ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИК Российский патент 2002 года по МПК F16C17/12 F16C17/02 F16C27/02 

Область техники
Данное изобретение относится к опорным подшипникам и в особенности к средствам предотвращения перекосов для гидродинамического воздушного подшипника.

Предпосылки изобретения
Как известно из технологии изготовления подшипников, гидродинамический воздушный подшипник содержит верхний вкладыш из ленты, промежуточный вкладыш из ленты и вкладыш из гофрированной ленты, свернутые в противоположных направлениях с образованием цилиндра, который в свою очередь установлен внутри втулки для поддержки вращающегося вала в радиальном направлении. Примером устройства, в котором применяются подшипники такого типа, является воздухоохладитель, используемый для охлаждения самолетов, изготовляемых отделением "Гамильтон Стандарт" корпорации "Юнайтед Текнолоджиз". В этих конструкциях один конец каждого вкладыша закреплен, в то время как противоположный конец этого же вкладыша не закреплен. При достижении определенной скорости воздух, находящийся во втулке, подается в пространство между вкладышами, образующими клинья или воздушные полости, которые служат в качестве воздушной подушки для поддержания вала, при этом отсутствует необходимость в использовании жидкой смазки. Обнаружено, что иногда незакрепленные концы вкладышей могут сдвигаться в осевом направлении и перекашиваться как во время эксплуатации вращающихся деталей, так и во время установки воздушного опорного подшипника. Такие перекосы вызывают уплотнение подшипника, увеличивающее крутящий момент вала и при определенных обстоятельствах препятствующее образованию надлежащей воздушной прослойки, нарушение которой может привести к поломке подшипника.

В патенте США N 4552466 описан гидродинамический опорный подшипник с вкладышами из ленты, имеющий стопорные средства для предотвращения перемещения верхнего вкладыша в направлении вращения вала, выполненные в виде выступов, взаимодействующих с соответствующими стопорными элементами, расположенными на втулке подшипника.

В патенте США N 4415280, кл. F 16 С 32/06, 15.11.1983 г. описан гидродинамический опорный подшипник, содержащий верхний вкладыш из ленты, промежуточный вкладыш из ленты и вкладыш из гофрированной ленты, которые свернуты вокруг оси в форме цилиндра, при этом верхний вкладыш из ленты включает удлиненный элемент прямоугольной формы, имеющий противоположные кромки и противоположные края, к одному из которых присоединена шпонка. В этом подшипнике закреплен только один край верхнего вкладыша из ленты, в то время как его второй край незакреплен и в процессе эксплуатации может быть смещен в осевом направлении, что сопровождается перекосом всего верхнего вкладыша.

В этом же патенте описан гидродинамический опорный подшипник, содержащий верхний вкладыш из ленты, промежуточный вкладыш из ленты и вкладыш из гофрированной ленты, которые свернуты вокруг оси в форме цилиндра, при этом верхний вкладыш из ленты включает удлиненный элемент прямоугольной формы, имеющий противоположные кромки и противоположные края, а промежуточный вкладыш из ленты включает аналогичный по форме удлиненный прямоугольный элемент, имеющий противоположные края и противоположные кромки, при этом к одному из противоположных краев верхнего вкладыша из ленты и к одному из противоположных краев промежуточного вкладыша из ленты прикреплена шпонка. В этом подшипнике также закреплен только один край верхнего вкладыша из ленты, в то время как его второй край незакреплен и в процессе эксплуатации может быть смещен в осевом направлении, что сопровождается перекосом всего верхнего вкладыша.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного гидродинамического опорного подшипника, в котором предотвращена возможность перекоса цилиндра, образованного его вкладышами из ленты, в осевом направлении.

Решение поставленной задачи обеспечено путем создания гидродинамического опорного подшипника, содержащего верхний вкладыш из ленты, промежуточный вкладыш из ленты и вкладыш из гофрированной ленты, которые свернуты вокруг оси в форме цилиндра, при этом верхний вкладыш из ленты включает удлиненный элемент прямоугольной формы, имеющий противоположные кромки и противоположные края, к одному из которых присоединена шпонка, а на другом противоположном крае верхнего вкладыша из ленты имеются стопорные средства для предотвращения осевого сдвига этого вкладыша, вызывающего деформацию цилиндра, в форме которого свернуты указанные вкладыши, причем стопорные средства содержат противоположные выступающие части, каждая из которых выходит за противоположные кромки верхнего вкладыша из ленты и которые загнуты с перекрытием частей противоположных торцов шпонки, когда верхний вкладыш из ленты свернут в цилиндр, для предотвращения перекоса этого вкладыша в осевом направлении. Наличие на крае верхнего вкладыша, противоположном краю, на котором закреплена шпонка, стопорных средств, содержащих выступающие части, загнутые с перекрытием частей противоположных торцов шпонки, когда верхний вкладыш из ленты свернут в цилиндр, предотвращает осевое перемещение незакрепленного края этого вкладыша относительно края, к которому прикреплена шпонка, и, следовательно, предотвращает перекос указанного цилиндра в осевом направлении.

В предлагаемом подшипнике на противоположных боковых кромках вблизи каждой выступающей части могут быть выполнены пазы для снятия напряжений.

Промежуточный вкладыш из ленты может включать аналогичный по форме прямоугольный элемент, имеющий другие противоположные боковые кромки и другие противоположные края, один из которых присоединен к указанной шпонке с образованием более крупного удлиненного прямоугольного элемента, свернутого в цилиндр с расположением поверх верхнего вкладыша из ленты, при этом стопорные средства расположены поверх части каждой из противоположных боковых кромок промежуточного вкладыша из ленты для предотвращения перекоса верхнего и промежуточного вкладышей из ленты в осевом направлении.

Вкладыш из гофрированной ленты может включать еще один удлиненный гофрированный элемент, ограничивающий элемент прямоугольной формы, свернутый в цилиндр с расположением поверх промежуточного вкладыша из ленты и имеющий противоположные боковые кромки, причем стопорные средства расположены поверх части каждой из противоположных боковых кромок промежуточного вкладыша из ленты и противоположных боковых кромок вкладыша из гофрированной ленты для предотвращения перекоса верхнего вкладыша из ленты, промежуточного вкладыша из ленты и вкладыша из гофрированной ленты в осевом направлении.

Решение поставленной задачи обеспечено путем создания гидродинамического опорного подшипника, содержащего верхний вкладыш из ленты, промежуточный вкладыш из ленты и вкладыш из гофрированной ленты, которые свернуты вокруг оси в форме цилиндра, при этом верхний вкладыш из ленты включает удлиненный элемент прямоугольной формы, имеющий противоположные кромки и противоположные края, промежуточный вкладыш из ленты включает аналогичный по форме удлиненный прямоугольный элемент, имеющий противоположные края и противоположные кромки, и к одному из противоположных краев верхнего вкладыша из ленты и к одному из противоположных краев промежуточного вкладыша из ленты прикреплена шпонка, а на другом противоположном крае верхнего вкладыша из ленты имеются стопорные средства для предотвращения осевого сдвига этого вкладыша, вызывающего деформацию цилиндра, в форме которого свернуты указанные вкладыши, причем стопорные средства содержат по меньшей мере одну часть, загнутую с образованием выступа, входящего в паз, выполненный в одной из противоположных кромок промежуточного вкладыша из ленты вблизи указанной шпонки, так что выступ выступает через паз радиально наружу для предотвращения перекоса верхнего вкладыша из ленты в осевом направлении. Наличие на крае верхнего вкладыша, противоположном краю, на котором закреплена шпонка, стопорных средств, содержащих по меньшей мере одну часть, загнутую в виде выступа, проходящего в паз, расположенный в одной из кромок промежуточного вкладыша из ленты вблизи шпонки, когда вкладыши свернуты в цилиндр, предотвращает осевое перемещение незакрепленного края верхнего вкладыша относительно края, к которому прикреплена шпонка, и, следовательно, предотвращает перекос указанного цилиндра в осевом направлении.

В предлагаемом гидродинамическом подшипнике стопорные средства могут включать противоположные выступы, образованные из загнутых крайних частей у указанного другого противоположного края верхнего вкладыша из ленты вблизи его каждой противоположной кромки и выступающие радиально наружу через два противолежащих паза, выполненных на противоположных кромках промежуточного вкладыша из ленты вблизи шпонки.

На другом противоположном крае промежуточного вкладыша из ленты могут быть расположены выступы, которые проходят радиально наружу и опираются на один край вкладыша из гофрированной ленты, при этом указанные выступы верхнего вкладыша из ленты опираются на противоположный край вкладыша из гофрированной ленты.

Описанные выше и другие признаки настоящего изобретения станут более понятны из последующего описания и приложенных чертежей.

Фиг. 1 изображает аксонометрический вид в разобранном состоянии одного предлагаемого варианта выполнения, используемого в гидродинамическом опорном подшипнике, который изображен в развернутом положении, а также содержит схематичный условный вид, показывающий подшипник в свернутом положении;
фиг. 2 - продольный разрез гидродинамического опорного подшипника, соответствующего варианту выполнения, изображенному на фиг.1;
фиг.3 - частичный разрез по линии 3-3 на фиг.2;
фиг. 4, иллюстрирующая другой вариант выполнения изобретения, изображает вид сверху гидродинамического опорного подшипника в развернутом положении;
фиг.5 - вид спереди подшипника, показанного на фиг.4;
фиг. 6 - вид сзади подшипника, показанного на фиг.5, в свернутом положении;
фиг. 7 изображает увеличенный частичный вид по линии 7-7 на фиг.6, показывающий элементы предлагаемого изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения
Один вариант выполнения данного изобретения, являющийся одним из предпочтительных, может быть более понятен со ссылками на фиг.1-3, на которых показан гидродинамический опорный подшипник, в целом обозначенный номером 10 и содержащий верхний вкладыш 12 из ленты, промежуточный вкладыш 14 из ленты и вкладыш 15 из гофрированной ленты. Верхний 12 и промежуточный 14 вкладыши, выполненные из листового металлического сырья с определенным коэффициентом упругости, соединены своими краями с помощью любого подходящего способа соединения, например сваркой, пайкой твердым или средним припоем или т.п., с образованием сварного шва 16, расположенного на одной линии со шпонкой 18, лежащей поперек продольной оси вкладышей и проходящей в осевом направлении, когда последние свернуты в форме цилиндра вокруг оси вращения А, как показано под номером 20 на условном виде. Ниже более подробно описано, что шпонка 18 установлена в поперечном пазе или шпоночной канавке 22, выполненной в стенке 23 на внутреннем диаметре втулки 24. Вкладыш 15, выполненный из гофрированного тонкого металлического листа, имеющего определенный коэффициент упругости, оборачивают вокруг верхнего 12 и промежуточного 14 вкладышей, причем в свернутом положении он образует цилиндр, устанавливаемый во внутреннее отверстие втулки 24 смежно со стенкой 23. Как следует из предыдущего описания, верхний вкладыш, вкладыши 14 и 15 имеют одинаковую прямоугольную форму и свернуты в противоположном направлении с образованием цилиндра, так что когда последний вставлен во втулку 24, вкладыш 12 охватывает вал (не показан), вкладыш 15 примыкает к стенке 23, а шпонка 18 входит в канавку 22 втулки 24. Внутренняя поверхность 28 вкладыша 12, смежная с вращающимся валом (не показан), предпочтительно покрыта сухой смазкой, которая при увеличении скорости вращения вала до рабочей во время пуска или замедлении при движении по инерции, а также когда давление воздуха в клине между вкладышами не достаточно для поддержания вращения, служит антифрикционным средством для сохранения износостойкости и работоспособности подшипника. В рабочем состоянии, когда вал достигает заданной скорости вращения, давление воздуха, подаваемого в клинья, образованные между смежными поверхностями вкладышей 12, 14 и 15, служит для поддержания вала, а коэффициенты упругости ленты подобраны с обеспечением надлежащей деформируемости подшипника.

Незакрепленный край 17 имеет большую ширину по сравнению с остальной частью вкладыша 12 и выступает за боковые кромки 11 и 13. Выступающая часть загнута радиально наружу вблизи пазов 23а и 23b, выполненных для снятия напряжения, с образованием выступов 25 и 27. На фиг.3, на которой изображено сечение по линиям 3-3 на фиг.2, показано, что когда верхний и промежуточный вкладыши свернуты с образованием цилиндра, как показано стрелками соответственно В и С (фиг.1), выступы 25 и 27 входят в канавку 22 с перекрытием частей противоположных боковых кромок 19 и 21 вкладыша 14, частей противоположных боковых кромок 29а и 29b вкладыша 15 и частей противоположных концов шпонки 18 и тем самым предохраняют вкладыши 12, 14 и 15 от осевых сдвигов, деформации цилиндрической формы и перекоса.

Так как в этом варианте выполнения не показаны все подробности предлагаемой конструкции гидродинамического опорного подшипника, далее более подробно представлена часть подшипника этого типа, обладающая признаками изобретения, а детали этой конструкции зависят от конкретного его предназначения, что ясно специалисту в данной области техники. Очевидно, что возможно применение других способов выполнения выступов на крае верхнего вкладыша без выхода за рамки настоящего изобретения.

На фиг.4-7 изображен другой вариант выполнения данного изобретения, представляющий гидродинамический опорный подшипник, который сконструирован исключительно для использования в особых случаях и содержит элементы, общие с подшипником, изображенным на фиг.1-3, а именно верхний вкладыш 12а из ленты, промежуточный вкладыш 14а из ленты и вкладыш 15, которые содержат другие средства предотвращения перекосов. В данном описании на всех чертежах все аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами.

Как показано на фиг.4, незакрепленный край 31 вкладыша 12а имеет неглубокие пазы 32 и 34, проходящие на небольшое расстояние внутрь от боковых кромок 36 и 38, и загнут радиально наружу (т.е. за поверхность листа бумаги, на котором изображена фиг.4) с образованием выступов 37 и 39, которые в конечном итоге устанавливаются в канавке 22. Очевидно, этот вариант выполнения изобретения используется вместе с втулкой 24, изображенной на фиг.2. Так как вкладыш 14а оборачивают вокруг вкладыша 12а, пазы 40 и 42, расположенные вблизи шпонки 16, вырезаны на небольшую глубину от боковых кромок 44 и 46 вкладыша 14a с обеспечением возможности вхождения выступов 37 и 39 в канавку 22. Выступы 50 и 52, выполненные на противоположных концах незакрепленного края 54 вкладыша 14а, вырезаны и загнуты аналогично выступам 37 и 39 и выступают наружу, как показано на фиг.4. Когда вкладыши свернуты в противоположных направлениях, выступы 50 и 52 проходят радиально наружу и опираются на один край 31 вкладыша 15, а выступы 37 и 39 - на противоположный край этого же вкладыша.

На фиг. 6 и 7 более ясно показано, что вкладыши свернуты в противоположных направлениях с образованием цилиндра, который устанавливается во втулке 24, а шпонка 18, аналогичная изображенной на фиг.3, входит в канавку 22. Очевидно, что так как выступы 37 и 39 входят в диаметрально противоположные пазы 40 и 42, а ширина выступов и глубина пазов равны, вкладыш 12а закрепляется в осевом направлении. Такая конструкция предотвращает перекос верхнего вкладыша, так что возможность деформации цилиндра исключена. Как и вариант выполнения, изображенный на фиг.1-3, данный вариант предотвращает перекос, поэтому при эксплуатации таких подшипников отсутствуют недостатки и фактически их эксплуатационные характеристики близки к оптимальным. Такая конструкция предотвращает осевые сдвиги вкладышей, приводящие к деформации цилиндра и перекосу, возможное появление которых увеличивает крутящий момент вала, воспринимаемый подшипником, а также к уплотнению подшипников и нарушению образования оптимальной воздушной прослойки, причем все перечисленные факторы могут по меньшей мере помешать нормальной эксплуатации подшипника или привести к его поломке.

Для простоты и удобства описания способа крепления шпонки к верхнему вкладышу в обоих вариантах выполнения изобретения представлен чертеж на фиг. 5. Как показано выше, закрепленным краем 58 промежуточного вкладыша 14а накрывают шпонку 18 и соединяют их любым известным подходящим способом, описанным выше, а закрепленный край 60 верхнего вкладыша 12а загибают наружу с образованием уступа, примыкающего к боковой кромке шпонки 18 и упирающегося в нее, а затем также присоединяют его к последней подходящим способом.

Хотя настоящее изобретения представлено с описанием подробных вариантов его выполнения, специалистам ясно, что возможны различные другие варианты в пределах объема формулы изобретения.

Изобретение относится к опорным подшипникам и в особенности к средствам предотвращения перекосов для гидродинамического воздушного подшипника. Гидродинамический опорный подшипник содержит верхний вкладыш из ленты, промежуточный вкладыш из ленты и вкладыш из гофрированной ленты, которые свернуты вокруг оси в форме цилиндра. Верхний вкладыш из ленты имеет прямоугольную форму, противоположные кромки и противоположные края, к одному из которых присоединена шпонка, при этом на другом противоположном крае верхнего вкладыша из ленты имеются стопорные средства, содержащие противоположные выступающие части, каждая из которых выходит за противоположные кромки указанного вкладыша из ленты и которые загнуты с перекрытием частей противоположных боковых кромок промежуточного вкладыша из ленты. Технический результат: предотвращение осевых сдвигов и деформации подшипника 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Гидродинамический опорный подшипник, содержащий верхний вкладыш из ленты, промежуточный вкладыш из ленты и вкладыш из гофрированной ленты, которые свернуты вокруг оси в форме цилиндра, при этом верхний вкладыш из ленты имеет прямоугольную форму и противоположные кромки и противоположные края, к одному из которых присоединена шпонка, отличающийся тем, что на другом противоположном крае верхнего вкладыша из ленты имеются стопорные средства, содержащие противоположные выступающие части, каждая из которых выходит за противоположные кромки указанного вкладыша из ленты и которые загнуты с перекрытием частей противоположных боковых кромок промежуточного вкладыша из ленты, когда верхний вкладыш из ленты свернут в цилиндр, для предотвращения перекоса этого вкладыша в направлении оси цилиндра. 2. Гидродинамический опорный подшипник по п. 1, отличающийся тем, что на противоположных боковых кромках, вблизи каждой выступающей части выполнены пазы для снятия напряжений. 3. Гидродинамический опорный подшипник по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный вкладыш из ленты имеет прямоугольную форму и противоположные боковые кромки и противоположные края, один из которых присоединен к указанной шпонке, и свернут в цилиндр с расположением поверх верхнего вкладыша из ленты, при этом стопорные средства расположены поверх части каждой из противоположных боковых кромок промежуточного вкладыша из ленты для предотвращения перекоса промежуточного вкладыша из ленты в направлении оси цилиндра. 4. Гидродинамический опорный подшипник по п. 3, отличающийся тем, что вкладыш из гофрированной ленты имеет прямоугольную форму, свернут в цилиндр с расположением поверх промежуточного вкладыша из ленты и имеет противоположные боковые кромки, причем стопорные средства расположены поверх части каждой из противоположных боковых кромок вкладыша из гофрированной ленты для предотвращения перекоса вкладыша из гофрированной ленты в направлении оси цилиндра. 5. Гидродинамический опорный подшипник, содержащий верхний вкладыш из ленты, промежуточный вкладыш из ленты и вкладыш из гофрированной ленты, которые свернуты вокруг оси в форме цилиндра, при этом верхний вкладыш из ленты имеет прямоугольную форму и противоположные кромки и противоположные края, промежуточный вкладыш из ленты имеет прямоугольную форму и противоположные края и противоположные кромки, и к одному из противоположных краев верхнего вкладыша из ленты и к одному из противоположных краев промежуточного вкладыша из ленты прикреплена шпонка, отличающийся тем, что на другом противоположном крае верхнего вкладыша из ленты имеются стопорные средства, содержащие по меньшей мере одну часть, загнутую с образованием выступа, входящего в паз, выполненный в одной из противоположных кромок промежуточного вкладыша из ленты вблизи указанной шпонки, так что выступ выступает через паз радиально наружу для предотвращения перекоса верхнего вкладыша из ленты в направлении оси цилиндра. 6. Гидродинамический опорный подшипник по п. 5, отличающийся тем, что указанные стопорные средства включают противоположные выступы, образованные из загнутых крайних частей у указанного другого противоположного края верхнего вкладыша из ленты вблизи его каждой противоположной кромки и выступающие радиально наружу через два противолежащих паза, выполненных на противоположных кромках промежуточного вкладыша из ленты вблизи шпонки. 7. Гидродинамический опорный подшипник по п. 6, отличающийся тем, что на другом противоположном крае промежуточного вкладыша из ленты расположены выступы, которые проходят радиально наружу и опираются на один край вкладыша из гофрированной ленты, при этом указанные выступы верхнего вкладыша из ленты опираются на противоположный край вкладыша из гофрированной ленты.