Гидростатический подшипник
Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в качестве опорных элементов шпиндельных узлов металлорежущих станков и другого оборудования при использовании в качестве рабочих сред не только жидкостей, но и газов. Гидростатический подшипник содержит корпус с радиальным каналом, сообщенным с источником нагнетания смазки, вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом и образующую с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор. В средней плоскости подшипника с внешней стороны втулки выполнен кольцевой канал, сообщенный с источником нагнетания смазки. Внешняя цилиндрическая поверхность втулки имеет по обоим концам кольцевые выступы и образует с корпусом ступенчатый дросселирующий зазор. Между корпусом и валом и между торцевыми поверхностями втулки и корпусом образованы щелевые дросселирующие зазоры. В средней части подвижной втулки между кольцевым каналом и щелевым дросселирующим зазором, разделяющим вал и подвижную втулку, выполнен щелевой зазор, являющийся демпфирующим дросселем, а щелевые дросселирующие зазоры между поверхностями подвижной втулки и корпуса, сопряженными с поверхностью вала, образуют дросселирующую щель ступенчатой формы. Технический результат - снижение потерь мощности на нагнетание смазки в подшипнике при сохранении возможности получения малой положительной, нулевой и отрицательной податливости, а также сохранении вращения втулки за счет действия сил вязкого трения. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков и другого оборудования с быстровращающимися роторами при применении в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.
Известен гидростатический подшипник, содержащий корпус, вращающийся вал и подвижную втулку, находящуюся в полости, расположенной между корпусом и валом. На поверхностях корпуса и вала, образующих со втулкой дросселирующие щелевые зазоры, выполнены несущие карманы, в которые через дросселирующие каналы вала и корпуса нагнетается смазка. Вращение от вала может передаваться втулке за счет сил вязкого трения в смазке, благодаря чему снижаются затраты мощности на вращение вала (патент США 4381126, кл. F 16 С 32/06,1983 г.).
Недостатком подшипника является увеличенная положительная податливость, так как нагрузка воспринимается двумя последовательно расположенными несущими слоями с пассивной компенсацией расхода смазки, а также большой расход смазки.
Известен гидростатический подшипник, содержащий корпус с радиальным каналом, сообщенным с источником нагнетания смазки, вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом и образующую с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор, в средней плоскости подшипника с внешней и внутренней стороны втулки выполнены кольцевые каналы, сообщенные между собой и с источником нагнетания смазки, на внешней цилиндрической поверхности втулки выполнены по обоим концам кольцевые выступы, образующие между корпусом и втулкой ступенчатый дросселирующий зазор, между корпусом и валом образованы осевые дросселирующие зазоры, а между торцевыми поверхностями втулки и корпусом - радиальные щелевые дросселирующие зазоры, в месте воображаемого пересечения которых со ступенчатым зазором образованы дренажные кольцевые полости (патент РФ №2208723, кл. F 16 С 32/06, опубл. 20 июля 2003 г.).
Недостатком подшипника является увеличенный расход смазки за счет ее слива через дренажные кольцевые полости, что приводит к значительному увеличению потерь мощности на нагнетание смазки.
Задачей изобретения является снижение потерь мощности на нагнетание смазки в подшипнике при сохранении возможности получения малой положительной, нулевой и отрицательной податливости, а также сохранении вращения втулки за счет действия сил вязкого трения.
Поставленная задача достигается тем, что в гидростатическом подшипнике, содержащем корпус с радиальным каналом, сообщенным с источником нагнетания смазки, вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом и образующую с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор, в средней плоскости подшипника с внешней стороны втулки выполнен кольцевой канал, сообщенный с источником нагнетания смазки, внешняя цилиндрическая поверхность втулки имеет по обоим концам кольцевые выступы и образует с корпусом ступенчатый дросселирующий зазор, между корпусом и валом и между торцевыми поверхностями втулки и корпусом образованы щелевые дросселирующие зазоры, согласно изобретению в средней части подвижной втулки между кольцевым каналом и щелевым дросселирующим зазором, разделяющим вал и подвижную втулку, выполнен щелевой зазор, являющийся демпфирующим дросселем, а щелевые дросселирующие зазоры между поверхностями подвижной втулки и корпуса, сопряженными с поверхностью вала, образуют дросселирующую щель ступенчатой формы.
Отсутствие дренажных кольцевых полостей изменяет схему течения потоков смазки в подшипнике и позволяет значительно снизить ее расход и затраты мощности на нагнетание. Щелевой дросселирующий зазор в средней части подвижной втулки позволяет обеспечить малую положительную, нулевую и отрицательную податливость за счет активной компенсации расхода смазки в несущем слое при радиальном перемещении подвижной втулки, а также улучшает динамические характеристики подшипника, что особенно актуально при использовании газовой смазки.
На фиг.1 показан продольный разрез подшипника; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Подшипник состоит из корпуса 1 с выполненным в нем радиальным каналом 2, предназначенным для подвода рабочей жидкости от источника нагнетания смазки (на чертеже не показан), вала 3 и подвижной втулки 4, расположенной в полости между корпусом 1 и валом 3 и образующей с поверхностью вала 3 щелевой дросселирующий зазор 5, в средней плоскости подшипника с внешней стороны втулки выполнен кольцевой канал 6, способствующий равномерному распределению смазки, на внешней цилиндрической поверхности подвижной втулки 4 симметрично по длине втулки выполнены по обоим концам кольцевые выступы 7, образующие с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 щелевые дросселирующие зазоры 8, а щелевые дросселирующие зазоры 5 и 8, расположенные между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью подвижной втулки 4, образуют ступенчатый дросселирующий зазор (или, иными словами, дросселирующую щель ступенчатой формы), между сопряженными с поверхностью вала 3 внутренними поверхностями подвижной втулки 4 и корпуса 1 образованы щелевые дросселирующие зазоры 9 и 10, представляющие собой несущий гидростатический слой смазки, поддерживающий вал, а между торцевыми поверхностями подвижной втулки 4 и корпуса 1 образованы щелевые дросселирующие зазоры 11, в средней части (или плоскости) подвижной втулки 4 между кольцевым каналом 6 и щелевым дросселирующим зазором 9, разделяющим вал и подвижную втулку, выполнен щелевой зазор 12, являющийся демпфирующим дросселем, а щелевые дросселирующие зазоры 9 и 10 между внутренними поверхностями подвижной втулки 4 и корпуса 1, сопряженными с поверхностью вала 3, образуют дросселирующую щель ступенчатой формы, позволяющую реализовать высокую жесткость несущего слоя подшипника.
Работа подшипника происходит следующим образом.
Рабочая жидкость под постоянным давлением нагнетается через радиальный канал 2 в корпусе 1 подшипника в кольцевой канал 6, предназначенный для равномерного распределения питающей жидкости, после чего поток смазки, разделяясь, дросселируется в ступенчатом слое, образованном щелевыми зазорами 5 и 8, и щелевом зазоре 11, обеспечивающем осевое центрирование подвижной втулки 4. При этом часть потока рабочей жидкости из кольцевого канала 6 под постоянным давлением поступает в щелевой зазор 12, являющийся демпфирующим дросселем, после чего поступает в щелевой зазор 9, далее потоки смазки, соединяясь, дросселируются в щелевом зазоре 10, поддерживая вал в рабочем состоянии, после чего рабочая жидкость поступает на слив.
Под действием радиальной нагрузки вал 3 смещается относительно корпуса 1 на величину радиального эксцентриситета. При этом давление повышается в нагруженной и понижается в разгруженной зонах щелевых зазоров 9 и 10, образующих несущий гидростатический слой смазки. Изменение гидростатического давления смазки передается через сопряженные со щелевыми дросселирующими зазорами 9 и 10 щелевые дросселирующие зазоры 11 и 12 в ступенчатый гидростатический смазочный слой, образованный щелевыми дросселирующими зазорами 5 и 8. Реакция этого слоя, а также реакция ступенчатого гидростатического слоя, образованного щелевыми зазорами 9 и 10, воздействуют на подвижную втулку 4 (пока интегральная реакция разности давлений не уравновесит нагрузку) и определяют ее радиальный эксцентриситет. Вал при этом сместится в направлении, противоположном направлению действия нагрузки.
Осуществляемая таким образом активная компенсация расхода смазки в несущем слое при радиальном перемещении подвижной втулки позволяет реализовать в подшипнике малую положительную, нулевую и отрицательную податливость в устойчивом режиме работы при сохранении вращения подвижной втулки за счет действия сил вязкого трения.
Гидростатический подшипник, содержащий корпус с радиальным каналом, сообщенным с источником нагнетания смазки, вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом и образующую с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор, в средней плоскости подшипника с внешней стороны втулки выполнен кольцевой канал, сообщенный с источником нагнетания смазки, внешняя цилиндрическая поверхность втулки имеет по обоим концам кольцевые выступы и образует с корпусом ступенчатый дросселирующий зазор, между корпусом и валом и между торцевыми поверхностями втулки и корпусом образованы щелевые дросселирующие зазоры, отличающийся тем, что в средней части подвижной втулки между кольцевым каналом и щелевым дросселирующим зазором, разделяющим вал и подвижную втулку, выполнен щелевой зазор, являющийся демпфирующим дросселем, а щелевые дросселирующие зазоры между поверхностями подвижной втулки и корпуса, сопряженными с поверхностью вала, образуют дросселирующую щель ступенчатой формы.
