Гидростатический подшипник

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных и радиально-осевых опорах шпиндельных узлов металлообрабатывающих станков и имеет повышенную нагрузочную характеристику с диапазоном отрицательной податливости. Подшипник содержит корпус, вал и втулку, имеющую на внутренней поверхности два кольцевых ряда несущих карманов и установленную в корпусе на эластичной оболочке с вырезами, которые образуют между корпусом и втулкой два кольцевых ряда управляющих камер. В каждой камере между поверхностями корпуса и подвижной втулки образован дросселирующий щелевой зазор, соединенный каналами на входе - с гидростанцией, а на выходе - с несущим карманом, расположенным в другом кольцевом ряду. Управляющие камеры имеют осевое смещение относительно несущих карманов. Соединительные каналы, связывающие управляющие камеры с несущими карманами, выполнены слабо дросселирующими. В радиально-осевом подшипнике сопряженные поверхности корпуса, вала и втулки выполнены коническими. Технический результат: повышение радиальной и осевой нагрузочной способности подшипника, а также обеспечение угловой самоустановки втулки и отрицательной податливости подшипника в радиальном и осевом направлении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Заявляемое устройство относится к области машиностроения и может применяться в радиальных и радиально-осевых опорах шпиндельных узлов металлообрабатывающих станков.

Известна гидростатическая опора [а.с. СССР №1784772], содержащая корпус, в котором на упругом подвесе в виде колец, соединенных перегородками, установлена подвижная втулка, охватывающая цапфу с рабочим зазором, а на внутренней поверхности - несущие карманы, питаемые от источника подачи смазки под давлением через входные дроссели, а также управляющие камеры между корпусом и втулкой, ограниченные упругими кольцами и упругими перегородками, и выполненные во втулке каналы для соединения управляющих камер с несущими карманами, имеются дополнительно входные дроссели, питающие управляющие камеры от источника давления смазки, а дроссели, соединяющие управляющие камеры с несущими карманами, выполнены в виде щелей, образованных поверхностями скольжения втулки и цапфы вала.

Недостатками опоры, ограничивающими ее нагрузочную способность, являются пассивное нагнетание рабочей жидкости через неуправляемые дроссели, отсутствие угловой самоустановки подвижной втулки при перекосе вала, а также невозможность осевого нагружения.

Известна гидростатическая опора [а.с. СССР №1691609], содержащая корпус, в котором на упругом подвесе установлена подвижная втулка, охватывающая вал с рабочим зазором и имеющая на внутренней поверхности несущие карманы; между корпусом и втулкой расположены непроточные управляющие камеры, имеющие входные дроссели, при этом каждый несущий карман сообщается с отдельной управляющей камерой через демпфирующий дроссель и питается от источника нагнетания рабочей жидкости через отдельный входной дроссель. На внутренней поверхности корпуса для увеличения объема управляющих камер выполнены дополнительные карманы.

Недостатками указанного решения являются отсутствие самоустановки втулки и активного нагнетания рабочей жидкости, а также дополнительные потери мощности на ее дросселирование.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является газостатический подшипник [пат. US №3960414, также опубл. как DE №2460237, PL № 83700, SU №645614, GB №1467911], содержащий корпус и втулку, установленную в корпусе на эластичных кольцах и имеющую на наружной поверхности кольцевые пояски, образующие дросселирующие щелевые зазоры с внутренней поверхностью корпуса; между корпусом и втулкой образованы управляющие камеры, связанные соединительными каналами с ее внутренней поверхностью, охватывающей вал.

Недостатками подшипника являются пониженная нагрузочная способность из-за отсутствия несущих карманов на внутренней поверхности втулки и ее угловой самоустановки при перекосе вала, а также невозможность осевого нагружения.

Техническим результатом изобретения является повышение радиальной и осевой нагрузочной способности, а также обеспечение угловой самоустановки втулки и отрицательной податливости подшипника в радиальном и осевом направлении.

Технически результат достигается тем, что в гидростатическом подшипнике, содержащем корпус, вал и подвижную втулку, установленную в корпусе на эластичной оболочке с вырезами, которые образуют между корпусом и втулкой управляющие камеры, соединенные каналами с несущим слоем, образованным между валом и втулкой, новым является то, что на внутренней поверхности втулки выполнены несущие карманы, а в каждой управляющей камере между поверхностями корпуса и втулки образован дросселирующий щелевой зазор, который связан соединительными каналами на входе - с источником нагнетания рабочей жидкости, а на выходе через соединительные каналы - с несущими карманами.

Угловая самоустановка втулки обеспечивается тем, что как управляющие камеры, так и несущие карманы расположены в два кольцевых ряда, причем управляющие камеры имеют осевое смещение относительно несущих карманов.

Для обеспечения устойчивости при отрицательной податливости подшипника соединительные каналы между управляющими камерами и несущими карманами выполнены слабо дросселирующими и расположены перекрестно, так чтобы каждая камера была соединена с карманом из дальнего кольцевого ряда.

Для обеспечения отрицательной податливости подшипника в осевом направлении предложен радиально-осевой подшипник, в котором сопряженные поверхности корпуса, вала и втулки имеют коническую форму.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 и 2 показаны соответственно продольный и поперечный разрез радиального гидростатического подшипника, а на фиг.3 - его совмещенная развертка по управляющим камерам (выше осевой линии) и по несущим карманам (ниже осевой линии). На фиг.4 показан продольный разрез радиально-осевого гидростатического подшипника.

Гидростатический подшипник (фиг.1, 2, 3) состоит из корпуса 1, вала 2 и подвижной втулки 3, на внутренней поверхности которой выполнены несущие карманы 4, расположенные в два кольцевых ряда. Втулка 3 охватывает вал 2 с дросселирующим щелевым зазором 5 и установлена в корпусе 1 на эластичной оболочке 6 с вырезами, которые образуют между корпусом и подвижной втулкой управляющие камеры 7, расположенные в два кольцевых ряда. Внутри управляющих камер 7 между сопряженными поверхностями корпуса и втулки образованы дросселирующие щелевые зазоры 8, каждый из которых на входе через кольцевую канавку 9 связан с источником нагнетания рабочей жидкости (не показан), а на выходе через сегментные канавки 10 по соединительным каналам 11 - с несущими карманами 4; причем каналы 11 выполнены перекрестно, так чтобы каждая камера 7 была соединена с карманом 4 из дальнего кольцевого ряда.

При работе подшипника рабочая жидкость нагнетается в кольцевую канавку 9 и через дросселирующие щелевые зазоры 8 попадает в сегментные канавки 10, и по соединительным каналам 11 она поступает в несущие карманы 4 и далее через дросселирующие щелевые зазоры 5 - в сливной коллектор (не показан). Действующая на вал 2 радиальная нагрузка f вызывает его первичное смещение в зазоре 5 по направлению нагрузки. При этом давление в нагружаемых (разгружаемых) несущих карманах 4 и связанных с ними управляющих камерах 7 увеличивается (уменьшается). Если создаваемые гидравлическим давлением силы, действующие на наружную поверхность втулки 3, больше сил, действующих на ее внутреннюю поверхность, происходит смещение втулки 3 противоположно направлению нагрузки. При этом дросселирующие щелевые зазоры 8, расположенные в нагружаемой (разгружаемой) зоне подшипника, увеличиваются (уменьшаются) и происходит дополнительное увеличение (уменьшение) нагнетания рабочей жидкости в несущие карманы 4, расположенные в нагружаемой (разгружаемой) зоне. Сохраняя силовое равновесие, вал 2 вторично смещается в дросселирующем щелевом зазоре 5, но уже противоположно направлению нагрузки f. При оптимальном выборе геометрических параметров вторичное смещение вала 2 будет больше первичного (по модулю) и нагрузочная характеристика подшипника будет иметь диапазон с отрицательной податливостью.

Для обеспечения динамической устойчивости подшипника при отрицательной податливости каналы 11 выполнены слабо дросселирующими и выполняют роль динамических демпферов.

При перекосе консольно нагруженного вала 2 разность давлений в левом и правом ряду управляющих камер 7 и несущих карманов 4 обеспечивает угловую самоустановку втулки 3 относительно оси вала в пределах дросселирующего щелевого зазора 8, благодаря перекрестной связи управляющих камер 7 и несущих карманов 4. Это позволяет увеличить допустимый радиальный эксцентриситет вала 2 в зазоре 5 и повысить нагрузочную способность подшипника. Увеличить угловую самоустановку втулки 3 при перекосе вала 2 позволяет осевое смещение управляющих камер 7 относительно несущих карманов 4 в направлении от консольной нагрузки.

Радиально-осевой гидростатический подшипник (фиг.4) имеет коническую форму сопряженных поверхностей корпуса 1, вала 2 и втулки 3, что обеспечивает ему малую, нулевую или отрицательную податливость в радиальном и осевом направлениях.

При нагружении вала 2 радиальной силой fр предложенный гидростатический подшипник работает аналогично показанному на фиг.1 и 2. При нагружении вала 2 осевой силой fo происходит его первичное смещение в направлении нагрузки и повышается давление рабочей жидкости во всех несущих карманах 4 и в связанных с ними управляющих камерах 7. Если эффективная площадь управляющих камер 7 больше эффективной площади несущих карманов 4, нарушается силовое равновесие втулки 3 и она смещается в осевом направлении противоположно силе fo и увеличивает дросселирующие щелевые зазоры 8 управляющих камер 7. В результате происходит дополнительное нагнетание рабочей жидкости в несущие карманы 4, под действием которого вал 2 вторично смещается в осевом направлении, но уже противоположно осевой нагрузке. При этом обеспечивается диапазон отрицательной податливости в осевом направлении.

1. Гидростатический подшипник, содержащий корпус, вал и подвижную втулку, установленную в корпусе на эластичной оболочке с вырезами, которые образуют между корпусом и втулкой управляющие камеры, соединенные каналами с несущим слоем, образованным между валом и втулкой, отличающийся тем, что на внутренней поверхности втулки выполнены несущие карманы, а в каждой управляющей камере образован дросселирующий щелевой зазор, который связан соединительными каналами на входе - с источником нагнетания рабочей жидкости, а на выходе через соединительные каналы - с несущими карманами, при этом как управляющие камеры, так и несущие карманы расположены в два кольцевых ряда, с осевым смещением камер относительно карманов.

2. Гидростатический подшипник по п.1, отличающийся тем, что соединительные каналы, связывающие управляющие камеры с несущими карманами, выполнены слабо дросселирующими и расположены перекрестно, так чтобы каждая камера была соединена с карманом из дальнего кольцевого ряда.

3. Гидростатический подшипник по п.1 или 2, отличающийся тем, что сопряженные поверхности корпуса, вала и втулки выполнены коническими.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков, при использовании в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в замкнутых гидростатических направляющих металлообрабатывающих станков и других ответственных машин.

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок. Упорный подшипниковый узел состоит из подпятника и пяты (7), выполненной из немагнитного материала.

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок. Упорный подшипниковый узел состоит из подпятника и пяты (8).

Предложены устройство (18) и способ поддержки цилиндрического элемента (12). Устройство (18) содержит основание (28), имеющее верхнюю поверхность (40) полусферической вогнутой формы, и каретку (30), опирающуюся на верхнюю поверхность (40) основания (28).

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в шпиндельных узлах, а также в других ответственных узлах с гидростатическими, аэростатическими или комбинированными опорами скольжения.

Изобретение относится к турбомашиностроению и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных роторов машин и агрегатов, нагруженных радиальными и осевыми нагрузками, при необходимости обеспечить большую несущую способность при сохранении устойчивого положения ротора, в системах кондиционирования воздуха кабин летательных аппаратов, а также систем турбонаддува в современном автомобилестроении и в микрогазотурбинных электроагрегатах.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в станкостроении в системах питания замкнутых и незамкнутых гидростатических опор, работающих в условиях оппозитного нагружения, а также в системах адаптивного управления положением шпинделя или направляющих.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков и другого оборудования с быстроходными роторами при использовании в качестве смазывающей среды как газов, так и жидкостей.

Изобретение относится к узлу гидродинамического ленточного подшипника для использования во вращающихся машинах. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подшипниковым узлам турбокомпрессора. Подшипник включает моновтулку с центральным маслоподводящим каналом и маслораспределительной полостью, на концах которой выполнены опорные пояски.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков и другого оборудования с быстроходными роторами при использовании в качестве смазывающей среды как газов, так и жидкостей.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиально-осевых опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков при использовании в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков при использовании в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков при использовании в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиально-упорных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков при использовании в качестве смазывающей среды, как жидкостей, так и газов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к опорам скольжения подвижных звеньев. .

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.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиально-упорных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков и другого оборудования с вращающимися роторами при использовании в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в обрабатывающем оборудовании с использованием в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.

Изобретение относится, прежде всего, к прецизионному станкостроению и приборостроению и может применяться для создания пористых газостатических опор в высокоскоростных и/или высокоточных шпиндельных узлах, линейных направляющих, подпятниках и в других устройствах станков и измерительного оборудования. Способ формирования пористых ограничителей наддува (пористые вставки (5, 6) в газостатических подшипниках включает контролируемую механическую обработку поверхности ограничителей (5, 6) посредством механического удаления части поверхности. При этом обработку проводят в два этапа с индивидуальным контролем проницаемости каждого обрабатываемого ограничителя (5, 6) посредством измерения давления и расхода воздуха через него. На первом этапе обработки формируют совместную чистовую лицевую поверхность корпуса и ограничителей (5, 6), ранее установленных в него с заведомо большей проницаемостью до начала обработки и с припуском на механическую обработку, и контролируют только геометрическую точность поверхности. На втором этапе проводят срезание слоев пористого материала отдельно каждого ограничителя (5, 6) с его задней поверхности, до тех пор, пока не будет достигнута требуемая проницаемость ограничителя (5, 6), определяемая по величине расхода и давления. Для этого к каждому ограничителю (5, 6) подводят воздух с помощью приспособления (13) с герметичным креплением к лицевой поверхности и осуществляют замер давления и расход проходящего воздуха. Технический результат: обеспечение более эффективного по трудо- и времязатратам способа формирования пористых ограничителей наддува с заданной проницаемостью в газостатических подшипниках. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх