Комбинированная гибридная опора

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к изготовлению роторно-опорных узлов. Комбинированная гибридная опора содержит корпус и втулку гидростатодинамического подшипника скольжения. Втулка размещена в корпусе с возможностью осевого перемещения и образует с корпусом замкнутую полость, в которую подведена рабочая жидкость под давлением. Внутренняя поверхность втулки состоит из двух ступеней, одна из которых имеет ответную коническую многоклиновую поверхность, охватывающую коническую цапфу вала, а вторая имеет ответную цилиндрическую поверхность на валу. При этом втулка со стороны цилиндрической поверхности отверстия поджата относительно вала пружиной осевого поджатия, усилие которой меньше по величине и противоположно по направлению усилию, развиваемому в упомянутой замкнутой полости и действующему на втулку. В корпусе и втулке образована система подачи рабочей жидкости в рабочие зазоры гидростатодинамического подшипника скольжения, состоящая из подводящих каналов, уплотнительных колец и жиклера. Технический результат: повышение надежности и долговечности роторно-опорного узла, упрощение его изготовления и эксплуатации благодаря простоте конструкции, повышение ресурса работы, устойчивости движения и подавление биений валов и роторов. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к изготовлению роторно-опорных узлов, к которым предъявляются повышенные требования по уровню вибраций и которые в процессе эксплуатации могут подвергаться неоднократным импульсным нагрузкам высокой интенсивности, состоящих из комбинации подшипников скольжения и повышающих надежность и долговечность роторных машин.

Известна коническая гидростатодинамическая опора, содержащая охватывающую цапфу вала втулку с расположенными на ее внутренней поверхности камерами поперек образующих конуса втулки со смещением относительно средней поперечной ее оси в сторону меньшего основания конуса на величину от 0,15 до 0,2 длины его образующей, а ширина камер выполнена 0,1-0,3 длины образующей конуса [1].

Недостатком известной конической гидростатодинамической опоры является то, что сохраняется возможность срыва смазочной пленки в расширяющейся части опоры, что уменьшает несущую способность поверхности и требует значительных центробежных сил для восстановления смазочного слоя, а также использование смазки большой вязкости, при этом снижаются долговечность, надежность и ресурс работы всего подшипникового узла,

Известен подшипниковый узел с комбинированными подшипниками, содержащий корпус, втулку гидростатического подшипника скольжения, подшипник качения, наружная обойма которого служит валом в гидростатическом подшипнике [2].

Недостатком известного комбинированного подшипникового узла является то, что сохраняется возможность проворота наружной обоймы подшипника качения относительно вала с неопределенной угловой скоростью, которая зависит от частоты вращения вала и нагрузок на подшипниковый узел, и тем самым возникновение вибраций на частотах подшипников качения, при этом снижается его несущая способность, подшипник качения занимает неопределенное положение и, следовательно, появляются эксцентриситет и биение в зазоре наружной обоймы подшипника качения и втулки гидростатического подшипника, что приводит к снижению долговечности всего подшипникового узла, кроме того, приложенные к корпусу однократные импульсивные нагрузки высокой интенсивности воспринимаются подшипником качения и ведут к его разрушению, что выводит из строя весь подшипниковый узел. При этом усложненная конструкция известного подшипникового узла снижает надежность и ресурс его работы.

Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности подшипникового узла, упрощение его конструкции, повышение ресурса работы, устойчивости движения и подавление биений валов и роторов.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой комбинированной гибридной опоры, содержащей корпус и втулку гидростатодинамического подшипника скольжения, причем втулка подшипника размещена в корпусе с возможностью осевого перемещения и образует с корпусом замкнутую полость, в которую подведена рабочая жидкость под давлением, а внутренняя поверхность упомянутой втулки состоит из двух ступеней, одна из которых имеет ответную коническую многоклиновую поверхность, охватывающую коническую цапфу вала, а вторая имеет ответную цилиндрическую поверхность на валу, при этом втулка со стороны цилиндрической поверхности отверстия поджата относительно вала пружиной осевого поджатая, усилие которой меньше по величине и противоположно по направлению усилию, развиваемому в упомянутой замкнутой полости и действующему на втулку гидростатодинамического подшипника, кроме того, в корпусе и втулке образована система подачи рабочей жидкости в рабочие зазоры подшипника скольжения, состоящая из подводящих каналов, уплотнительных колец и жиклера.

Особенности конструкции предлагаемой комбинированной опоры поясняются чертежами.

На фиг.1 схематически представлена комбинированная гибридная опора, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Предлагаемая комбинированная опора представляет собой гидростатодинамическую опору и содержит корпус 1 и втулку 2 подшипника скольжения, при этом втулка 2 подшипника размещена в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и образует с корпусом 1 замкнутую полость 3. С этой целью в корпусе 1 выполнено двухступенчатое отверстие, а наружная цилиндрическая поверхность втулки 2 имеет две ступени.

В замкнутую полость 3 через канал 4, просверленный в корпусе 1, подведена рабочая жидкость под давлением Р_М.

Для предотвращения вытекания рабочей жидкости через зазоры между корпусом 1 и втулкой 2 в последней выполнены кольцевые канавки, в которых установлены уплотнительные кольца 5.

Внутренняя поверхность втулки 2 выполнена двухступенчатой, одна из которых имеет коническую многоклиновую поверхность 6, охватывающую коническую цапфу 7 вала 8. Вторая ступень 9 является цилиндрической внутренней поверхностью, сопрягаемой соответственно с ответной цилиндрической поверхностью вала 8.

Втулка 2 со стороны цилиндрической поверхности отверстия поджата относительно вала 1 пружиной 10 осевого поджатия. Усилие Р_ПР, оказываемое пружиной 10 на втулку 2, меньше по величине и противоположно по направлению усилию Р_Ж, развиваемого рабочей жидкостью в замкнутой полости 3 и действующей на втулку 2 гидростатодинамического подшипника.

В корпусе 1 и втулке 2 выполнена система подачи рабочей жидкости в рабочие зазоры подшипника скольжения, состоящая из подводящих каналов и жиклера 11.

Комбинированная опора работает следующим образом.

При переходных режимах работы (пуск, останов), когда частота вращения вала невелика, радиальная нагрузка воспринимается цилиндрической ступенью 9 отверстия втулки, т.е. гладким цилиндрическим участком опоры, при этом давление рабочей жидкости в полости 3 невелико и пружина 10 с усилием Р_ПР отжимает втулку 2 в крайнее левое положение (согласно фиг.1). Конический многоклиновой участок 6 не работает и не контактирует с цапфой 7 вала 8.

При увеличении частоты вращения вала 8 в замкнутую полость 3 под большим давлением Р_М подается рабочая жидкость и втулка 2 под действием развиваемого усилия Р_Ж преодолевает сопротивление пружины Р_ПР, перемещается слева направо (согласно фиг.1). При этом вступает в работу конический многоклиновый участок 6 втулки 2, который контактирует с цапфой 7 вала 8, а цилиндрический участок опоры выводится из контакта с валом. Вызванные высокой частотой вращения вала импульсные нагрузки высокой интенсивности, приложенные к корпусу 1, передаются через многоклиновый участок 6 втулки 2 на вал 8, предохраняя гладкий цилиндрический участок 9 опоры от разрушения. При этом втулка гидростатодинамического подшипника и рабочая жидкость под давлением в полости 3 выполняют роль жесткого элемента, так как длительность действия импульсной нагрузки не превышает 20 мкс и давление рабочей жидкости из полости 3 не успевает понизится благодаря жиклеру 11.

Это позволяет на основных режимах работы разгрузить гладкую быстро изнашиваемую поверхность опоры и резко увеличить устойчивость движения вала благодаря возникновению дополнительных гидродинамических клиньев в нагруженной зоне цапфы вала. При правильно подобранном давлении подачи рабочей жидкости и геометрических характеристиках многоклиновые гибридные опоры способны полностью подавлять вихрь и биение вала.

Надежность всей комбинированной опоры повышается за счет изоляции цилиндрического участка подшипника скольжения от действия импульсных нагрузок высокой интенсивности, устраняя возможность сухого трения в коническом многоклиновом участке гидростатодинамического подшипника в случае падения давления в гидросистеме подачи рабочей жидкости.

Предлагаемая комбинированная гибридная опора, включающая многоклиновой и гладкий цилиндрический участки, обеспечивает высокий уровень несущей способности и вибрационной устойчивости.

Данную конструкцию в определенной мере можно рассматривать как комбинацию подшипника и уплотнения. В этом случае подача рабочей жидкости осуществляется с клинового торца, а цилиндрическая часть выполняет функции щелевого уплотнения.

Предлагаемую комбинированную гибридную опору целесообразно использовать в насосных агрегатах, в которых смазка и охлаждение подшипниковых узлов проводится рабочими телами и возможно перетекание среды между полостями высокого и низкого давлений.

Предлагаемая комбинированная опора повышает надежность и долговечность роторно-опорного узла, упрощает его изготовление и эксплуатацию благодаря простоте конструкции и повышает ресурс работы.

Источники информации

1. А.с. SU №1191638, МПК F16C 21/00. Коническая гидростатодинамическая опора. И.Я.Токарь и др. Заявка 3786390/25-27. 04.09.84, 15.1185 - прототип.

2. Патент Франции 2071838, МКИ F16C 21/00.

Комбинированная гибридная опора, содержащая корпус и втулку гидростатодинамического подшипника скольжения, отличающаяся тем, что втулка гидростатодинамического подшипника скольжения размещена в корпусе с возможностью осевого перемещения и образует с корпусом замкнутую полость, в которую подведена рабочая жидкость под давлением, а внутренняя поверхность упомянутой втулки состоит из двух ступеней, одна из которых имеет ответную коническую многоклиновую поверхность, охватывающую коническую цапфу вала, а вторая имеет ответную цилиндрическую поверхность на валу, при этом втулка гидростатодинамического подшипника скольжения со стороны цилиндрической поверхности отверстия поджата относительно вала пружиной осевого поджатия, усилие которой меньше по величине и противоположно по направлению усилию, развиваемому в упомянутой замкнутой полости и действующему на втулку гидростатодинамического подшипника скольжения, кроме того, в корпусе и втулке гидростатодинамического подшипника скольжения образована система подачи рабочей жидкости в рабочие зазоры гидростатодинамического подшипника скольжения, состоящая из подводящих каналов, уплотнительных колец и жиклера.