Комбинация гидродинамического подшипника с валом

 

Использование в различных отраслях промышленности, в частности в опорах для небольших высокоскоростных слабонагруженных охлаждающих вентиляторов. Сущность: комбинация гидродинамического подшипника с валом содержит корпус, вал с опорным цилиндрическим участком и смонтированный в наружной корпусной обойме подшипниковый вкладыш скольжения. Вал снабжен, по меньшей мере, одним установленным на упомянутом опорном участке с возможностью их совместного вращения гребнем. Подшипниковый вкладыш выполнен в виде расположенных по окружности самоустанавливающихся сегментов с входными, выходными и окружными кромками поддерживающих их опорных ножей и соединенных с ними кольцевого основания с посадочной поверхностью. Часть сегментов выполнена с рабочей поверхностью для поддержания вала, другая часть - с рабочей поверхностью для поддержания гребня. Самоустанавливающиеся сегменты для гребня выполнены на его рабочей поверхности с кольцеобразными канавками, профиль которых идентичен профилю гребня. Опорные ножки для этих сегментов размещены вдоль оси вращения для обеспечения возможности установки самоустанавливающихся сегментов на гребень. Опорные ножки достаточно упруги, чтобы обеспечить установку сегментов на гребне. Подшипник обеспечивает как радиальное, так и осевое поддержание вала. Подшипник предпочтительно изготавливают из пластмассы методом литьевого формования или методом прямого прессования. 8 з.п. ф-лы, 70 ил.

Изобретение относится к машиностроению для опорных узлов механизмов.

Известна комбинация гидродинамического подшипника с валом, содержащая корпус, вал с опорным цилиндрическим участком и смонтированный в наружной корпусной обойме подшипниковый вкладыш скольжения [1] Недостатком известного узла являются пониженные эксплуатационные характеристики за счет неспособности конструкции компенсировать несоосность цапфы вала.

Техническим результатом изобретения является повышение универсальности устройства путем повышения динамической гибкости комбинации подшипника с валом и улучшения ее технологических свойств.

Это достигается тем, что в комбинации гидродинамического подшипника с валом, содержащей вал с опорным цилиндрическим участком и смонтированный в наружной корпусной обойме подшипниковый вкладыш скольжения, вал снабжен по меньшей мере одним установленным на упомянутом опорном участке с возможностью их совместного вращения гребнем, подшипниковый вкладыш выполнен в виде расположенных по окружности самоустанавливающихся сегментов с входными, выходными и окружными кромками, часть из которых выполнена с рабочей поверхностью для поддержания вала, другая часть с рабочей поверхностью для поддержания гребня, поддерживающих их опорных ножек и соединенных с ними кольцевого основания с посадочной поверхностью, при этом самоустанавливающиеся сегменты для гребня выполнены на его рабочей поверхности с кольцеобразными канавками, профиль которых идентичен профилю гребня, а их опорные ножки размещены вдоль оси вращения для обеспечения возможности установки самоустанавливающихся сегментов на гребень.

Кроме того, самоустанавливающиеся сегменты для вала могут быть выполнены с цилиндрическими рабочими поверхностями, образующие которых параллельны оси вращения подшипника.

Гидродинамический подшипник может быть выполнен из пластмассы. Гидродинамический подшипник может быть выполнен посредством литьевого формования. Самоустанавливающиеся сегменты, опорные ножки и кольцевое основание могут быть выполнены из одной заготовки. Размещенная вдоль оси вращения опорная ножка может быть расположена со стороны одной из двух окружных кромок самоустанавливающегося сегмента. Гребень вала может быть выполнен с цилиндрической и перпендикулярно расположенными к поверхностям опорного цилиндрического участка вала торцовыми поверхностями. Гребень может быть выполнен с по меньшей мере одним участком с конической поверхностью. Опорные ножки, поддерживающие самоустанавливающиеся сегменты для вала, могут быть расположены вдоль оси вала.

На фиг. 1 представлена комбинация гидродинамического подшипника с валом, продольный разрез; на фиг. 2 вид сбоку по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 4 последовательность сборки элементов комбинации; на фиг. 5 модификация гребня и охватывающего его сегмента; на фиг. 6 - модификация комбинации гидродинамического подшипника с валом; на фиг. 7 вид сбоку по С-С на фиг. 6; на фиг. 8 вид на рабочую поверхность сегмента для поддержания гребня вала; на фиг. 9 представлен герметизированный гидродинамический подшипник с радиальным подшипниковым вкладышем RB в продольном сечении; на фиг. 10 показана в продольном сечении часть герметично закрытого корпуса в сборе с использованием феррожидкостного уплотнения; на фиг. 11 поперечное сечение радиального подшипникового вкладыша согласно одному из вариантов исполнения устройства гидродинамического подшипника; на фиг. 12 представлен самоустанавливающийся сегмент подшипникового вкладыша на фиг. 11; на фиг. 13 модификация подшипникового вкладыша на фиг. 11; на фиг. 14 вид на отдельный самоустанавливающийся сегмент подшипникового вкладыша на фиг. 13; на фиг. 15 вид на отдельный модифицированный самоустанавливающийся сегмент на фиг. 14; на фиг. 16 вид на отдельный модифицированный самоустанавливающийся сегмент на фиг. 15; на фиг. 17 продольное сечение герметизированного гидродинамического подшипника с модифицированным подшипниковым вкладышем на фиг. 15; на фиг. 18 поперечное сечение радиального подшипникового вкладыша второму варианту исполнения гидродинамического подшипника; на фиг. 19 представлен вид с торца модифицированного подшипникового вкладыша на фиг. 18; на фиг. 20 - продольно-радиальное сечение опорного сегмента А-А по фиг. 19; на фиг. 21 - продольное сечение герметизированного гидродинамического подшипника в сборе с модифицированным подшипниковым вкладышем на фиг. 19; на фиг. 22 представлен радиально-упорный подшипник с радиальным подшипниковым вкладышем на фиг. 18 согласно второму варианту устройства; на фиг. 23 продольное сечение В-В радиально-упорного подшипникового вкладыша на фиг. 22; на фиг. 24 представлена аксонометрия радиального подшипникового вкладыша согласно третьему варианту исполнения устройства герметизированного опорного узла; на фиг. 25 вид с торца радиального подшипникового вкладыша на фиг. 24; на фиг. 26 - продольно-радиальное сечение С-С на фиг. 25; на фиг. 27 продольное сечение герметизированного гидродинамического подшипника согласно его третьему варианту устройства; на фиг. 28 вид с торца радиального подшипникового вкладыша на фиг. 24 с использованием пористого пластика; на фиг. 29 представлен вид с торца радиального подшипникового вкладыша согласно четвертому варианту исполнения устройства герметизированного гидродинамического подшипника; на фиг. 30 радиально-продольное сечение Д-Д на фиг. 29; на фиг. 31 радиально-продольное сечение Е-Е на фиг. 29; на фиг. 32 продольное сечение герметизированного гидродинамического подшипника с подшипниковым вкладышем на фиг. 29; на фиг. 33 вид с торца модифицированного радиального подшипникового вкладыша согласно четвертому варианту исполнения устройства герметизированного гидродинамического подшипника; на фиг. 34 представлен вид А-А на часть наружной поверхности радиального подшипникового вкладыша на фиг. 33; на фиг. 35 продольное сечение Б-Б на фиг. 33; на фиг. 36 В-В на фиг. 33; на фиг. 37 Д-Д на фиг. 33; на фиг. 38 вид с торца радиально-упорного подшипникового вкладыша на фиг. 38 с радиально-упорной рабочей поверхностью; на фиг. 39 радиально-продольное сечение И-И на фиг. 38; на фиг. 40 радиально-продольное сечение Е-Е на фиг. 38; на фиг. 41 - продольное сечение герметизированного гидродинамического подшипника с радиально-упорным подшипниковым вкладышем на фиг. 38; на фиг. 42 вид с торца на радиально-упорный модифицированный подшипниковый вкладыш; на фиг. 43 - радиально-продольное сечение М-М на фиг. 42; на фиг. 44 представлена модификация размещения радиально-упорного подшипникового вкладыша на фиг. 42; на фиг. 45 вид с торца на радиально-упорный подшипниковый вкладыш на фиг. 42 с использованием пористого пластика; на фиг. 46 радиально-продольное сечение И-И радиально-упорного подшипникового вкладыша на фиг. 45; на фиг. 47 вид со стороны рабочей поверхности на упорный подшипниковый вкладыш согласно пятому варианту исполнения устройства герметизированного гидродинамического подшипника; на фиг. 48 продольное сечение Т-Т упорного подшипникового вкладыша на фиг. 47; на фиг. 49 показано продольное сечение герметизированного гидродинамического подшипника с упорными подшипниковыми вкладышами на фиг. 48; на фиг. 50 аксонометрия упорного самоустанавливающегося сегмента для упорного подшипникового вкладыша на фиг. 47; на фиг. 51 вид со стороны посадочной поверхности на упорный подшипниковый вкладыш на фиг. 48; на фиг. 52 представлена модификация упорного подшипникового вкладыша на фиг. 48; вид на рабочие поверхности сегментов; на фиг. 53 продольное сечение Л-Л на фиг. 52; на фиг. 54 аксонометрия упорного самоустанавливающегося сегмента для упорного подшипникового вкладыша на фиг. 52; на фиг. 55 вид со стороны посадочной поверхности на упорный подшипниковый вкладыш на фиг. 53; на фиг. 56 модификация упорного вкладыша на фиг. 53, вид со стороны посадочной поверхности; на фиг. 57 модификация упорного подшипникового вкладыша на фиг. 47, 48, продольное сечение; на фиг. 58 продольное сечение герметизированного гидродинамического подшипника с упорным подшипниковым вкладышем на фиг. 57; на фиг. 59 модификация упорного подшипникового вкладыша на фиг. 47; на фиг. 60 модификация упорного подшипникового вкладыша на фиг. 47; продольное сечение 0-0 на фиг. 61; на фиг. 61 представлены в каждом секторе, ограниченном пунктирными линиями, модификации упорных подшипниковых вкладышей на фиг. 60, поперечное сечение О-О на фиг. 60; на фиг. 62 модификация упорного подшипникового вкладыша на фиг. 47; продольное сечение Y-Y на фиг. 63; на фиг. 63 представлены в каждом секторе, ограниченном пунктирными линиями, модификации упорных подшипниковых вкладышей на фиг. 47, поперечное сечение Х-Х на фиг. 62; на фиг. 64 модификация упорного подшипникового вкладыша, сходного с упорным подшипниковым вкладышем на фиг. 62, поперечное сечение К-К на фиг. 65; на фиг. 65 вид по В на фиг. 64; на фиг. 66 модификация упорного подшипникового вкладыша, сходного с упорным подшипниковым вкладышем на фиг. 64, поперечное сечение F-F на фиг. 70; на фиг. 67 вид по С на фиг. 66; на фиг. 68 продольное сечение герметизированного гидродинамического подшипника с упорным подшипниковым вкладышем на фиг. 64 или на фиг. 66; на фиг. 69 представлен радиальный подшипниковый вкладыш согласно шестому варианту исполнения устройства герметизированного гидродинамического подшипника, адаптированный для монтажа на валу; на фиг. 70 модификация радиального подшипникового вкладыша на фиг. 69, адаптированного для монтажа на валу.

Комбинация гидродинамического подшипника с валом (фиг. 1, 6) содержит вал с опорным цилиндрическим участком 5, на котором установлен с возможностью совместного вращения по меньшей мере один гребень 5R и смонтированный в наружном корпусном кольце 10 подшипниковый вкладыш 70 скольжения.

Гребень 5R может быть выполнен за одно целое с опорным цилиндрическим участком 5 вала, либо быть закрепленным на нем. Гребень 5R может быть выполнен с по меньшей мере одним участком с конической поверхностью (фиг. 4) или с цилиндрической и перпендикулярно расположенными к поверхности опорного цилиндрического участка 5 вала торцовыми поверхностями (фиг. 5). На фиг. 1, 4, 6 представлен гребень 5R с двумя симметрично расположенными участками с коническими поверхностями, а на фиг. 5 представлен гребень 5R с упорными торцовыми и цилиндрической поверхностями.

Подшипниковый вкладыш 70 скольжения может быть выполнен за одно целое с наружным корпусным кольцом 10 или заформован в корпусное кольцо 10 или просто установлен в упомянутом кольце 10.

Подшипниковый вкладыш 70 (фиг. 1) выполнен в виде расположенных по окружности самоустанавливающихся сегментов 72 и 75 с входными, выходными и окружными кромками, поддерживающих их опорных ножек 73 и 74 и соединенного с ними кольцевого основания 71 с посадочной поверхностью. Сегменты 72 выполнены для поддержания опорного цилиндрического участка 5 вала с цилиндрическими рабочими поверхностями, образующие которых параллельны оси вращения подшипника. Опорные ножки 74, поддерживающие самоустанавливающиеся сегменты 72 для вала, расположены вдоль оси вала.

Сегменты 75 (фиг. 1, 6) выполнены для поддержания гребня 5R и их опорные ножки 73 размещены вдоль оси вращения вала для обеспечения установки самоустанавливающихся сегментов 75 на гребень 5R. Каждая опорная ножка 73 расположена со стороны одной из двух окружных кромок каждого сегмента 75 (фиг. 6). На рабочей поверхности этих сегментов 75 выполнены кольцеобразные канавки 75G, профиль которых идентичен профилю гребня 5R (фиг. 8).

Основание 71 может быть снабжено прорезями или канавками (фиг. 6) для обеспечения радиальной гибкости.

Самоустанавливающиеся сегменты 72 с рабочей цилиндрической поверхностью поддерживаются консольными опорными ножками 74 и образуют гибкую радиальную опору. Получаемая гибкость достаточна для некоторых областей применения с низкими частотами вращения и малыми нагрузками.

Самоустанавливающиеся сегменты 75 через поверхности канавок 75G контактируют с поверхностями профильного гребня 5R, в результате чего сегменты 75 воспринимают как осевые, так и радиальные нагрузки на вал, т.е. самоустанавливающиеся сегменты 75 (фиг. 1, 6) образуют гибкую радиально-упорную опору.

Подшипниковый вкладыш 70 может быть выполнен в виде одной цельной детали, например, методом литьевого формования или методом прямого прессования. Подшипниковый вкладыш 70 может быть выполнен за одно целое с корпусом 10.

На фиг. 4 представлена последовательность сборки предлагаемого опорного узла. Подшипниковый вкладыш 70 перемещают по опорному цилиндрическому участку 5 вала до тех пор, пока сегменты 75 не войдут в контакты с гребнем 5R. После этого сегменты скользят по конической поверхности гребня, опорные ножки 73 изгибаются и обеспечивают сегментам радиальные перемещения до вершины гребня 5R. Достигнув поверхности гребня с наибольшим диаметром, сегменты 75 как бы "защелкиваются" на гребне 5R, обеспечивая установку подшипникового вкладыша 70 в требуемом точном положении.

На фиг. 6 показана модификация комбинации гидродинамического подшипника с валом. В данной конструкции продольные опорные ножки 74 выполнены за одно целое с основанием 71.

На фиг. 7 представлен вид сбоку на модификацию комбинации гидродинамического подшипника с валом. В этой модификации опорная ножка 73 смещена в окружном направлении в сторону выходной кромки, что обеспечивает отклонение под нагрузкой входной кромки сегмента 75 от гребня 5R.

Для комбинации гидродинамического подшипника с валом может быть использована любая из раскрытых в данном описании конструкций гидродинамического подшипника. Кроме того, комбинация гидродинамического подшипника с валом может быть использована в герметизированном опорном узле, в котором вращающаяся часть корпуса будет использована для установки гребня с рабочими поверхностями.

На фиг. 9, 10, 11, 17, 21, 27, 32, 41, 44, 49, 58, 68, представлены варианты исполнения герметизированных опорных узлов, в которых подшипниковый вкладыш содержит составной корпус 1 из наружного 2 корпусного и внутреннего 3 подвижного колец с торцовыми бортиками и размещенных между ними в зоне их торцов уплотнений 7 с возможностью образования замкнутой полости гидродинамического подшипника, заполняемой смазочной жидкостью 4. Торцовые бортики (фиг. 10) могут быть расположены на наружном 2 корпусном кольце и ориентированы радиально к внутреннему 3 подвижному кольцу или один из торцовых бортиков (фиг. 9) может быть расположен на наружном 2 корпусном кольце и ориентирован радиально к внутреннему кольцу 3, а второй торцовый бортик расположен на внутреннем кольце 3 и ориентирован к корпусному наружному кольцу 2.

На фиг. 10 показана часть конструкции герметизированного опорного блока с использованием феррожидкостной герметизации. Уплотнения 7 выполнены из расположенных на цилиндрических поверхностях торцовых бортиков магнитов и размещенной между упомянутыми магнитами и в зазоре между цилиндрическими поверхностями торцовых бортиков наружного и внутреннего колец ферромагнитной жидкости 4. Магнитное поле может быть образовано либо постоянными магнитами, либо электромагнитом. Полюса N и S магнита разнесены таким образом, что магнитное поле для позиционирования феррожидкости генерируется в районе зазора между подвижным и неподвижным участками корпуса 1. Кольцо феррожидкости под действием магнитного поля образует герметичный барьер, создающий возможность вращения подвижного участка корпуса относительно его неподвижного участка без утечки феррожидкости 4, находящейся внутри корпуса 1.

На фиг. 11 представлен один из вариантов исполнения подшипникового вкладыша, выполненного со стороны его рабочей поверхности со сквозными в продольном направлении продольно-радиальными прорезями 15, 17 и соединенными с ними продольно-радиальными 11 и продольно-тангенциальным прорезями 14 и 16, расположенными соответственно в теле корпуса 10 и ближе к зоне посадочной поверхности, с образованием самоустанавливающихся сегментов 12 с входными 25, выходными 27 и окружными 26 и 28 кромками, опирающихся на опорные ножки 18. Опорная ножка 18 расположена со смещением к выходной кромке 27 сегмента, что обеспечивает вращение вала только в одном направлении. При размещении опорной ножки симметрично относительно входной и выходной кромок сегмента обеспечивается реверсивность вала, т.е. подшипник является двунаправленным.

Степень деформации подшипникового вкладыша определяется длинами прорезей, выполненных во вкладыше.

Подшипниковый вкладыш, представленный на фиг. 11 и 12, может содержать пьезоэлектрические элементы, расположенные в несущих элементах или между несущими элементами и самоустанавливающимися сегментами. К каждому из пьезоэлектрических элементов присоединяют электрические провода (не показаны). Подводом тока к электрическим проводам управляют посредством системы управления, включающей центральный процессор, который управляет пьезоэлектрическими элементами в ответ на сигналы, получаемые от датчиков, контролирующих состояние гидродинамического клина.

На фиг. 13 и 14 представлен вариант исполнения подшипникового вкладыша, в котором со стороны посадочной поверхности корпуса 30 выполнена кольцевая канавка с образованием кольцевых опорных выступов. Самоустанавливающиеся сегменты 32 выполнены со стороны опорной поверхности (фиг. 14) со скосами с образованием опорной площадки 34 рs и в совокупности с упомянутой кольцевой канавкой на посадочной поверхности корпуса 30 подшипникового вкладыша опорные ножки из двух частей 34 и 36, 34а и 36а.

На фиг. 13 опорная площадка 34рS расположена со смещением к выходной кромке, что обеспечивает подшипнику однонаправленность.

На фиг. 15 и 16 показаны возможные модификации подшипникового вкладыша, представленного на фиг. 13.

Так, на фиг. 15 скосы на опорной поверхности сегмента 32 выполнены со всех четырех сторон с образованием опорной площадки 34pS. В совокупности с указанными скосами и кольцевой канавки со стороны посадочной поверхности подшипникового вкладыша часть опорной ножки представляет собой как бы цилиндрическую мембрану 34м. Мембрана действует как жидкостный демпфер.

На фиг. 16 показано получение части опорной ножки для сегмента 32 за счет выполнения прорезей по обе стороны от опорной площадки 34рs, причем прорези выполнены и в вертикальных составляющих опорной ножки.

На фиг. 17 показан подшипниковый вкладыш на фиг. 14 в герметизированном опорном узле.

Согласно второму варианту исполнения устройства подшипниковый вкладыш 41 (фиг. 18) гидродинамического подшипника может быть выполнен со сквозными в продольном направлении продольно-радиальными прорезями 31, сообщающимися с рабочей полостью 6 подшипника, и соединенными с ними продольно-тангенциальными прорезями 33, расположенными в зоне его посадочной поверхности 37 и симметрично относительно каждой продольно-радиальной прорези 31 со стороны рабочей поверхности с образованием опорных самоустанавливающихся сегментов 40 с входными и выходными кромками, а также со сквозными в продольном направлении продольно-радиальными прорезями 35 со стороны посадочной поверхности 37 подшипникового вкладыша и сообщающимися с ними и расположенными в теле опорных сегментов 40 продольно-тангенциальными прорезями 60, размещенными симметрично относительно каждой продольно-радиальной прорези со стороны посадочной поверхности 37 подшипникового вкладыша 41 с образованием консолей 42, 44 и соединяющих их с опорными сегментами 40 и с зоной посадочной поверхности опорных ножек 43, 45, 46, 48, обеспечивающих самоустановку опорных сегментов 40 по часовой стрелке или против часовой стрелки. Рабочая поверхность подшипникового вкладыша 41 выполнена цилиндрической, образующая которой параллельна оси вращения подшипника.

Радиальный подшипниковый вкладыш 41 (фиг. 21) смонтирован в наружном 2 неподвижном кольце корпуса 1, а рабочая цилиндрическая поверхность скольжения выполнена на внутреннем 3 подвижном кольце, смонтированном на валу 5. Продольно-тангенциальные прорези 60 в зоне посадочной поверхности 37 радиального подшипникового вкладыша 41 создают дополнительную гибкость для обеспечения изменения формы вкладыша и образования несущего смазочного слоя. В результате взаимодействия консолей 42, 44 и опорных ножек 43, 45, 46, 48 опорный сегмент 49 (фиг. 18) подобен пружинистой перегородке.

На фиг. 19 представлен радиальный подшипниковый вкладыш 630, являющийся модификацией вкладыша 41 (фиг. 18) и в котором выполнены дополнительные сквозные в продольном направлении продольно-радиальные прорези 39, часть из которых соединена с расположенными в его зоне посадочной поверхности основными продольно-тангенциальными прорезями 38 и ориентирована в сторону самоустанавливающихся сегментов 632, другая часть соединена с расположенными в теле опорных самоустанавливающихся сегментов основными продольно-тангенциальными прорезями 60 и ориентирована в сторону посадочной поверхности 37, а также соединенные между собой продольно-тангенциальные прорези 34, симметрично расположенные относительно основных продольно-радиальных прорезей 31, сообщающихся с рабочей полостью подшипника, и сопряженные с ними продольно-радиальные прорези 39, сообщающиеся с основными продольно-тангенциальными прорезями 33 в зоне посадочной поверхности 37. Посредством упомянутых основных и дополнительных прорезей образованы опорные самоустанавливающиеся сегменты 632, каждый из которых поддерживается консолями 640, 642 и 646 и опирается на опорные ножки 648, соединенные с посадочной зоной подшипникового вкладыша 630 и с консолями 646.

Консоли 640, 642, 644, 646 и опорные ножки 648 расположены по обе стороны от радиальной плоскости симметрии опорного самоустанавливающегося сегмента, что обеспечивает самоустановку опорных сегментов 632 по часовой стрелке или против часовой стрелки, т.е. подшипник является двунаправленным. В целом, каждый опорный самоустанавливающийся сегмент 632 поддерживается восемью консолями и двумя опорными ножками, что отличает подшипниковый вкладыш 630 от вкладыша 41 более высокими демпфирующими свойствами.

Для активного управления и регулирования формы рабочих поверхностей опорных самоустанавливающихся сегментов и возможности влияния на характеристики деформации структуры по меньшей мере в одной из продольно-тангенциальных прорезей радиального подшипникового вкладыша 41 (поз. 60 на фиг. 18) или вкладыша 630 размещают один или несколько пьезоэлектрических элементов 100. На фиг. 20 представлено продольное сечение опорного сегмента 632 (поз. 34, поз. 33) на фиг. 19 с указанием места расположения упомянутого элемента 100.

На фиг. 22 и 23 представлен комбинированный радиально-упорный подшипниковый вкладыш, радиальная часть которого раскрыта на фиг. 18. Упорная часть включает общую кольцеобразную платформу 110, которая может быть выполнена за одно целое с радиальным подшипниковым вкладышем 41 или отдельно, скрепленной любым известным способом с упомянутым вкладышем 41, и смонтированные со стороны ее торцов самоустанавливающиеся упорные сегменты 114, опирающиеся на опорные ножки 116 с упорными и опорными участками соответственно 118 и 120. Рабочие поверхности 112 упорных самоустанавливающихся сегментов 114 размещены в плоскости, перпендикулярной оси вращения подшипника. Радиальный подшипниковый вкладыш 41 и общая кольцеобразная платформа 110 установлены в неподвижной части корпуса. Корпус радиально-упорного подшипника загерметизирован уплотнениями из магнитов и ферромагнитной жидкости.

Согласно третьему варианту исполнения устройства опорного узла радиальный подшипниковый вкладыш 730 (фиг. 24, 25, 27) выполнен с равномерно расположенными по окружности в его теле продольно-сквозными выемками 731 и сообщающимися с ними продольно сквозными со стороны рабочей поверхности пазами 733, образующими опорные самоустанавливающиеся сегменты 732 с входной и выходной кромками, а также с расположенными между упомянутыми выемками со стороны его посадочной поверхности продольно-сквозными углублениями 735, образующими со стенками выемок 731 в зоне входной и выходной кромок опорные стойки 740 для опорных сегментов 732 и перемычки 742, соединяющие две смежные опорные стойки 740 двух соседних опорных сегментов 732. Со стороны посадочной поверхности 737 вкладыша перемычка 742 выполнена с опорным выступом 744. Рабочие поверхности опорных самоустанавливающихся сегментов 732 выполнены цилиндрическими, образующие которых параллельны оси 706 вращения подшипника (фиг. 25, 27).

На фиг. 28 представлен радиальный подшипниковый вкладыш 730, продольно-сквозные выемки 731 и сообщающиеся с ними продольно-сквозные пазы 733 которого заполнены пористым пластиком РР, пропитанным смазочной жидкостью. Подшипники с подобным вкладышем являются самосмазывающимися и используются в случае, когда нагрузки или скорости превышают способность несущего слоя. Во время вращения вала и сжатия деформирующихся вкладышей смазочная жидкость из пористого пластика РР поступает на входную кромку опорного сегмента 732. Рабочая жидкость проходит рабочую поверхность опорного сегмента и абсорбируется пористым пластиком со стороны выходной кромки.

Согласно четвертому варианту исполнения устройства опорного узла радиальный подшипниковый вкладыш 830 (фиг. 29, 30, 31) выполнен со стороны его рабочей поверхности 831 с продольно-сквозными радиальными пазами 836, образующими опорные сегменты 832 с входной и выходной кромками, с кольцевой канавкой 839 на его посадочной поверхности 833 для образования сплошных периферийных опорных кольцевых выступов 882, с симметрично и соосно расположенными на его торцах кольцевыми углублениями 834 и 835 с образованием опорных ножек 840 для самоустановки опорных сегментов и с отверстиями 837 и 838, расположенными со стороны его посадочной поверхности 833 между опорными кольцевыми выступами 882, часть 837 из которых размещена напротив радиальных продольно-сквозных прорезей 836, а другая 838 напротив опорных самоустанавливающихся сегментов 832 (фиг. 30 и фиг. 31).

Радиальный подшипниковый вкладыш 830 (фиг. 32) смонтирован в наружном корпусном кольце 2 корпуса 1, а рабочая поверхность скольжения выполнена на внутреннем подвижном кольце 3.

Отверстия 837 (фиг. 29) напротив продольно-сквозных радиальных пазов 836 выполнены длиной, обеспечивающей их пересечение с пазами 836, а отверстия 838 напротив опорных сегментов 832 выполнены длиной меньше длины отверстий 837 и смещены в тангенциальном направлении относительно радиальных плоскостей 806А симметрии опорных сегментов 832. Из-за наличия "скрытых" отверстий 837 и 838 конструкция радиального подшипникового вкладыша 830 не является экструдируемой и формуемой в простой разъемной изложнице.

На фиг. 33 представлен (вид с торца) радиальный подшипниковый вкладыш 930, являющийся модификацией вкладыша 830 и в котором в опорной ножке 940 каждого опорного сегмента 932 выполнено отверстие 942, продольная ось которого параллельна оси 906 вращения подшипника и расположена в радиальной плоскости симметрии опорного сегмента 932. В теле радиального подшипникового вкладыша 930 в зоне его торцовых кольцевых углублений 834 и 835 (фиг. 36) выполнены сообщающиеся с радиальными продольно-сквозными пазами 836 и аксиально и симметрично размещенные относительно них продольно-сквозные выемки 936. Со стороны посадочной поверхности 933 вкладыша 930 (фиг. 34, 35) между опорными кольцевыми выступами 982 в зоне напротив опорных самоустанавливающихся сегментов 932 выполнены отверстия 946 (фиг. 34, 35), продольные оси которых совпадают с радиальной плоскостью симметрии соответствующего опорного самоустанавливающегося сегмента 932, и отверстия 948 (фиг. 34, 37), расположенные несимметрично относительно радиальной плоскости симметрии опорного самоустанавливающегося сегмента 932. Напротив радиальных продольно-сквозных пазов 836 выполнены отверстия 944 (фиг. 34, 36). При этом отверстия 946 и 948 напротив опорных сегментов 932 выполнены диаметром меньше диаметра отверстий 944 напротив радиальных продольно-сквозных пазов 836.

Радиальный сегментный подшипник, представленный на фиг. 33, является однонаправленным. Благодаря наличию несимметрично расположенных отверстий 948 опорная структура самоустанавливающихся сегментов является более гибкой в направлении этих отверстий. Рабочие поверхности самоустанавливающихся опорных сегментов 932 выполнены цилиндрическими, образующие которых параллельны оси 906 вращения подшипника 6.

На фиг. 38, 39, 40 представлен подшипниковый вкладыш 1030, в котором рабочие поверхности самоустанавливающихся опорных сегментов 1032 выполнены наклонными к продольной оси вращения 906. Такое выполнение рабочих поверхностей опорных самоустанавливающихся сегментов 1032 обеспечивает подшипнику восприятие радиальных и осевых нагрузок. В остальном радиально-упорный подшипниковый вкладыш 1030 аналогичен вкладышу 932 на фиг. 33.

На фиг. 41 представлен герметизированный опорный узел в закрытом корпусе 1 с радиально-упорными подшипниковыми вкладышами TR по типу вкладышей 1030 на фиг. 38, опирающимися на дополнительный вкладыш В с коническими рабочими поверхностями 8 скольжения, смонтированный на радиальной подвижной втулке 3.

На фиг. 42 представлена модификация подшипникового вкладыша 1030, в котором опорные ножки 1034 расположены несимметрично относительно радиальной плоскости симметрии опорного самоустанавливающегося сегмента 1032. Подшипник с таким вкладышем является однонаправленным. На фиг. 43 показано продольно-радиальное сечение М-М на фиг. 42 самоустанавливающегося опорного сегмента 1032 с опорной ножкой 1040, опирающейся через консоли 1036 на кольцевые выступы 1038 со стороны посадочной поверхности вкладыша. По меньшей мере в одной из торцовых кольцевых углублений 1034 расположен пьезоэлектрический элемент 100 для возможности селективного регулирования характеристик деформации подшипника.

На фиг. 44 представлена модификация размещения радиально-упорного подшипникового вкладыша на фиг. 42 в герметизированном корпусе 1. Подшипниковый вкладыш 1032 смонтирован на боковой поверхности бортика наружного корпусного кольца 2, а рабочая коническая поверхность 8 скольжения выполнена на внутренней боковой поверхности бортика внутреннего подвижного кольца 1.

На фиг. 45 вид сбоку на радиально-упорный подшипниковый вкладыш на фиг. 42 с пористым пластиком; на фиг. 46 представлено продольно-радиальное сечение подшипникового вкладыша 1030, в котором продольно-сквозные, продольно-тангенциальные и радиально-продольные пазы и углубления со стороны его посадочной поверхности заполнены пористым пластиком РР, пропитанным смазочной жидкостью, что, как уже было отмечено, повышает рабочие характеристики подшипника.

Согласно пятому варианту исполнения устройства в герметизированном опорном узле используется упорный подшипниковый вкладыш 130 (фиг. 47, 48) в виде соосно расположенных вдоль оси вращения подшипника в продольном сечении упорных самоустанавливающихся сегментов 132 с входными и выходными кромками, рабочие поверхности которых размещены в плоскости, перпендикулярной оси вращения подшипника, поддерживающих сегменты опорных ножек 134 и соединенного с ними кольцеобразного основания 136. Кольцеобразное основание 136 со стороны его посадочной поверхности выполнено с концентрично расположенными кольцевыми выступами 138 и 139. Опорные ножки 134 выполнены дугообразными, т.к. образованы кольцевыми углублениями на цилиндрических поверхностях вкладыша 130. Каждый упорный самоустанавливающийся сегмент 132 по периферии имеет скошенную кромку 133.

На фиг. 49 представлено продольное сечение опорного подшипника, в корпусе 1 которого использованы упорные подшипниковые вкладыши 130, изображенные на фиг. 47, 48, смонтированные навстречу друг другу. Основания упорных подшипниковых вкладышей 130 закреплены в наружном корпусном кольце 2 на внутренних боковых поверхностях его бортиков. На внутреннем подвижном кольце 3 смонтирован упорный гребень 9 с упорными рабочими поверхностями упорных сегментов 132 подшипниковых вкладышей 130.

В зонах расположения входной и выходных кромок смежных упорных сегментов опорные ножки 134 и кольцеобразное основание 136 выполнены с равномерно расположенными по окружности продольными отверстиями 142 (фиг. 47), продольные оси которых параллельны продольной оси упорного подшипникового вкладыша 132. Опорные ножки 134 расположены со смещением в радиальном направлении к внешним кромкам упорных самоустанавливающихся сегментов 132 (фиг. 47), в результате чего внутренняя кромка этого сегмента прогибается вниз. Форма упорного сегмента и характеристики деформации могут изменяться и принудительно, например, посредством пьезоэлектрических элементов. Ориентация деформации упорного сегмента в значительной мере препятствует утечке смазочной жидкости. При симметричных относительно радиальных плоскостей симметрии рабочих поверхностей упорных сегментов подшипниковый вкладыш 130 является двунаправленным.

На фиг. 50 представлена аксонометрия упорного самоустанавливающегося сегмента 132 с указанием периферийной делительной линии ПДЛ и радиальной делительной линии РДЛ (линия симметрии), расположение которых относительно всех кромок сегмента определяет его характеристики. Опорные ножки могут быть выполнены параллельно продольной оси вращения подшипника (фиг. 48) или наклонными к плоскости основания в направлении к оси вращения подшипника (фиг. 53).

В упорном подшипниковом вкладыше на фиг. 52 и 53, в основании 136 и в опорных наклонных ножках 134 дополнительно выполнены продольные отверстия 144, образующие эллиптические прорези по их наружной поверхности, обеспечивающие повышенную гибкость опорной структуре упорного самоустанавливающегося сегмента 132.

На фиг. 56 представлена модификация подшипникового вкладыша 130, в котором в основании под каждым упорным самоустанавливающимся сегментом или под одним из них выполнены дополнительно отверстия 146, смещенные относительно радиальной плоскости симметрии упорного сегмента. Такое выполнение увеличивает податливость сегментов в необходимом направлении.

На фиг. 57 представлена модификация подшипникового вкладыша 130, в котором каждая параллельная продольной оси вращения подшипника опорная ножка 134 выполнена из двух продольных смещенных в радиальном направлении в продольном ее сечении относительно друг друга участков 133 и 135 и соединяющего их между собой вертикально ориентированного участка 137. На фиг. 58 показано размещение модифицированного подшипникового вкладыша, изображенного на фиг. 42 в корпусе 1 герметизированного опорного узла, в котором рабочая упорная поверхность скольжения для упорных сегментов 132 выполнена на внутренней поверхности бортика, соединенного с внутренним подвижным кольцом 3.

На фиг. 59 показана другая модификация упорного подшипникового вкладыша 130, в котором опорные ножки 134 выполнены наклонными к плоскости основания 36 в направлении к периферии сегмента и с горизонтально ориентированным участком 131, соединяющим наклонную часть ножки с упорным сегментом 132. В указанных модификациях на фиг. 57 и 59 в щелях, образованных горизонтальными торцами ножек 134 и опорными поверхностями сегментов, могут быть смонтированы пьезоэлектрические элементы 100 для возможности, как было указано ранее, влияния на характеристики деформации опорной структуры подшипника.

На фиг. 60 показана в продольном ее разрезе модификация подшипникового вкладыша, в котором опорные ножки 320 со стороны посадочной поверхности 341 вкладыша 340 выполнены с кольцевой продольной выемкой 345 для образования в каждой ножке двух опорных элементов 344 и 346, соединенных соответственно с наружным и внутренним кольцевыми выступами 380 и 382 основания, и поперечное сечение которой выполнено в виде клина с размещением его вершины на опорной поверхности 342 опорного сегмента 321. Внешние поверхности упомянутых опорных элементов 344 и 346, образующих опорную ножку 320, выполнены наклонными к основанию и друг к другу. Изменение степени наклона опорных элементов, составляющих опорную ножку, влияет на характеристики деформации подшипника. В данной модификации вкладыша обеспечивается шарнирное вращение упорного самоустанавливающегося сегмента вокруг точки 350 над рабочей поверхностью самоустанавливающегося упорного сегмента 321 благодаря тому, что средние центровые линии наклонных опорных элементов опорной ножки пересекаются в точке 350. Такое выполнение обеспечивает правильную деформацию сегмента.

На фиг. 61 представлено поперечное сечение О-О на фиг. 60, иллюстрирующее модификации выполнения опорных структур упорных самоустанавливающихся сегментов посредством выполнения и расположения в опорных элементах опорных ножек продольных отверстий.

Во внутреннем опорном элементе 346 опорной ножки 320 для упорного самоустанавливающегося сегмента 322 выполнено продольное отверстие 422, образующее вместо одного внутреннего опорного элемента два: 346а и 346в, т.е. в таком исполнении упорный самоустанавливающийся сегмент 322 поддерживается тремя наклонными опорными элементами 344, 346а и 346в. Образовать аналогичные три наклонных опорных элемента, например, для упорного сегмента 324 возможно при выполнении продольного отверстия 424 в в наружном опорном элементе 344. Далее, в опорной ножке 320 для упорного самоустанавливающегося сегмента 323 выполнено продольное отверстие 423, проходящее через оба опорных элемента 344 и 346 и образующее четыре опорных элемента: 344а, 344в, 346а и 346в.

Для деформирования упорного самоустанавливающегося сегмента, например, 325 в заданном направлении в наружном кольцевом выступе 380 основания выполняют продольное отверстие 425 с несимметричным его расположением относительно входной и выходной кромок сегмента 325. Деформирование в заданном направлении упорного сегмента, например 326, возможно осуществить выполнением продольного отверстия 426, проходящего через оба опорных элемента 344 и 346 опорной ножки 320, с несимметричным его расположением относительно входной и выходной кромок этого сегмента 326.

Таким образом описываемые выше средства для изменения опорных структур упорных самоустанавливающихся сегментов позволяют достичь требуемых эксплуатационных характеристик.

На фиг. 62 представлена в продольном ее разрезе модификация подшипникового упорного вкладыша, в котором опорные ножки 540 со стороны посадочной поверхности 340 подшипникового вкладыша 520 выполнены с кольцевой продольной выемкой 545 для образования в каждой ножке 540 двух опорных элементов 544 и 546, соединенных соответственно с наружным и внутренним кольцевыми выступами 380 и 382 основания, поперечное сечение которой выполнено в виде прямоугольника. Опорные элементы 544 и 546, образующие опорную ножку, параллельны между собой и продольной оси вкладыша.

На фиг. 63 представлено поперечное сечение Х-Х на фиг. 62 подшипникового вкладыша 520, иллюстрирующее модификации выполнения опорных структур упорных самоустанавливающихся сегментов посредством выполнения и расположения в опорных элементах 544 и 546 опорных ножек 540 продольных отверстий.

Во внутреннем опорном элементе 546 опорной ножки 540, например, для упорного самоустанавливающегося сегмента 522 выполнено продольное отверстие 622, образующее вместо одного внутреннего опорного элемента два: 546а и 546в, т.е. в таком исполнении упорный самоустанавливающийся сегмент 522 поддерживается тремя опорными элементами 544, 546а и 546в.

Образовать аналогичных три опорных элемента, например, для упорного самоустанавливающегося сегмента 526 возможно при выполнении продольного отверстия 626 в наружном опорном элементе 544.

В опорной ножке 540, например, для упорного самоустанавливающегося сегмента 523 выполнено продольное отверстие 623, проходящее через оба опорных элемента 544 и 546 и образующее четыре опорных элемента: 544а, 544в, 546а и 546в. В опорной ножке 540, например, для упорного самоустанавливающегося сегмента 524 выполнены три продольных отверстия 624, одно из которых расположено во внутреннем опорном элементе 546, а два других в наружном опорном элементе 544. В результате этого упорный сегмент 524 поддерживается пятью относительно тонкими опорными элементами.

Для деформирования в заданном направлении, например, упорного самоустанавливающегося сегмента 525 в его опорной ножке выполняют два отверстия 625 и 635, одно из которых 625 расположено во внутреннем опорном элементе 546, и его продольная ось совпадает с радиальной плоскостью симметрии упорного сегмента 525, а второе 635 в наружном опорном элементе 544 со смещением относительно радиальной плоскости симметрии сегмента в направлении к одной из его радиальных кромок.

Таким образом, как уже было отмечено выше, путем изменения опорных структур в упорных самоустанавливающихся сегментах обеспечивается достижение требуемых эксплуатационных характеристик.

На фиг. 64 представлена модификация упорного подшипникового вкладыша 1520 с упорными самоустанавливающимися сегментами 1521, сходного с подшипниковым вкладышем 520 на фиг. 62. Различие состоит в том, что опорные элементы 1544 и 1546 опорных ножек для упорных сегментов выполнены с меньшими шириной и длиной в продольном сечении и отверстие 1620 (фиг. 67) с большим диаметром по сравнению с аналогичными элементами подшипникового вкладыша 520 на фиг. 62. Кроме того, опорный элемент 1544 уже, чем опорный элемент 1546, в то время как на фиг. 62 аналогичные элементы выполнены одинаковой ширины.

На фиг. 68 представлена иллюстрация герметизированного опорного узла с упорным подшипниковым вкладышем на фиг. 64, в корпусе 1 которого на его корпусном кольце 2 прикреплены опорные ножки 380 и 382, а упорные подшипниковые вкладыши 1521 адаптированы поддерживать вращающуюся поверхность подвижного кольца 3.

Согласно шестому варианту исполнения устройства герметизированного опорного узла радиальный подшипниковый вкладыш 130 (фиг. 69) смонтирован на внутреннем подвижном кольце корпуса, а рабочая поверхность скольжения для этого вкладыша выполняется на наружном корпусном кольце. Выполнение корпуса и его герметизация уплотнениями из магнитов и ферромагнитной жидкости аналогична фиг. 1 и 2. Рабочие поверхности подшипникового вкладыша выполнены цилиндрическими, образующие которых параллельны оси вращения подшипника. Подшипниковый вкладыш 130 выполнен в виде равномерно расположенных самоустанавливающихся опорных сегментов 131, поддерживающих опорные самоустанавливающиеся сегменты 131 опорных ножек 132, опирающихся на гибкую опорную перемычку 133, образованную кольцевым углублением, выполненным со стороны посадочной поверхности вкладыша 130.

На фиг. 69 каждая опорная ножка 132 расположена относительно радиальной плоскости симметрии опорного сегмента со смещением к зоне его входной кромки и выполнена из двух радиальных смещенных относительно друг друга в окружном направлении в поперечном ее сечении участков и соединяющего их между собой тангенциально ориентированного участка.

На фиг. 70 представлена модификация радиального подшипникового вкладыша 130 для двунаправленной опоры, в котором каждая опорная ножка выполнена из двух симметрично расположенных относительно радиальной плоскости симметрии самоустанавливающегося опорного сегмента 131 и под углом к ней и к друг другу опорных элементов 132д и 132е. На посадочной поверхности радиального подшипникового вкладыша 130 напротив зон опорных сегментов выполнены ножки 134.

Герметизированные гидродинамические подшипники согласно настоящему изобретению обладают высокими эксплуатационными характеристиками без жестких производственных допусков, имеют встроенную демпфирующую систему, предпочтительно являются монолитной или неразъемной конструкцией для объемного экономического производства.

Формула изобретения

1. Комбинация гидродинамического подшипника с валом, содержащая вал с опорным цилиндрическим участком и смонтированный в наружной корпусной обойме подшипниковый вкладыш скольжения, отличающаяся тем, что вал снабжен по меньшей мере одним установленным на упомянутом опорном участке с возможностью их совместного вращения гребнем, подшипниковый вкладыш выполнен в виде расположенных по окружности самоустанавливающихся сегментов с входными, выходными и окружными кромками, часть из которых выполнена с рабочей поверхностью для поддержания вала, другая часть с рабочей поверхностью для поддержания гребня, поддерживающих их опорных ножек и соединенного с ними кольцевого основания с посадочной поверхностью, при этом, самоустанавливающиеся сегменты для гребня выполнены на его рабочей поверхности с кольцеобразными канавками, профиль которых идентичен профилю гребня, а их опорные ножки размещены вдоль оси вращения для обеспечения возможности установки самоустанавливающихся сегментов на гребень.

2. Комбинация по п.1, отличающаяся тем, что самоустанавливающиеся сегменты для вала выполнены с цилиндрическими рабочими поверхностями, образующие которых параллельны оси вращения подшипника.

3. Комбинация по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что гидродинамический подшипник выполнен из пластмассы.

4. Комбинация по пп.1 3, отличающаяся тем, что гидродинамический подшипник выполнен посредством литьевого формования.

5. Комбинация по пп. 1 4, отличающаяся тем, что самоустанавливающиеся сегменты, опорные ножки и кольцевое основание выполнены из одной заготовки.

6. Комбинация по пп. 1 5, отличающаяся тем, что размещенная вдоль оси вращения опорная ножка расположена со стороны одной из двух окружных кромок самоустанавливающегося сегмента.

7. Комбинация по пп.1 6, отличающаяся тем, что гребень вала выполнен с цилиндрической и перпендикулярно расположенными к поверхности опорного цилиндрического участка вала торцевыми поверхностями.

8. Комбинация по пп.1 6, отличающаяся тем, что гребень выполнен с по меньшей мере одним участком с конической поверхностью.

9. Комбинация по пп.1 8, отличающаяся тем, что опорные ножки, поддерживающие самоустанавливающиеся сегменты для вала, расположены вдоль оси вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52, Рисунок 53, Рисунок 54, Рисунок 55, Рисунок 56, Рисунок 57, Рисунок 58, Рисунок 59, Рисунок 60, Рисунок 61, Рисунок 62, Рисунок 63, Рисунок 64, Рисунок 65, Рисунок 66, Рисунок 67, Рисунок 68, Рисунок 69, Рисунок 70