یاتاقان مغناطیسی در مقابل یاتاقان های هوا برای روتورهای موتور با سرعت بالا: یک تجزیه و تحلیل مقایسه ای

روتورهای موتور با سرعت بالا (با استفاده از 10،000 دور در دقیقه تا 100،000+ دور در دقیقه ) برای به حداقل رساندن اصطکاک ، لرزش و سایش به فناوری های تحمل پیشرفته نیاز دارند. یاتاقان های مکانیکی سنتی (به عنوان مثال ، یاتاقان های توپ یا غلتکی) به دلیل تولید گرما ، تقاضای روانکاری و خستگی مکانیکی با سرعت شدید با سرعت شدید روبرو می شوند . دو جایگزین پیشرو- یاطاقان مغناطیسی (MBS) و یاطاقان هوا (ABS) پشتیبانی بدون تماس ، امکان عملکرد فوق العاده بالا را فراهم می کند. در این مقاله ارزیابی می شود که کدام فناوری با مقایسه برای روتورهای پر سرعت مناسب تر است اصول کار ، مزایای عملکرد ، محدودیت ها و مناسب بودن کاربرد ، .

 

 

 

1. اصول کار

 

(1) یاطاقان مغناطیسی (فعال و منفعل)

●  یاتاقان های مغناطیسی فعال (AMBS): از سیم پیچ های الکترومغناطیسی و کنترل بازخورد در زمان واقعی (سنسورها و کنترل کننده ها) برای لخت روتور بدون تماس استفاده کنید.

●  یاتاقان های مغناطیسی منفعل (PMB): به آهنرباهای دائمی یا مواد ابررسانا برای استفاده از منفعل متکی هستند (بدون نیاز یا کنترل لازم).

 

(2) یاطاقان هوا (آیرودینامیکی و آئروستاتیک)

●  یاتاقان های آیرودینامیکی: از یک فیلم هوای خود تولید شده از چرخش با سرعت بالا استفاده کنید (فشار خارجی لازم نیست).

●  یاتاقان های آئروستاتیک: برای ایجاد شکاف روانکاری بین روتور و استاتور ، به هوای تحت فشار خارجی نیاز دارید.

 

 

 

2. مقایسه عملکرد

 

(1) سرعت و پایداری

| یاتاقان های مغناطیسی فاکتور | (MBS) | یاطاقان هوا (ABS) |

| حداکثر سرعت | بسیار بالا (100،000+ دور در دقیقه ممکن) | بالا (50،000-150،000 دور در دقیقه ، به طراحی بستگی دارد) |

| ثبات با سرعت بالا | عالی (کنترل فعال برای ارتعاشات) | خوب (اما به تغییرات بار و تأمین هوا حساس است) |

| راه اندازی/خاموش کردن | به یاتاقان های پشتیبان نیاز دارد (بدون سرعت با سرعت صفر) | نیاز به تأمین هوای خارجی (آئروستاتیک) یا حرکت اولیه (آیرودینامیکی) |

 

نتيجه گيري: MB ها تثبير فعالي فعالي بهتري را در سرعت فوق العاده بالا ارائه مي دهند ، در حالي كه ABS به پايداري فیلم هوا بستگی دارد.

 

(2) اصطکاک و کارآیی

●  MBS: اصطکاک نزدیک صفر (بدون تماس) ، کاهش از دست دادن انرژی.

●  ABS: اصطکاک بسیار کم (فیلم هوایی) ، اما برای فشرده سازی هوا (نوع آئروستاتیک) به انرژی نیاز دارد.

 

برنده: MBS (بدون نیاز به منبع هوای مداوم).

 

(3) ظرفیت و سفتی بار

●  MBS: ظرفیت بار متوسط ​​؛ سفتی به سیستم کنترل بستگی دارد.

●  ABS: ظرفیت بار پایین تر ، اما انواع آئروستاتیک سفتی بالاتری نسبت به آیرودینامیکی دارند.

 

بهترین برای بارهای سنگین: ایده آل نیست. سیستم های ترکیبی (یاطاقان پشتیبان MB +) ممکن است مورد نیاز باشد.

 

(4) تعمیر و نگهداری و طول عمر

●  MBS: بدون سایش ، طول عمر طولانی (20+ سال) ، اما الکترونیک ممکن است نیاز به نگهداری داشته باشد.

●  ABS: بدون سایش مکانیکی ، اما فیلترهای هوا و کمپرسورها نیاز به نگهداری دارند.

 

برنده: MBS (قابلیت اطمینان طولانی مدت).

 

(5) مدیریت حرارتی

●  MBS: گرما را در کویل ایجاد کنید. ممکن است نیاز به خنک کننده داشته باشد.

●  ABS: جریان هوا خنک کننده طبیعی را فراهم می کند.

 

بهترین برای خنک کننده: ABS (به خصوص در محیط های درجه حرارت بالا).

 

 

 

3. مناسب بودن برنامه

 

(1) یاطاقان مغناطیسی برای:

✔ روتورهای با سرعت فوق العاده بالا (به عنوان مثال ، توربوماشینری ، ذخیره انرژی مگس)

systems سیستم های کنترل دقیق (به عنوان مثال ، تولید نیمه هادی ، دستگاه های پزشکی)

✔ محیط های سخت (به عنوان مثال ، خلاء ، کرایوژنیک یا برنامه های پرتوی بلند)

 

(2) یاطاقان هوا برای:

✔ روتورهای پر سرعت و کم بار (به عنوان مثال ، دریل های دندانپزشکی ، دوک های کوچک)

✔ برنامه های تمیز و آلودگی کم (بدون نیاز به روان کننده)

systems سیستم های پر سرعت حساس به هزینه (ساده تر از MBS فعال)

 

 

 

4. چالش های کلیدی

 

| فناوری | چالش های اصلی |

| یاتاقان مغناطیسی | هزینه بالا ، سیستم کنترل پیچیده ، نیاز به پشتیبان گیری از قدرت |

| یاتاقان های هوا | حساس به گرد و غبار ، نیاز به تأمین هوای پاک ، ظرفیت بار کمتر |

 

 

 

5. روندهای آینده

●  یاتاقان های ترکیبی: ترکیب MBS (برای لخت) و ABS (برای تثبیت) ممکن است عملکرد را بهینه کند.

●  مواد پیشرفته: ابررساناهای درجه حرارت بالا (HTS) می توانند MBS منفعل را زنده تر کنند.

●  یاتاقان های هوشمند: کنترل پیش بینی مبتنی بر هوش مصنوعی می تواند ثبات MB و کارآیی AB را افزایش دهد.

 

 

 

نتیجه گیری: کدام یک برای روتورهای پر سرعت بهتر است؟

●  برای سرعت های شدید (> 100000 دور در دقیقه) و کنترل فعال → یاتاقان های مغناطیسی (ثبات برتر ، بدون اصطکاک).

●  برای سرعت متوسط ​​(<150،000 دور در دقیقه) و راه حل های کم هزینه → یاتاقان های هوا (ساده تر ، خودیشین).

 

این انتخاب به نیازهای سرعت ، شرایط بار ، عوامل محیطی و بودجه بستگی دارد . در حالی که MBS در کاربردهای صنعتی و هوافضا با کارایی بالا حاکم است ، ABS در محبوب است دستگاه های پزشکی و ابزارهای دقیق . پیشرفت های آینده ممکن است خطوط بین این فناوری ها را بیشتر کند.