Témata
Reklama

Přesnější a úspornější ložiska pro největší teleskopy světa

Odborníci na tribologii z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně v poslední době pracují na ještě modernějších hydrostatických ložiscích, tedy součástech, které snižují tření pomocí maziva uvnitř ložiska. Nová ložiska by mohla být energeticky až o pětinu úspornější a díky vylepšené technologii je lze uplatnit například v divadelních točnách či špičkových teleskopech.

První ložiska, tedy součásti, které snižují tření, lidstvo využívalo už v antice a jejich vývoj stále pokračuje. Konkrétně tyto fungují na bázi kapalinného tření, díky němuž nedochází k vzájemnému kontaktu materiálu čepu a výstelky. „Hydrostatické ložisko si můžeme laicky představit jako dva kusy železa nebo ocele, v nichž jsou vyfrézované drážky, do kterých pod tlakem vháníme olej. Mazivo povrchy odděluje, takže na kapalině jakoby levitují,“ uvádí výzkumník Michal Michalec z Ústavu konstruování FSI.

Dnes se hydrostatická ložiska používají tam, kde je nutno dosáhnout přesného a zároveň plynulého pohybu. Může se tak jednat o malý soustruh, ale i obrovskou konstrukci typu divadelní točny či astronomických teleskopů. Hydrostatická ložiska se totiž vyznačují velice nízkým třením, a to i v malých rychlostech. Jsou-li zajištěny správné parametry jejich funkce, nedochází navíc k téměř žádnému nebo zcela nulovému opotřebení.  „Díky tomu je pohyb zařízení velmi plynulý – což je například u teleskopů zásadní, protože obsahují velmi přesná optická zařízení, kterým otřesy a vibrace nesvědčí. U obráběcích center zase oceňujeme vysokou tuhost, díky které máme přesnější obrábění,“ dodává Michalec.

Dvoumetrová verze ložiska v laboratoři Fakulty strojního inženýrství. Zdroj: Ústav konstruování Brno

Na strojní fakultě Vysokého učení technického v Brně je v laboratoři umístěno dvoumetrové experimentální ložisko, které výzkumníci zkonstruovali jako zmenšeninu ještě většího, dvacetimetrového. „Kdybyste chtěli takové zařízení na valivém uložení roztočit, je potřeba obrovské síly. Při využití hydrostatického ložiska stačí síly výrazně menší, protože zde je odpor generovaný pouze v kapalném filmu a u nízkých rychlostí může být součinitel tření až tisícinásobně nižší,“ vysvětluje Michalec.

Pro pohled do vesmíru

Na stejné technologii jsou založena i největší hydrostatická ložiska na světě, která se nacházejí v Evropské jižní observatoři v Chile. Tato soustava teleskopů a dalších zařízení, situovaná do odlehlé části jihoamerické pouště Atacama, zahrnuje mimo jiné čtveřici dalekohledů VLT (tzv. Very Large Telescopes neboli „velice velké dalekohledy“). Ty slouží k pozorování těch nejvzdálenějších objektů ve vesmíru. Nedaleko odtud, na hoře Cerro Armazones, pak roste největší dalekohled světa, který již nese označení ELT (Extremely Large Telescope).

Reklama
Reklama
Reklama

VLT se při pozorování vesmíru otáčejí právě na hydrostatických ložiscích o dvacetimetrovém průměru. Právě sem se na půl roku chystá doktorand tribologie Jan Foltýn. „Zapojím se do inženýrského týmu, který je zodpovědný za provoz hydrostatického ložiska teleskopu. Jsem na tu zkušenost upřímně zvědavý, protože to jsou největší ložiska, která se v tuto chvíli na světě nachází. Problémy, které se jich mohou týkat, známe jen z modelových situací. Teď se s nimi přímo setkám,“ říká Foltýn, kterého k oboru přivedla touha podílet se na konstrukci velkých strojů. „Vždycky mě to lákalo: těžební zařízení, stroje, teleskopy. VLT váží řádově stovky tun, takže ložisko je opravdu velice zatížené,“ dodává.

Maximální rozměry s maximální přesností

Provoz takto rozměrných ložisek nicméně komplikuje fakt, že je prakticky nemožné vyrobit je a sestavit z jednoho kusu. Kromě přesnosti samotné výroby je nutné řešit i ustavování – ložisko musí být usazeno v dokonalé rovině, kdy se odchylka může pohybovat nejvýše v řádu několika setin. Ložiska musí přitom fungovat stejně spolehlivě i v případě, že se změní zatížení.

„Hydrostatické ložisko na to musí být schopné reagovat, což ta běžná neumí. Proto se snažíme jej navrhnout tak, aby se dokázalo přizpůsobovat právě třeba změnám zatížení. Jedná se o senzory a úpravy hydrauliky, které dokážou na takovou situaci reagovat změnou průtoku maziva, respektive úpravou tloušťky mazacího filmu,“ doplňuje Foltýn. Pro představu lze doplnit, že u zmíněného největšího teleskopu světa ELT bude využíváno ložisko o průměru 50 metrů, kdy se tloušťka mazivového filmu pohybuje okolo 50 mikrometrů.

Zleva Jan Foltýn a Michal Michalec. Zdroj: FSI VUT v Brně, foto Iveta Hovorková

Teleskopy jsou nicméně jen jedním z možných využití. Tyto technologie mají význam i pro tradiční průmyslové firmy, mohou být osazeny například ve velkých obráběcích strojích. „Obecně se zabýváme zlepšováním těchto ložisek z hlediska efektivity, bezpečnosti a přesnosti. Už se nám podařilo na základě parametrické studie zjistit, jak ložisko navrhnout, aby bylo ještě efektivnější. Zjistili jsme, že když změníme tvar, dokážeme snížit energetickou náročnost zhruba o dvacet procent. Což už není malá úspora,“ říká Michalec a dodává, že ve výzkumu chtějí dále pokračovat, ideálně i ve spolupráci s firmami z oboru.


Zpracováno redakcí podle tiskové zprávy Vysokého učení technického v Brně.

Související články
MSV 2023: VUT v Brně vyvíjí virtuální showroom

Stánek Vysokého učení technického v Brně na letošním strojírenském veletrhu prezentoval řadu zajímavých projektů. Kromě ultralehkého letounu TL-5000 Sparker od královéhradecké firmy TL-Ultralight, na jehož vývoji spolupracovali odborníci z Leteckého ústavu Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně a který získal Zlatou medaili MSV, tu tým vývojářů z Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky téže fakulty představil takzvaný virtuální showroom.

FSI VUT v Brně povede letec

Akademický senát Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně zvolil na svém zasedání 25. listopadu 2021 kandidáta na děkana pro funkční období od února 2022 do konce ledna 2026. Tím je stávající proděkan FSI docent Jiří Hlinka z Leteckého ústavu. Hlinka byl jediným kandidátem, získal 26 hlasů od 32 přítomných senátorů. Zvoleného kandidáta na děkana ještě musí do funkce jmenovat rektor školy.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Čeští strojaři mezi nejlepšími

Ocenění Českých 100 se vyhlašuje více než čtvrtstoletí, a přesto doposud strojaři neměli svoji kategorii. Letos tomu bylo jinak a to díky iniciativě Pavla Diviše ze společnosti TGS. Mezi laureáty se z oboru poprvé v historii zařadily společnosti Iteco, MSR Engines, Roka Industry, TOS Varnsdorf a Walmag Magnetics. Zástupci firem převzali na konci listopadu ve Španělském sále Pražského hradu ocenění. 

Technologické trendy 2021 #9 DEI tech – diverzita, rovnost, inkluze

Transformace stávajících technologií a vznik nových je tak rozsáhlý a rychlý, že ten, kdo chce držet krok a sledovat veškeré změny, se stává v podstatě celoživotním lovcem nových objevů a poznání. Technologický pokrok jde ruku v ruce s růstem ekonomickým a v některých případech stojí za průlomovými změnami. Společnost Deloitte každoročně připravuje studii Deloitte Tech Trends. Nejinak tomu je i letos. Dnes se zabýváme devátým, již závěrečným trenden, který spadá do oblasti Human Research.

Ocenění za design pro výkonné čtyřosé roboty

Jedním z letošních vítězů designové soutěže Red Dot Design Award 2021 v kategorii Product Design se stala řada průmyslových robotů Stäubli TS2. Tyto roboty se tak kromě vysokého výkonu, přesnosti a spolehlivosti nyní mohou pochlubit i oceněním za design.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit