ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК Российский патент 2003 года по МПК F16C32/06 F16C17/18 

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

Известен гидростатический подшипник (пат. США 4,417,823, кл. F 16 С 32/06, 1983 г.), содержащий вал и корпус, у которого опорная шейка вала выполнена в виде втулки, корпус содержит два комплекта несущих карманов, расположенных по внутренней и внешней сторонам опорной шейки, а компенсация расхода смазки в несущих карманах осуществляется дросселями постоянного сопротивления (пассивная компенсация).

Недостатками подшипника являются большие потери на жидкостное трение при вращении вала с высокой скоростью, так как потери имеют место одновременно с внешней и внутренней сторон опорной шейки; пассивная компенсация расхода смазки в несущих карманах, что не позволяет достичь малой, нулевой и отрицательной податливости подшипника; а также значительные радиальные габариты подшипника.

Наиболее близким аналогом изобретения является гидростатический подшипник с вращающейся втулкой, содержащий корпус, вал и подвижную втулку, расположенную в полости между корпусом и валом. Несущие карманы и пассивные дросселирующие каналы для подвода смазки выполнены внутри корпуса и вала и расположены с внешней и внутренней сторон втулки. При работе подшипника вращение вала частично передается втулке за счет действия сил вязкого трения в смазке (пат. США 4,381,126, кл. F 16 С 32/06, 1983 г.).

Недостатком подшипника является невозможность получения малой, нулевой и отрицательной податливости, так как нагрузка воспринимается двумя последовательно расположенными несущими слоями с пассивной компенсацией расхода смазки.

Задачей изобретения является создание подшипника с малой, нулевой и отрицательной податливостью, обеспечиваемой за счет активной компенсации расхода смазки в несущем слое, и сохранение возможности вращения втулки за счет действия сил вязкого трения в смазке.

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, согласно изобретению, 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. Кольцевые каналы могут быть выполнены либо в корпусе с внешней стороны втулки и во втулке с ее внутренней стороны, либо во втулке с внешней и внутренней стороны.

Такой подшипник позволяет обеспечить малую, нулевую и отрицательную податливость за счет активной компенсации расхода смазки в несущем слое. Использование щелевых дросселирующих зазоров без несущих карманов между поверхностью вала и втулкой позволяет исключить возникновение турбулентности смазки при высоких частотах вращения и снижает потери мощности на трение. Кроме того, это позволяет использовать в качестве смазки не только жидкости, но и газы.

На чертеже показан продольный разрез подшипника.

Гидростатический подшипник состоит из корпуса 1 с выполненным в нем радиальным каналом 2, сообщенным с источником 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 4 в корпусе 1 выполнен кольцевой канал 6, а с внутренней стороны втулки 4 - кольцевой канал 7 (кольцевые каналы могут быть выполнены во втулке 4 с внешней и внутренней стороны), сообщенные между собой радиальными каналами 8 и с источником нагнетания смазки радиальным каналом 2. На внешней цилиндрической поверхности втулки 4 по обоим концам выполнены кольцевые выступы 9, образующие между корпусом 1 и втулкой 4 ступенчатый дросселирующий зазор 10. Между корпусом 1 и валом 3 образованы осевые дросселирующие зазоры 11, а между торцевыми поверхностями втулки 4 и корпусом 1 - радиальные щелевые дросселирующие зазоры 12. Осевые щелевые зазоры 5 и 11 образуют несущий слой, поддерживающий вал 3. В месте воображаемого пересечения радиальных щелевых дросселирующих зазоров 12 со ступенчатым зазором 10 образованы кольцевые полости 13, сообщенные со сливными отверстиями 14, выполненными в корпусе 1. Кольцевые полости 13 образованы за счет наличия фасок 15 (либо за счет выполнения кольцевых канавок в корпусе 1, на чертеже не показаны).

Работа подшипника происходит следующим образом.

При перемещении вала 3 под действием нагрузки уменьшаются (увеличиваются) осевые щелевые дросселирующие зазоры 5 и 11 в нагруженной (разгруженной) зоне подшипника, что вызывает увеличение (уменьшение) давления в этих зонах и в сопряженных с ними зонах радиальных щелевых зазоров 12. Под воздействием разности давлений в нагруженной и разгруженной зонах осевого щелевого зазора 5 втулка 4 перемещается вверх, чем достигается увеличение (уменьшение) зазора 5 в нагруженной (разгруженной) зоне. В результате нагнетание смазки в нагруженную (разгруженную) зону дополнительно увеличивается (уменьшается) и давление здесь еще более возрастает (падает), перемещая вал 3 навстречу нагрузке. За счет производимого таким образом активного управления нагнетанием смазки достигается малая, а также нулевая и даже отрицательная податливость подшипника. Поток смазки из кольцевого канала 6 через ступенчатый щелевой зазор 10 между корпусом 1 и подвижной втулкой 4 необходим для стабилизации радиального положения последней. Поток смазки через радиальные щелевые зазоры 12 необходим для стабилизации осевого положения подвижной втулки 4.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в обрабатывающем оборудовании с использованием в качестве смазывающей среды как жидкостей, так 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. Втулка образовывает с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор. В средней плоскости подшипника с внешней и внутренней сторон 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 их воображаемого пересечения со ступенчатым зазором образованы дренажные кольцевые полости. Техническим результатом являются способность подшипника обеспечить малую, нулевую и отрицательную податливость за счет активной компенсации расхода смазки в несущем слое, сохранение возможности вращения втулки за счет действия сил вязкого трения в смазке. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. 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, отличающийся тем, что в средней плоскости подшипника с внешней и внутренней сторон 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. 2. Гидростатический подшипник по п.1, отличающийся тем, что кольцевые каналы выполнены в корпусе с внешней стороны втулки и во втулке с ее внутренней стороны. 3. Гидростатический подшипник по п.1, отличающийся тем, что кольцевые каналы выполнены во втулке с внешней и внутренней сторон последней.