Капля

Каплеподшипники

Иные идеи привлекают не столько практическими послед­ствиями, сколько неожиданностью поворота мысли, та­лантливой курьезностью. Эстетическое наслаждение до­ставляет неожиданный взгляд на известное явление или процесс, решение, которое, казалось бы, на виду у всех, а заметил его кто-то один — более зоркий, менее пред­убежденный.

Идея каплеподшипников была высказана Я. И. Френ­келем в 1950 году. В «Журнале технической физики» появилась короткая, в одну страничку, заметка, в которой излагалась идея и высказывалась надежда на то, что она, эта идея, быть может, окажется полезной приборострои­телям. Существо идеи заключается в возможности замены в шарикоподшипниках стальных шариков жидкими кап­лями. Капли не смачивают поверхность гнезда и благода­ря этому сохраняют свою индивидуальность. Правда, неожиданно? Каленую сталь предлагается заменить жид­костью!

Осуществить такую замену, пусть в небольших и не очень нагруженных подшипниках, заманчиво, так как технология изготовления стальных шариков, диаметр которых должен выдерживаться с большой точностью, очень сложна и дорога.

Идея возникла после того, как были подробно и тща­тельно изучены закономерности движения свободной капли по наклонной плоскости и капли, расплющенной между двумя пластинками, из которых одна покоится, а другая — движется. Имеется в виду, что вещество капли плохо смачивает или не смачивает твердую поверхность.

Чтобы капля двигалась, ей совсем не нужно быть сфери­ческой. Капля жидкая, и потому она может перемещаться вследствие переливания жидкости сзади (и сверху) вперед (и вниз). Такое движение — оно отлично наблюдается, когда дождевая капля ползет вниз по оконному стеклу,— мгновенно бы прекратилось, если бы капля замерзла. Иными словами, то, что может быть доступно твердому телу только в случае, если ему придать форму сферы, капле доступно отнюдь не сферической, а расплющенной, потому что она жидкая.

Итак, капелька может двигаться между двумя поверх­ностями не механизмом качения, а механизмом перелива­ния. При таком движении капли (оно наблюдается и у очень сплющенных капель) ее центр движется со скоростью вдвое меньшей, чем относительная скорость взаим­ного перемещения пластин. Это очень напоминает движе­ние гусеничного трактора. Он движется со скоростью вдвое меньшей, чем скорость движения той части гусеничной ленты, которая не касается земли.

Еще одно важное свойство капель, укрепляющее идею каплеподшипников: с ростом давления, которое приложе­но к расплющенной капле, радиус жидкой лепешки растет медленно, лепешка упорно сопротивляется прилагаемой к ней нагрузке.

Естественно, может возникнуть следующая мысль: быть может, не следует мудрить с каплеподшипниками, а просто, как это делается издавна, поместить между трущими­ся поверхностями обыкновенную жидкую смазку — спо­соб надежный и проверенный. В огромном числе случаев именно так и следует поступать. И все же каплеподшипники существенно отличаются от слоя жидкой смазки, ко­торый равномерно расположен между трущимися поверх­ностями.

Во-первых, жидкая смазка — это, как правило, жидкость, хорошо смачивающая твердые поверхности, легко растекающаяся по ним. Взаимное скольжение по­верхностей она, конечно же, облегчает, но не очень пре­пятствует их взаимному сближению. Это хорошо иллюст­рируется рисунком, на котором видно, что силы, кото­рые способствуют растеканию жидкости, притягивают друг к другу поверхности. Ведь хорошо известно, что две полированные пластинки слипаются, если между ними расположить слой смазки. А капли каплеподшипника бу­дут вести себя совсем не так. Они не смачивают твердые поверхности и поэтому отталкивают их друг от друга.

Во-вторых, пленка смазки — обычно очень тонкая — равномерно заполняет весь зазор между трущимися поверхностями, и поэтому сила, которую надо приложить, чтобы перемещать одну поверхность относительно другой, довольно велика, так как она пропорциональна их площа­ди. А в каплеподшипниках, где трение происходит не в режиме скольжения, как в случае пленки, а в режиме качения капель, сила, необходимая для взаимного смеще­ния поверхностей, оказывается существенно меньшей.