
Речь идет о кольцах, внутри которых размещаются валы или втулки. Кольцо фиксирует вал в необходимом положении и начинает вращаться в заданной плоскости. Выделяют разъемные и неразъемные подшипники скольжения. Неразъемный подшипник – это полное кольцо, в которое можно вставить втулку. Разъемный подшипник можно разделить на два компонента, один из которых фиксирует вал, а второй вставляется сразу после фиксации. С эксплуатационной точки зрения конструкция разъемного подшипника является более удобной, что и обуславливает большую распространенность данного варианта.
В процессе вращения, вал осуществляет непосредственное соприкосновение с подшипником скольжения, что создает трение в системе пары «вал-подшипник». Данный процесс в конечном итоге приводит к быстрому износу элементов данной системы, то влияет на резкое уменьшение скорости движения вала. Чтобы этого не допустить, применяются разные смазки, значительно снижающие уровень трения, что является одним из главных условий повышения уровня долговечности подшипника. Помимо увеличения срока службы подшипника и вала, смазка дополнительно влияет на уменьшение силы трения, гарантирует эффективный теплоотвод, а также снижает воздействие на механизмы внешней среды.
Существуют твердые, газообразные и жидкие смазки. Именно жидкий вариант используется в большинстве современных подшипников скольжения. Что касается твердых смазок, основу которых составляет графит, то их могут использовать в подшипниках скольжения, на которых приходится большая нагрузка. Например, если речь идет о подшипнике для поездов, удерживающих колесный вал, то здесь жидкая смазка будет просто выдавлена большим давлением. Газообразные смазки могут применяться на высокоточных производствах, где к использованию деталей предъявляются особые условия. Газообразная смазка должна воспрепятствовать физическому соприкосновению подшипника и вала.
Плюсы подшипников скольжения
Минусы подшипников скольжения
Подшипники качения характеризуются более сложным устройством, в сравнении с предыдущим вариантом. Во-первых, их конструкция включает в себя сразу два кольца разного диаметра. Расхождения в диаметрах колец ровно такое, чтобы между ними точно разместились другие элементы подшипниковой системы. Чтобы обеспечить хорошее сцепление между кольцами, внутри большого кольца и снаружи маленького прорезаются желоба. Между кольцами можно поместить бочонки, иглы, шарики и другие тела качения, которые будут определять название подшипника и принцип его работы. Результатом соединения трех элементов в единое целое является достаточно надежная и эффективная конструкция, во внутреннее кольцо которой вставляется вал. Вращаясь, вал оказывает воздействие на маленькое кольцо, которое раскручивается и «тянет» за собой те тела качения, которые находятся между кольцами. Большое кольцо остается неподвижным, то есть статично. Тела вращения между кольцами гарантируют значительное снижение уровня трения между элементами системы.
Подшипники качения могут производиться с сепаратором или без сепаратора. Сепаратор – это широкое кольцо, в котором на равном расстоянии создаются отверстия. Указанные отверстия служат для размещения в них тел качения, что гарантирует повышение эффективности подшипника с одновременным уменьшением объема задействованных материалов. Подшипники качения, в большинстве своем, создаются именно с сепараторами. Впрочем, есть модели и без сепараторов, в которых размещается максимально возможное число тел качения, без необходимости учета расстояния между ними. Чем больше тел качения будет размещено в подшипнике, тем большей грузоподъемностью будет характеризоваться данный элемент. В то же время, подшипники без сепараторов отличаются более низким лимитом скорости валового вращения.
В соответствии с официальной классификацией, выделяют открытые и закрытые подшипники качения. Закрытые подшипники характеризуются наличием специальных проекторов, призванных предотвратить воздействие внешней среды на элементы подшипникового механизма. Это позволяет эксплуатировать закрытые подшипники без смены смазки и дополнительного обслуживания. Открытые подшипники качения более подвержены влиянию окружающей среды, что зачастую приводит к попаданию внутрь конструкции инородных тел с последующим разрушением подшипника.
Главным преимуществом использования подшипников качения считается минимизация трения при соприкосновении подшипника с поверхностью вала. Тела качения гарантируют снижение энергозатрат на преодоление сопротивления вала и кольца, что, в свою очередь, существенно снижает уровень износа и увеличивает КПД в сравнении с подшипниками скольжения.
Плюсы подшипников качения
Минусы подшипников качения