Данное изобретение касается радиальных подшипников для вращающихся валов, в частности подшипников, которые приспособлены для поддержания тяжелых и быстро вращающихся валов при обстоятельствах, когда ненормальные условия эксплуатации могут приводить к неравномерному контакту между их поверхностями.
Изобретение в особенности, но не исключительно, связано с радиальными подшипниками, формирующими устройство дублирующего подшипника, в котором поверхность вала, или вращающийся несущий элемент, поддерживаемый на ней, обычно вращается относительно неподвижной части, но на расстоянии от нее, за исключением обстоятельств, где средство поддержки вала с ее нормальным зазором удалено, случайно или преднамеренно, или когда внешний удар или внутренний выход из равновесия оказывает воздействие на вал за пределами управления нормального средства подвески.
При таких обстоятельствах прямой контакт между перемещающимися относительно друг друга или неподвижными деталями может вызывать вибрации, которые продлевают и/или производят усиление начальной динамической нагрузки и приводят к повреждению любой из этих поверхностей или их обеих.
Когда такой контакт неизбежно приводит к остановке вращения вала, прямой контакт и любое образующееся в результате повреждение могут быть приемлемыми, поскольку несущие поверхности могут быть заменимы прежде, чем будет возобновлена работа. Однако там, где соударение происходит во время вращения вала без его намеренного прерывания, такое соударение может создавать такую потерю управляемого вращения и повреждения, что в любом случае потребуется останавливать вал и восстанавливать подшипник.
Известно, что в общем внутри таких радиальных подшипников упруго устанавливают (предпочтительно) неподвижную деталь для приспосабливания к силам ударов смещающегося вала и/или весу вала, но в больших машинах обеспечение такой упругости вносит дополнительные проблемы, включая такие, которые происходят от недостаточного пространства для смещения, связанного со способностью обеспечивать работу при нагрузке, проявляемой таким валом, или согласования упругости с рабочими условиями без увеличения эксцентриситета вращения вала до точки резонанса.
Такие проблемы возникают не только с дублирующими подшипниками, которые функционируют только после того, как вал отходит от нормального подвешенного положения, но также и с теми, которые можно расценивать как основные опорные подшипники, обычно работающие в соприкосновении с валом или отделенные от него масляной пленкой. Предотвращение чрезмерных напряжений от внешней динамической нагрузки или эксцентриситета вращения посредством упругого крепления аналогичным образом может приводить к перегрузке упругого крепления или других несущих элементов, если не имеется подходящего пространства для дополнительных конструктивных требований.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение для вращающегося вала устройства радиального подшипника, которое решает многие из конструктивных и технологических проблем, связанных с необычными уровнями нагрузки, следующими из эксцентрического вращения такого вала. Задачей настоящего изобретения также является обеспечение такого устройства радиального подшипника в качестве первичного подшипника или устройства дублирующего радиального подшипника для отдельно опирающегося вала.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения устройство радиального подшипника для вращающегося вала содержит
(i) кожух, расположенный так, чтобы окружать пространство вала, и имеющий поверхность, обращенную к пространству вала,
(ii) множество аркообразных вкладышей подшипника, размещенных вокруг пространства вала, покрывающих поверхность кожуха, каждый из которых имеет внешнюю опорную поверхность, примыкающую к пространству вала, и внешнюю поверхность корпуса, примыкающую к поверхности кожуха, и
(iii) монтажное средство, выполненное с возможностью поддержания по меньшей мере одного вкладыша подшипника относительно поверхности кожуха, перемещающееся относительно него в направлении к поверхности кожуха и от нее, включающее в себя связанное с каждым перемещающимся вкладышем ограничитель для ограничения степени перемещения вкладыша от поверхности кожуха и пружинное средство для смещения вкладыша от поверхности кожуха до предела, определяемого ограничителем, прикладывающее к ограничиваемому вкладышу заданный уровень предварительной нагрузки и, в соответствии с нагрузкой, прикладываемой к опорной поверхности, превышающую уровень предварительной нагрузки, обеспечивающее возможность смещения вкладыша по направлению к поверхности кожуха.
Устройство подшипника предпочтительно включает в себя средство демпфирования, определяемое пружинным средством и чувствительное к смещению любого конкретного вкладыша подшипника из-за эксцентриситета вращения вала внутри пространства вала, для снижения возврата энергии от пружинного средства к валу, по существу совпадающего по фазе с эксцентрическим вращением.
Пружинное средство предпочтительно содержит множество отклоняемых по отдельности упругих элементов, сложенных вместе.
Упругие элементы могут быть ограничены по размеру в направлении по окружности кожуха и сложены так, чтобы быть связанными с отдельными вкладышами подшипника, независимо от вкладышей, разнесенных по окружности на расстояние от них, или элементы могут простираться по окружности и быть сложены со смещением по окружности от их соседних элементов так, чтобы вносить вклад в поддержание множества разнесенных на расстояние по окружности вкладышей подшипника. В обоих случаях набор отклоняемых по отдельности упругих элементов обеспечивает фрикционное демпфирование посредством относительного перемещения примыкающих поверхностей элементов во время отклонения наборов. В последнем случае упругие элементы могут реагировать на нагрузку от эксцентрически вращающегося вала, производя не только такое фрикционное демпфирование, но также и соединяя смещение нагруженных вкладышей с разнесенными на расстояние по окружности вкладышами, осуществляя демпфирование со сдвигом по фазе нагрузки на валу.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения дублирующий радиальный подшипник для отдельно опирающегося вала содержит устройство радиального подшипника, как определено в предшествующих абзацах, имеющее множество аркообразных вкладышей подшипника, каждый из которых смещается связанным пружинным средством против действия средства ограничителя и определяется местоположением его опорной поверхности, причем пространство вала имеет размеры поперечного сечения, превышающие размеры вала, подлежащего содержанию там, для определения во время вращения вала рабочего промежутка, соответствующего разрешенной степени отклонения положения вала от концентрического расположения с пространством вала.
Ниже описаны варианты осуществления изобретения посредством примера относительно прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1 представляет композицию вертикальных проекций видов в поперечном разрезе фиг.1(a) и 1(b) первого варианта осуществления размещенного в кожухе устройства дублирующего радиального подшипника в соответствии с изобретением для вала, подвешенного с помощью магнитного поля в кожухе, иллюстрирующую конструкцию подшипника из группы аркообразных вкладышей подшипника, окружающих вал и установленных относительно кожуха с помощью связанных по отдельности наборов отдельно упругих элементов пружин, причем каждый из видов компонентов изображает отличающиеся рабочие условия,
фиг.2(a) представляет вид в вертикальном разрезе в направлении 2a-2a фиг.1(a), показывающий вал в нормальном рабочем расположении относительно вкладышей дублирующего подшипника, фиг.2(b) представляет вид в вертикальном разрезе, взятый по направлению 2b-2b фиг.1(b), показывающий вал в положении, налагаемом нагрузкой, относительно вкладышей дублирующего подшипника,
фиг.3 и 4 представляют фрагментарные вертикальные проекции видов в поперечном разрезе частей альтернативных форм монтажного средства,
фиг.5(a) представляет вид с торца второго варианта осуществления размещенного в кожухе устройства дублирующего подшипника в соответствии с настоящим изобретением для вала, подвешенного с помощью магнитного поля в кожухе, содержащего n группу из шести аркообразных вкладышей подшипника, окружающих вал и смонтированных относительно кожуха с помощью удерживающих распорок промежуточных вкладышей и наборов по отдельности упругих элементов пружин, где элементы пружин простираются, и со взаимным смещением, по окружности так, чтобы вносить вклад в поддержание множества разнесенных на расстояние по окружности вкладышей подшипника,
фиг.5(b) представляет вид в вертикальном разрезе, взятый по линиям 5b-5b фиг.5(a),
фиг.5(c) представляет вид сверху по линиям 5c-5c фиг.5(b),
фиг.5(d) представляет увеличенное изображение, частично в разрезе, устройства фиг.5(a), показывающее взаимосвязь между концевыми заплечиками вкладышей подшипника и удерживающими распорками средства ограничителя промежуточного вкладыша,
фиг.5(e) представляет схематический вид в перспективе взаимосвязи между концевыми заплечиками вкладышей подшипника и удерживающими распорками,
фиг.6 представляет схематический вид части устройства подшипника фиг.5(a) для иллюстрирования его действия в ответ на приложенную в радиальном направлении нагрузку,
фиг.7(a)-7(c) представляют схематические виды части устройства подшипника фиг.5(a) для иллюстрирования квадратурного демпфирования,
фиг.8(a) представляет вид с торца третьего варианта осуществления размещенного в кожухе устройства дублирующего подшипника в соответствии с настоящим изобретением, и магнитного подшипника, с которым оно связано, подобного второму варианту осуществления, но в котором удерживающие распорки могут смещаться для изменения положений в радиальном направлении вкладышей подшипника, и способны реагировать на отказ магнитного подшипника, перемещая вкладыши подшипника в опорный контакт с валом,
фиг.8(b) представляет вид в поперечном разрезе устройства подшипника фиг.8(a) по линии 8b-8b, и
фиг.9 представляет схематический вид модификации части устройства подшипника фиг.5(a), иллюстрирующий альтернативную конструкцию заплечиков вкладышей подшипника и удерживающих распорок и действия в соответствии с нагрузкой, прикладываемой в радиальном направлении и в направлении вдоль окружности.
На фиг.1-2(b) изображен вал 10, имеющий цилиндрическую поверхность 11, определенную продольной осью 12, относительно которой он может вращаться. Вал расположен внутри кожуха, обозначенного в общем ссылочной позицией 14, в котором при работе он приспособлен для вращения, поддерживаемого устройством подвески, обозначенным в общем ссылочной позицией 18, включающим в себя подшипник 5 электромагнитной подвески, показанный на фиг.8(a), общепринятый в технике. В соответствии с настоящим изобретением устройство 20 радиального подшипника смонтировано относительно кожуха 14, который формирует устройство дублирующего подшипника, как описано более подробно ниже. Радиальной подшипник включает в себя часть кожуха, показанного ссылочной позицией 24, выполненного так, чтобы окружать вал при работе, и имеет продольную ось 25, номинально совпадающую с осью вращения вала 12.
Хотя устройство подшипника существует независимо от вала, для работы с которым оно предназначено, и в соответствии с его независимым существованием, его удобно именовать как устройство подшипника, окружающее пространство 26 вала, размеры и другие параметры такого вала, типа его вращательной инерции и статического веса влияют на устройство, и для ясности иллюстрации и описания, части сверху и справа на фиг.1, обозначенные как фиг.1(a), показаны с валом на его месте и в нормальном рабочем положении. Нижняя левая сторона фиг.1, обозначенная как фиг.1(b), показывает вал на его месте, но смещенный в радиальном направлении от его нормального рабочего положения, как описано более подробно ниже.
Часть 24 кожуха может быть единым корпусом или содержать верхний и нижний полукруглые элементы или оболочки 27 и 28, соединенные по диаметральной поверхности раздела 29, как иллюстрируется на чертежах. Часть 24 кожуха выровнена внутри кольцом из N аркообразных вкладышей 301-30N подшипника, разнесенных на расстояние друг от друга в направлении вдоль окружности относительно оси 25. В этом подробном изложении ссылку на направление вдоль окружности и вкладыши подшипника, разнесенные на расстояние по окружности, следует пояснить, соответственно. N может быть четным или нечетным числом и, как показано, имеется восемь вкладышей 301-308, расположенных диаметрально противолежащими парами с целым количеством вкладышей, содержащихся внутри каждого элемента кожуха.
Каждый аркообразный вкладыш 30i (где i составляет от 1 до 8) содержит стальной корпус 33i, имеющий по существу цилиндрическую выпуклую радиально наружу поверхность 34i, которая расположена над имеющей соответственную форму областью 35i поверхности кожуха, и цилиндрически вогнутую радиально внутреннюю поверхность 36i, определяемую слоем материала 38i подшипника скольжения. Принимая во внимание, что одни и те же элементы повторяются для каждого вкладыша 30i подшипника, на чертеже показаны элементы главным образом относительно вкладышей 301, 302 и 308.
В этом варианте осуществления материал подшипника скольжения представляет собой работающий без смазки, заполненный смазочным материалом агломерированный металлический материал типа имеющегося у фирмы Federal-Mogul Deva Werke GmbH, Stadtallendorf, Германия, под торговой маркой DEVA.
Каждый вкладыш 30i установлен относительно кожуха 24 с помощью монтажного средства, обозначенного в общем ссылочной позицией 40, посредством чего группа вкладышей подшипника определяет посредством местоположения их опорных поверхностей 36i пространство 26 вала так, что с валом 10, находящимся в нормальном эксплуатационном расположении, то есть с совпадающими осями 12 и 25, вал разнесен на расстояние в радиальном направлении от опорных поверхностей на небольшой промежуток типа показанного ссылочной позицией 42i и, кроме того, выпуклые поверхности 34i смещены от кожуха в радиальном направлении на промежуток 44i.
Радиус кривизны лицевой поверхности 36i может быть больше радиуса кривизны поверхности 11 вала, так что они являются концентрическими, когда отделены промежутком 42i, может быть по существу равен радиусу кривизны вала так, что соответствует его поверхности, когда находится с ним в контакте, или может быть компромисс между этими двумя величинами.
Монтажное средство 40 также содержит ограничитель, обозначенный в общем ссылочной позицией 45, для ограничения смещения вкладышей подшипника радиально внутрь, то есть перемещения от поверхности кожуха. Как часть ограничителя каждый вкладыш 30i образован на его концах 30'i и 30"i, или других удобных краях, с концевыми заплечиками 46'i и 46"i вкладыша, соответственно, причем каждый заплечик имеет поверхность 47'i и 47"i, обращенную по направлению к пространству вала, и находится в фальцевом соединении относительно опорной поверхности, и каждый заплечик имеет соединенную с ним удерживающую распорку, простирающуюся от поверхности кожуха, примыкающей к краю вкладыша, и имеющую головную часть, расположенную так, чтобы перекрывать заплечик, для ограничения смещения вкладыша подшипника от поверхности кожуха и обеспечения возможности смещения вкладыша подшипника к поверхности кожуха.
В этом варианте осуществления каждая удерживающая распорка расположена между смежными вкладышами так, что ее головная часть перекрывает по меньшей мере один концевой заплечик по меньшей мере одного смежного вкладыша. То есть каждый вкладыш 30i имеет соединенную с ним пару снабженных головной частью удерживающих распорок 50i и 50(i+1), которые проходят радиально внутрь от поверхности кожуха между соседними вкладышами i и (i+1), и головными частями 52i и 52(i+1) распорок, которые перекрывают заплечики 46'i и 46"i, соответственно, причем головные части распорок, когда опираются на заплечики вкладышей, утоплены относительно вогнутой опорной поверхности 36i по меньшей мере на величину толщины промежутка 44i.
Как можно заметить, каждая снабженная головной частью распорка разделена между смежной парой вкладышей, и для вкладыша 308 используются удерживающие распорки 508 и 501. В этом варианте осуществления каждая распорка закреплена в положении относительно кожуха, но если требуется, распорка 50i может смещаться относительно кожуха в радиальном направлении и может скользить в связи с упором типа описываемой головки 52'i винта, которая ограничивает ее перемещение радиально внутрь.
Монтажное средство 40 также содержит соединенные с каждым вкладышем один или более опорные штифты 60, каждый из которых имеет хвостовик 62, проходящий по существу радиально в промежуток 44i от головной части 64, выполняя резьбовое зацепление со сквозным отверстием 66 в стенке кожуха в позиции 67, что позволяет регулировать радиальное положение головной части. Каждый присоединенный вкладыш 30i подшипника имеет в своей выпуклой лицевой поверхности 34i соответствующее количество выемок 68i и 68'i, каждая имеет соответствующий размер для размещения с зазором выступающего хвостовика 62 штифта и для скольжения вкладыша по ней в общем в радиальном направлении, в пределах, накладываемых упором со снабженными головной частью распорками и стенкой кожуха.
Монтажное средство 40 дополнительно содержит пружинное средство 70, содержащее множество отклоняемых по отдельности упругих элементов, сложенных вместе и прослаиваемых относительно присоединенного вкладыша подшипника и кожуха так, чтобы набор мог отклоняться при деформации каждого из элементов. По меньшей мере один, а обычно каждый, опорный штифт 60 несет на своем хвостовике 62 набор 71 из кольцеобразных тарельчатых пружинных шайб 72 типа, также известного как шайбы Бельвиля или тарельчатые пружины.
Головная часть 64 каждого штифта размещена внутри ее соответствующего отверстия 66 и закреплена относительно кожуха так, что ее пружинный набор 71 отжимает вкладыш от поверхности кожуха и до степени, ограниченной и разрешенной реакцией средства ограничителя. Кроме того, головная часть 64 каждого опорного штифта размещена внутри своего отверстия так, что пружинное средство приводится в сжатие взаимодействующими распорками промежуточного вкладыша до заданного уровня предварительной нагрузки. То есть каждый вкладыш подшипника размещен в упоре со снабженными головной частью распорками и определяет промежуток 44i относительно кожуха, и только в ответ на радиально направленную нагрузку на лицевой поверхности 36i вкладыша подшипника, которая превышает нагрузку пружины, вкладыш будет перемещаться по направлению к кожуху. Однако, поскольку такое смещение сопровождается дальнейшим сжатием пружинного средства 70, сопротивление смещению вкладыша также прогрессивно увеличивается в виде функции смещения, хотя в конечном счете вкладыш подшипника «упрется в основание» относительно кожуха, и установка станет жесткой.
Такая ситуация иллюстрируется на фиг.1(b), на которой заметно, что ось вала, как показано ссылочной позицией 12', смещена от концентрического расположения с кожухом, опирается непосредственно на имеющую соответствующую форму поверхность вкладыша 308 подшипника и толкает вкладыш в зацепление с кожухом. Как упомянуто выше, относительная высота каждого концевого заплечика 467, 46'7 и 468, 46'8 такая, что головные части 527, 528 и 521 распорок остаются утопленными относительно опорных поверхностей 367 и 368 и не входят в соприкосновение с валом, хотя должно быть понятно, что головные части распорок можно обеспечивать материалом и формой опорной поверхности (показанной пунктирными линиями со ссылочной позицией 538) на одном уровне с поверхностью соответствующим образом жесткого, упирающегося в основание вкладыша подшипника.
Очевидно, что хотя поверхности вала, вкладышей подшипника и кожуха по существу концентрические, когда разделены промежутками 42 и 44, такой контакт может возникать только при смещении вала и, таким образом, смещенный вал практически может вступать в соприкосновение в любой момент времени только с несколькими из вкладышей подшипника.
В случае устройства 20 подшипника, обеспечивающего дублирование для полного поддерживания вала в отсутствии магнитной подвески, основная нагрузка обусловлена весом вала и ограничена нижней частью кожуха. Поэтому пружинное средство 70 относительно его связи с установкой вкладышей 301, 302, 307 и 308 подшипника можно предварительно нагружать до такого уровня, чтобы нагрузка, соответствующая весу компонента вала, действующему на него, была недостаточной для смещения вкладыша из упора со снабженными головной частью распорками ограничителя.
Если вес вала представляет единственный недостаток, вкладыши 303-306 подшипника можно устанавливать по-другому. Однако, как можно понять из следующего, предпочтительно предварительно нагружать пружинное средство, соединенное с верхней частью кожуха, то есть вкладыши 303-366. Все вкладыши подшипника можно устанавливать с одной и той же степенью предварительной нагрузки, но может быть целесообразно варьировать ее для вкладышей в различных положениях относительно кожуха.
В случае, когда устройство 20 подшипника подвергается внешним силам, или неуравновешенным силам, которые находятся за пределами возможности управления магнитной подвески, в то время как вал продолжает вращаться, такой эксцентриситет вращения может заставлять поверхность вала опираться на вкладыши 301-308 подшипника, по меньшей мере временно, и прилагать к ним радиальную нагрузку. Если нагрузка меньше, чем предварительная нагрузка, прикладываемая монтажным средством, вкладыш будет поддерживать вал, тогда как если нагрузка больше, вкладыш переместится против действия смещения пружинного средства, замедляя радиальное смещение вращающегося вала, либо остановив его полностью, либо значительно снижая соударения с кожухом.
Однако такая упругая опора вращающегося вала на любой вкладыш подшипника достигается посредством присоединенных наборов пружинных средств, запасающих энергию при отклонении и возвращающих ее валу, когда нагрузка смещения снижается, и возвращение энергии от пружинных средств к валу, по существу в фазе с изменением нагрузки эксцентрического вращения, может усиливать эксцентриситет. Монтажное средство 40 включает в себя средство демпфирования, обозначенное в общем ссылочной позицией 80, которое определено пружинным средством 70 и чувствительно к смещению любого конкретного вкладыша подшипника валом, для уменьшения возврата энергии от пружинного средства к валу, по существу синфазно с эксцентрическим вращением.
Поскольку пружинное средство содержит по меньшей мере один набор 71 из отклоняемых по отдельности пружин 72, соединенных с каждым вкладышем подшипника, средство фрикционного демпфирования включает в себя каждый упомянутый набор пружин, обеспечивающий фрикционное, или кулоновское, демпфирование на основании относительного скольжения между их примыкающими поверхностями во время отклонения, когда они находятся под нагрузкой и без нагрузки. Таким образом, нагрузка, прикладываемая к вкладышу подшипника, частично рассеивается в виде теплоты трения, а частично запасается внутри отклоненных пружин, увеличивая наблюдаемую жесткость пружинного набора, и только часть запасенной энергии возвращается к валу, когда нагрузка удалена, уменьшая наблюдаемую жесткость пружинного набора.
Очевидно, что величина фрикционного демпфирования, достигаемая каждым упомянутым пружинным набором, зависит от площадей, и количества, отдельных примыкающих поверхностей пружин.
Предварительная нагрузка на пружинном средстве не только понижает величину пространства, то есть промежутка 44i, требуемого для эффективного ограничения больших сил, производимых в случае, если дублирующий подшипник должен действовать, но также, с некоторым количеством дисковых пружин и их индивидуальной толщиной, позволяет настраивать реакцию демпфирования на нагрузку и отклонение.
Поэтому можно заметить, что реакцию упругого демпфирования каждого вкладыша подшипника можно изменять посредством регулирования любого отдельно установленного вкладыша в виде функции сил нагрузки, ожидаемых или фактически испытываемых для какого-нибудь конкретного вала.
На основании взаимных расположений между монтажным пружинным средством и удерживающими распорками 50i может испытываться некоторая упругость в форме наклона даже для уровней нагрузки между валом и любым вкладышем подшипника, который является недостаточным для физического перемещения вкладыша в целом, но во всяком случае достаточным для ослабления повреждения поверхности от ударяющегося вала.
Ясно, что к описанному выше варианту осуществления можно применять множество видоизменений, не изменяя при этом его принципы действия, эксплуатационные варианты типа различий в обеспечении предварительной нагрузки в различных местоположениях относительно кожуха, и конструктивные модификации типа количества вкладышей, количества и расположения монтажных штифтов и формы, принимаемой пружинным средством.
В альтернативных вариантах конструкций, показанных на фрагментарных видах на фиг.3 и 4, соответственно, монтажные штифты могут иметь свои хвостовики, прикрепленные относительно присоединенных вкладышей, и свои головные части, способные скользить относительно кожуха.
Рассмотрим фиг.3, на которой монтажный штифт 60' имеет свой хвостовик 62', зафиксированный относительно выемки 68' присоединенного вкладыша посредством резьбового зацепления 67', и головную часть 64', способную скользить относительно отверстия 66' кожуха. Отверстие имеет сужение 69', определяющее заплечик, примыкающий к поверхности кожуха, и промежуток 44, уменьшающий его поперечное сечение, но имеющий такие размеры, чтобы обеспечивать возможность прохождения со скольжением хвостовика штифта, но предотвращать прохождение головной части. Пружинное средство 70' содержит набор 71' дисковых пружин 72', содержащихся в промежутке 44 и наиболее удобно входящих внутрь поверхности вкладыша и/или кожуха, когда они полностью сжаты. Можно заметить, что головную часть 64' можно заставить опираться на заплечик 69' сужения для осуществления предварительной нагрузки пружин, и перемещения оттуда со смещением вкладыша подшипника.
Что касается фиг.4, то на ней кожух содержит отверстие, открытое на его внутреннем в радиальном направлении конце, но закрытое или заглушенное на его внешнем в радиальном направлении конце, определяя закрытую выемку 66". Монтажный штифт 60" имеет свой хвостовик 62", зафиксированный относительно выемки 68" присоединенного вкладыша посредством резьбового зацепления 67", и головную часть 64", способную скользить относительно закрытой выемки 66" кожуха. Пружинное средство 70" расположено между головной частью 64" и закрытым концом выемки 66" в виде набора 71" дисковых пружин 72", сжимаемых при смещении вкладыша.
Очевидно, что средство 45 ограничителя может быть образовано иначе, чем заплечиками 46'i и 46"i вкладыша и снабженными головной частью распорками 50i и 50(i+1) на краях, содержащих простирающиеся по окружности концы вкладышей, например, с одной или более обращенных в осевом направлении к сторонам вкладышей. В качестве альтернативы средство ограничителя может обходиться без снабженных фальцем заплечиков и удерживающих распорок и поддерживать вкладыши, способные перемещаться относительно кожуха, посредством снабженного головкой винта, скользящим образом проходящего через кожух в выпуклую поверхность вкладыша и ограниченного в смещении радиально внутрь упором с кожухом. Такое ограничение можно обеспечивать посредством опорных штифтов 60' и сужений 69' отверстий на фиг.3 с пружинным средством, или аналогичных штифтов (не показанных), без пружинного средства, перемещаемых по их окружности и/или по их оси для регулирования средства демпфирования.
Хотя вариант осуществления был описан и проиллюстрирован с материалом слоя подшипника, работающим без смазки, пропитанным смазочным материалом, для поверхностей вкладышей можно использовать другие материалы подшипников, и несмотря на материал подшипника скольжения устройство 20 радиального подшипника может включать в себя средство подачи текучей среды, обозначенное в общем ссылочной позицией 90, которое действует для подачи смазочной и/или охлаждающей текучей среды к поверхности 36i подшипника каждого вкладыша от кожуха посредством каналов 92 в корпусе вкладыша.
Поскольку средство 20 подшипника содержит дублирующий подшипник для управляемого магнитного устройства подвески и приводится в действие, когда магнитная подвеска, которая включает в себя чувствительные элементы, является неспособной поддерживать вал, такая неспособность поддерживать вал может распознаваться и использоваться дублирующим средством 7 управления (фиг.8(a)) способом, описанным в патенте GB-A-2268983, и средство 90 подачи текучей среды подсоединяет и поддерживает подачу текучей среды под давлением, удобно газообразной, по меньшей мере к тем вкладышам подшипника, на которые вал должен опираться или действительно опирается, и через них, как обозначено пунктирными линиями для каналов 92, формируя гидростатический (или аэростатический) подшипник между вогнутой поверхностью вкладыша и валом. Хотя эффект любых таких давлений текучей среды воздействует на вкладыши подшипника и их упругие установки, можно обеспечить прикладываемую предварительную нагрузку для гарантирования, что в неблагоприятных условиях вкладыш не сместится.
Очевидно, что толщина промежутка 42i между любым вкладышем 30i и валом при нормальном функционировании мала, но значительно больше, чем когда такой вкладыш несет нагрузку. Однако текучую среду можно подавать во время нормального функционирования с низкой скоростью потока ко всем или выбранным вкладышам подшипника для обеспечения охлаждающего эффекта и/или обеспечения опоры с высокими кинетическими характеристиками, особенно если ощущается снижение уверенности в уровне поддерживания магнитного подшипника, предлагаемого таким образом. Низкое давление, которое создает такой поток в результате сопротивления утечке и/или его сжимаемости (если это газ), может обеспечивать дополнительный параметр регулирования для демпфирования упруго установленных вкладышей подшипника.
Относительно вышеупомянутого описания, касающегося дублирующего подшипника для магнитной подвески, должно быть понятно, что вместо этого такое устройство подшипника может, и без такой магнитной подвески, формировать основной подшипник вала гидростатической или гидродинамической формы, если промежуток 42i является небольшим и постоянно обеспечивается подачей текучей среды посредством вкладышей 30i подшипника, по меньшей мере, когда вал вращается, в пленке поддержания нагрузки. Дисбаланс или внешние силы, действующие для смещения вращающегося вала, будут для большинства аспектов функционирования согласовываться посредством локального увеличения давления внутри сокращающегося промежутка между валом и опорной поверхностью, но в случае сил, превышающих предварительную нагрузку на конкретный вкладыш, вкладыш подшипника может перемещаться и способствовать противодействию силе, прикладываемой к валу, без разрушения пленки текучей среды между ними.
В приведенном выше описании кривизна вкладышей подшипника определяется согласно характеру действия, и дополнительный смазочный материал, если таковой вообще имеется, связан с формой подшипника. Из фиг.1(b) должно быть понятно, что посредством обеспечения вогнутой лицевой поверхности 36 с радиусом кривизны, равным радиусу кривизны вала, предлагается максимальное соответствие, если вал смещается прямо к ней, но в меньшей степени, если нагрузка вала разделяется смежными вкладышами. Также промежуток 42i нормального функционирования не однороден относительно оси. В другом крайнем случае, если центр кривизны каждого вкладыша подшипника совпадает с центром кривизны кожуха и нормального положения вала, то имеется однородный промежуток 42, но смещенный вал не будет поддерживаться полностью на любом конкретном вкладыше подшипника. В соответствии с этим может быть более практичным определять кривизну между этими крайними случаями. Однако промежуток 42 на практике будет маленьким, скажем, порядка 0,5 мм, так что для эффективной опоры достаточна вышеупомянутая компромиссная кривизна. Такие соображения имеют меньшую важность с гидростатическим или гидродинамическим подшипником, смазываемым текучей средой, в котором зависимость между поверхностями вала и подшипника через промежуток 42 при нормальном функционировании имеет основное значение.
Хотя тарельчатые пружинные шайбы являются удобными для использования, не меньше их, поскольку их кольцеобразная форма делает их поведение однородным относительно сил, прикладываемых наклонно относительно радиального направления, можно применять пружины других форм, которые подходят для укладывания во вложенной форме. Например, пружины могут иметь цилиндрическую кривизну относительно оси, перпендикулярной радиальному направлению, и быть по существу плоскими в направлении оси кривизны. Также, поскольку пружины имеют наклон относительно поверхности вкладыша и/или кожуха, они могут иметь полное протяжение по окружности, которое больше, чем у вкладышей.
В описанном выше первом варианте осуществления и его видоизменениях элементы пружинного средства, соединенные с каждым вкладышем подшипника, являются автономными, посредством чего каждый вкладыш подшипника может не только перемещаться независимо от других, но также и его характеристику перемещения, то есть предварительную нагрузку, жесткость пружины и фрикционное демпфирование, можно приспосабливать независимо и в соответствии с его положением относительно оси кожуха с некоторыми изменениями элементов. Однако, хотя упругая установка вкладышей подшипника служит для поглощения и рассеяния сил, перемещающих вал из концентрического расположения с кожухом, такая по существу пассивная реакция не может быть наилучшей для всех обстоятельств функционирования.
Например, в описанном выше магнитном подшипнике 5, в котором вал должен вращаться относительно его продольной оси, концентрической с кожухом, и располагаться на расстоянии от вкладышей подшипника, которые определяют дублирующий подшипник, если вал начинает вращаться эксцентрично относительно оси, смещенной от оси кожуха, то есть кружиться, он имеет тенденцию перекрывать промежуток рядом с одним вкладышем подшипника, когда он поворачивается от вкладыша к вкладышу и периодически соударяется с каждым из вкладышей, несмотря на их демпфирующую упругую установку, они могут быть не в состоянии предотвращать рост эксцентричности вращения, по меньшей мере в пределах некоторого масштаба времени, что может предотвращать износ под действием ударных нагрузок или повреждение подвергаемых такому воздействию поверхностей или вала в целом.
На фиг.5(a)-5(e), в частности, на фиг.5(a) изображен вид с торца второго варианта осуществления устройства 120 радиального подшипника, который образует дублирующий подшипник для описанного выше подвешенного отдельно, с помощью магнитного поля, вала 10. Некоторые из вышеупомянутых элементов по существу соответствуют описанным выше элементам и в общем имеют ссылочные позиции с числами, увеличенными на "100".
Устройство 120 дублирующего подшипника содержит кожух 124 цилиндрической формы, имеющий продольную ось 125 и заключающий пространство 126 вала, которое, при работе, предназначено для содержания отдельно подвешенного вала 10 для вращения относительно оси 12 вала, совпадающей с осью кожуха 125.
Часть 124 кожуха может быть единым корпусом или, как иллюстрируется, содержать верхний и нижний полукруглые компоненты или оболочки 127 и 128, соединенные по диаметральной поверхности раздела 129, выравниваемые внутри кольцом из шести аркообразных вкладышей 1301-1306 подшипника, разнесенных на расстояние друг от друга в направлении вдоль окружности относительно оси 125.
Каждый аркообразный вкладыш 130i (где i составляет от 1 до 6) содержит стальной корпус 133i, имеющий по существу цилиндрическую выпуклую в радиальном направлении внешнюю поверхность 134i, которая лежит над имеющей соответствующую форму областью 135i поверхности кожуха, и цилиндрически вогнутую в радиальном направлении внутреннюю поверхность 136i, определенную слоем материала 138i подшипника скольжения. Материалом подшипника скольжения может быть работающий без смазки, заполненный смазочным материалом агломерированный металлический материал, как описано выше, или материал, требующий подачу к нему смазочного материала из текучей среды, как обсуждается ниже.
Каждый вкладыш 130i установлен относительно кожуха 124 с помощью монтажного средства, обозначенного в общем ссылочной позицией 140, посредством чего группа вкладышей подшипника определяет посредством местоположения их опорных поверхностей пространство 126 вала так, что с валом 10, находящимся в требуемом эксплуатационном расположении, то есть с совпадающими осями 12 и 125, поверхность вала располагается в радиальном направлении с маленьким промежутком от поверхности 136i вкладыша подшипника и, кроме того, выпуклая поверхность 134i отделена в радиальном направлении от поверхности кожуха.
Монтажное средство 140 содержит средство ограничителя вкладыша, обозначенное в общем ссылочной позицией 145, для ограничения смещения радиально внутрь вкладышей подшипника, то есть перемещения от поверхности кожуха. Как лучше всего показано на фиг.5(d), которая изображает нижнюю часть фиг.5(a), увеличенную и частично в разрезе, и на фиг.5(e), каждый вкладыш 130i образован в его торцевых областях 130'i и 130"i с концевыми заплечиками 146'i и 146"i вкладышей, соответственно, причем каждый заплечик имеет поверхность 147'i и 147"i, обращенную к пространству вала, и находится в фальцевом соединении относительно опорной поверхности, и дополнительные заплечики 148'i и 148"i, обращенные от пространства вала. Каждый заплечик, например 146"i, имеет соединенный с ним ограничитель вкладыша, или удерживающую распорку, 150, проходящую от поверхности кожуха, примыкающей к торцевой области вкладыша, и имеющую головную часть 152i, расположенную так, чтобы перекрывать заплечик, для ограничения смещения вкладыша подшипника от поверхности кожуха посредством упора с поверхностью 147"i заплечика, но обеспечивая возможность смещения вкладыша подшипника к поверхности кожуха до тех пор, пока он не ограничивается упором с дополнительной поверхностью 148"i заплечика.
Каждая удерживающая распорка расположена между смежными вкладышами так, что ее головная часть расположена, по меньшей мере, над одним концевым заплечиком, по меньшей мере, одного смежного вкладыша; наиболее практично, и как показано на чертежах, распорка разделяется между смежными вкладышами. То есть удерживающая распорка 1501 расположена между вкладышами 1301 и 1302 подшипника, удерживающая распорка 1502 расположена между вкладышами 1302 и 1303 подшипника и т.д. При рассмотрении другого пути подшипник 1302 вкладыша имеет соединенную с ним пару удерживающих распорок 1501 и 1502, головные части 1521 и 1522 которых расположены над заплечиками 146'2 и 146"2, соответственно.
Монтажное средство 140 также включает в себя соединенный с каждым вкладышем 130i опорный штифт 160i, который имеет хвостовик 162i, простирающийся по существу радиально от головной части 164i, которая производит резьбовое зацепление со сквозным отверстием 166i в стенке кожуха. Каждый упомянутый присоединенный вкладыш подшипника имеет на своей выпуклой лицевой поверхности 134i соответствующую выемку 168i, имеющую размеры для приема выступающего хвостовика штифта с зазором и позволяющую вкладышу поворачиваться и скользить по ней.
Монтажное средство 140 также содержит пружинное средство 170, содержащее множество отклоняемых по отдельности упругих элементов в форме пластинчатых пружин 172i (где i=A, B, C...), проходящих по окружности относительно кожуха и пространства вала между вкладышами подшипника и поверхностью кожуха. Каждая из пластинчатых пружин имеет по существу цилиндрическую кривизну, с центром на оси 125 кожуха, и естественный радиус кривизны, по существу равный радиусу кривизны других, посредством чего пружины можно вставлять одну внутрь другой и поддерживать одну на другой в радиальном направлении для формирования набора 171, осуществляющего подвеску присоединенных вкладышей подшипника. Пластинчатые пружины являются по существу плоскими в направлении по оси кожуха и имеют ширину, по существу равную ширине вкладышей подшипника, так что имеется значительная область, расположенная между ними в тесном контакте для передачи нагрузки. Продолжая использовать подшипник 1302 вкладыша в качестве примера, увидим, что набор содержит соединенную с каждым вкладышем подшипника первую пружину 172A, оканчивающуюся рядом с одной торцевой областью 130'2 вкладыша и поворотным образом прикрепленную к ней в заплечике 146'2, вторую пружину 172B, оканчивающуюся рядом с противоположной торцевой областью вкладыша и поворотным образом прикрепленную к ней в заплечике 146"2, и третью пружину 172C, установленную в ее центре на втулке, снабженной опорным штифтом 1622, и в частности, его хвостовиком 1622. Третья пружина имеет небольшой зазор относительно ее монтажной втулки, ограничиваемая таким образом в отношении скольжения по втулке и ограничиваемая относительно смещения от поверхности кожуха пружинной защелкой 1732 в виде гайки, расположенной по оси втулки для определения предела смещения. Первая и вторая пружины имеют больший зазор втулки, чтобы они не оказывали какого-либо сопротивления их смещению относительно кожуха и друг друга.
Каждая из пластинчатых пружин 172A и 172B имеет на своем конце 172A2 и 172B2, примыкающем к соответствующей торцевой области 130'2, 130"2 вкладышей подшипника, ширину в осевом направлении, слегка превышающую торцевую область, и разнесенные на расстояние по оси, проходящие в радиальном направлении фланцы 176, расположенные по бокам и прикрепленные к заплечикам вкладышей.
Функционально третью пружину можно рассматривать как основную пружину, тогда как первую и вторую пружины, прикрепленные к вкладышу, можно рассматривать как вторичные пружины, и здесь они упоминаются сами по себе.
В этом варианте осуществления имеется такое же количество пластинчатых пружин, как и вкладышей подшипника, то есть шесть, и пластинчатые пружины имеют по существу равную длину. Как показано из фиг.5(a), пластинчатые пружины выполнены так, что каждая из них простирается по окружности и производит поддержку для трех смежных разнесенных на расстояние по окружности вкладышей подшипника, причем каждая из пружин 172A, 172B и 172C смещена по окружности относительно смежных пружин из набора так, что для каждого вкладыша подшипника, скажем, 1302, присоединенная первая пружина 172A, прикрепленная к одной торцевой области 130'2, содержит третью пружину 172C вкладыша 1303, расположенную по окружности на расстоянии в направлении к противоположной торцевой области 130"2 вкладыша подшипника, а присоединенная вторая пружина 172B, прикрепленная к противоположному концу 130"2, содержит третью пружину 172C вкладыша 1301, расположенную по окружности на расстоянии в направлении к одному концу 130'2 вкладыша подшипника. То есть в общем для каждого вкладыша 130i подшипника первая и вторая пружины, соединенные с этим вкладышем, включают в себя, соответственно, третьи пружины смежных разнесенных на расстояние по окружности вкладышей подшипника.
Кроме того, для каждого упомянутого вкладыша подшипника типа 1302, присоединенная третья пружина 172C проходит по окружности от его монтажной втулки на угол, составляющий приблизительно ±90°, то есть прилежащий угол в 180°, точный угол будет обусловлен количеством и размерами окружности подшипника вкладышей в группе и количеством вкладышей подшипника, под которыми простирается каждая пружина, но предпочтительно, он находится в пределах диапазона ±(60-120)°, по причинам, указанным ниже.
Удерживающие распорки расположены так, чтобы поддерживать каждую установленную с помощью втулки третью, основную, пружину в натяжении, с ее концами, которые скошенными врозь посредством упора заплечиков вкладышей подшипника, к которым концы прикреплены головными частями удерживающих распорок, то есть основная пружина смещает заплечики относительно головных частей удерживающих распорок и, поскольку все пружины установлены и прикреплены точно так же, по существу однородно, радиально направленное смещение проявляется между каждым из вкладышей подшипника и примыкающими головными частями удерживающих распорок.
Поскольку пластинчатые пружины проходят по окружности поперек промежутков между соседними вкладышами подшипника, где расположены удерживающие распорки ограничителя, каждая из удерживающих распорок 150i проходит через отверстие 174 в каждой пружине. Чтобы гарантировать поддержание прогиба пластинчатой пружины внутри пределов упругости, каждая упомянутая пластинчатая пружина имеет, около упомянутого отверстия, усилительное средство 174', содержащее один или большее количество фланцев, имеющих компоненты, проходящие по окружности и радиально относительно пространства вала (как лучше всего показано на фиг.5(c)).
На фиг.5(e) каждая удерживающая распорка 150i имеет свою головную часть, определяющую кулачковую поверхность, и присоединенный концевой заплечик вкладыша, действующий совместно с кулачковым следящим элементом, позволяя заплечику перемещаться радиально и по окружности относительно пространства вала в упоре с удерживающей распоркой, и для вкладыша подшипника перемещаться в соответствии с подобным или дифференциальным перемещениями заплечиков на противоположных концах вкладыша подшипника.
Каждая распорка 150i имеет свою головную часть 152i, определяемую выемкой 175, открытой по направлению к смежному вкладышу, и имеет такой размер, чтобы принимать там концевой заплечик 146"i вкладыша, причем упомянутая выемка имеет стенку 176, образованную вокруг оси 177, проходящей ортогонально направлению вдоль окружности и радиальному направлению, и определяющую кулачковую поверхность. Каждая из поверхности 147"i и дополнительной поверхности 148"i концевого заплечика вкладыша подшипника также образованы вокруг осей 178' и 178", соответственно, проходящих ортогонально направлению вдоль окружности и радиальному направлению, как выпуклый кулачковый следящий элемент, устроенный так, чтобы обеспечить возможность, в упоре с кулачковой поверхностью 176, перемещения и вращения относительно него. Поверхность 147"i и дополнительная поверхность 148"i могут быть выполнены, но не обязательно, соприкасающимися, а оси 178' и 178" могут совпадать, определяя относительно общей оси 178 по существу полуцилиндрическую торцевую область для вкладыша.
Определение такого кулачка и кривизны кулачкового следящего элемента относительно параллельных осей приводит к линейному контакту, который имеет высокий допуск по нагрузке, но также и более высокий уровень трения, что может быть приемлемо, и, если требуется, по меньшей мере одна из поверхностей кулачкового следящего элемента и кулачка также может быть образована относительно оси типа 179', 179" или 179'", проходящей по меньшей мере в одном из направлений вдоль окружности и радиального направления, приводя к более чем точечному контакту.
Фиг.6 схематично представляет упрощенный вид нормального функционирования, где пружины смещают поверхности 147'i и 147"i заплечика относительно кулачковой поверхности 176.
Если отдельная (магнитная) подвеска вала будет не в состоянии сохранять промежуток между вращающимся валом и любой поверхностью вкладыша подшипника из-за смещения оси вращения от оси кожуха в одном конкретном направлении, вал может опираться на вкладыш подшипника типа описываемого вкладыша 1302. В зависимости от нагрузки, прикладываемой валом, различные силы смещения пружины, поддерживающие вкладыш относительно головных частей 1521 и 1522 удерживающих распорок, преодолеваются, и поверхности 147'i и 147"i заплечиков вкладыша смещаются в радиальном направлении относительно распорок, причем смещению противостоит пружинный набор, по меньшей мере до тех пор, пока нагрузка не достигает такого уровня, что поверхности 148'i и 148"i концевых заплечиков вкладыша упираются в кулачковую поверхность 176 (как показано пунктирными линиями). Такое смещение заставляет присоединенные основную и вторичные пружины 172A, 172B и 172C отклоняться относительно кожуха и перестраивать их положения относительно друг друга посредством скольжения. Таким образом, нагрузка вала переносится с помощью упругости, которая предотвращает повреждение, вызываемое соударением между поверхностью вала и вкладышем подшипника.
Очевидно, что отклонение пружинного средства посредством отклоненного вала включает в себя сохранение энергии, которая возвращается пружинами, когда нагрузка уменьшается. Поскольку вал обычно вращается, когда происходит контакт с вкладышами дублирующего подшипника, возвращение энергии от пружинного средства может вызвать проблемы, если оно не демпфируется.
Монтажное средство 140 включает в себя средство демпфирования, обозначенное в общем ссылочной позицией 180 и определенное, по меньшей мере частично, пружинным средством 170, которое является чувствительным к смещению любого конкретного вкладыша подшипника из-за эксцентриситета вращения вала внутри пространства вала для снижения возврата энергии от пружинного средства к валу, по существу совпадающего по фазе с эксцентрическим вращением.
Таким образом, если вкладыш 1302 подшипника подвергается периодически прикладываемой нагрузке от вибрации или эксцентричного вращения вала, пружинное средство 170 обеспечивает демпфирование, чтобы препятствовать возвращению энергии от пружин к валу, совпадающему по фазе с нагрузкой, примыкающие поверхности сложенных пружин производят фрикционное или кулоновское демпфирование посредством вышеупомянутого скольжения поверхностей пружин во время отклонения. Также, конечно, поскольку каждая основная пружина соединена со вторичными пружинами нескольких вкладышей, должно быть понятно, что фрикционное демпфирование, вызываемое относительным перемещением между пружинами, распределено по окружности и не ограничено пружинами непосредственно между этим вкладышем и кожухом.
Однако, монтажное средство 140 обеспечивает больше, чем только фрикционное, или кулоновское, демпфирование, и средство 180 демпфирования содержит связь внутри пружинного средства между набором пружин, связанных с описываемым вкладышем 1302 подшипника и вкладышами 1301 и 1303 подшипника, разнесенными от него на расстояние по окружности вокруг пространства вала, так что смещение вкладыша 1302 подшипника в направлении к поверхности кожуха приводит к смещению по меньшей мере части разнесенных на расстояние по окружности вкладышей 1301 и 1303 подшипника от поверхности кожуха к пространству вала и вращающемуся в нем валу.
На фиг.7(a)-7(c) схематично проиллюстрирована эта пружинная связь для вкладыша 1302 с его основной пружиной 172C, как указывалось выше, длина пружины вдоль окружности и расположение вкладышей по окружности такие, что в нормальных условиях концы пружины прикреплены к удаленным от центра концевым заплечикам 146'1 и 146"3 примыкающих вкладышей 1301 и 1303 и удерживаются в напряжении посредством упора заплечиков с кулачковыми поверхностями удерживающих распорок 1506 и 1503. Основная пружина простирается приблизительно на 90° от ее монтажной втулки так, чтобы в случае радиального смещения вкладыша 1302 центральная область основной пружины также смещалась и создавала, на каждом конце, прикрепленном к концевому заплечику находящегося на расстоянии по окружности вкладыша подшипника, компонент силы смещения, действующий по существу в направлении монтажной втулки и способной выполнять скольжение по поверхностям кулачкового следящего элемента разнесенных на расстояние по окружности концевых заплечиков вкладышей по кулачковым поверхностям удерживающих распорок так, что ближайшие концы разнесенных на расстояние по окружности вкладышей подшипника смещаются кулачковыми поверхностями от пространства вала, а удаленные концы разнесенных на расстояние по окружности вкладышей подшипника смещаются кулачковыми поверхностями к пространству вала так, что часть несущей поверхности этого вкладыша наклоняется и смещается к валу. Такое разнесенное на расстояние по окружности смещение устроено для перекрытия промежутка с эксцентрично вращающимся валом, приводя к тому, что вкладыш плотно прилегает к поверхности вала, расположенной на расстоянии по окружности от того места, где вал прикладывает нагрузку к вкладышу 1302, то есть прикладывает силу к валу, сдвинутую по фазе примерно на 90° от нагрузки, прикладываемой к вкладышу 1302, и лучше способно демпфировать любое возрастание эксцентриситета вращения.
Хотя оптимальное демпфирование достигнуто с помощью такой нагрузки на подшипник со сдвигом по фазе на 90° и продвинуто по фазе, то есть с помощью расположенного на расстоянии по окружности вкладыша подшипника, который, относительно вращения вала, расположен на расстоянии в направлении вращения вала, удобно также, чтобы связь внутри пружинного средства была между упомянутым вкладышем 1302 подшипника, а также расположенным на расстоянии по окружности вкладышем подшипника, который, относительно вращения вала, расположен на расстоянии против направления вращения вала. Мало того, что это упрощает конструкцию на основании симметрии, но также и осуществляет оптимальное демпфирование независимо от направления вращения вала.
Очевидно, что хотя квадратурное демпфирование с опережением по фазе является желательным, эффективного демпфирования можно достичь с другими углами сдвига фаз, и, как было указано выше, можно достигать соответствующего демпфирования, имея третью/основную пружину, простирающуюся от ее крепления посредством втулки на углы в диапазоне 60-120°. Например, устройство подшипника, подобное устройству 120, может иметь восемь вкладышей подшипника, расположенных вокруг кожуха, каждый из которых простирается приблизительно на 45°; основная пружина, соединенная с каждым вкладышем подшипника, может тогда простираться на ±67,5° или ±112,5°, в зависимости от того, простирается ли она под тремя или пятью смежными вкладышами. Также может быть нечетное количество вкладышей подшипника, например пять, вследствие чего каждая основная пружина может простираться на ±108° и быть соединенной с тремя смежными вкладышами. Таким образом, каждая такая основная пружина с центром, расположенным в соответствии с каким-либо конкретным вкладышем подшипника, может простираться так, чтобы быть прикрепленной к концам несмежных вкладышей, и/или каждая упомянутая монтажная втулка может быть выполнена в соответствии с конкретным вкладышем, но располагаться между вкладышами с помощью удерживающих распорок. Таким образом, такое видоизменение длины основной пружины дает значительную свободу в выборе количества и протяжения используемых вкладышей подшипника.
Хотя были описаны видоизменения в форме, сведенной к расположению пружин и пружинного набора, должно быть понятно, что упругое и фрикционное демпфирование могут быть различными для всего устройства подшипника при соответствующем выборе материалов и размеров проходящих по окружности пружин, каждая из которых соединена с множеством вкладышей подшипника, они могут варьироваться относительно оси кожуха посредством применения пружин с различным действием, предлагая переносить максимальную нагрузку к нижнему вкладышу в кожухе для поддержания веса вала, или они могут варьироваться для отдельных вкладышей подшипника посредством использования дополнительных пружин, сложенных с основной и вторичными пружинами, но не распространяя их по окружности за присоединенный вкладыш.
Очевидно, что поскольку фрикционное демпфирование достигнуто посредством взаимного скольжения между пружинами набора, уровнем трения, который является функцией общей площади поверхности соприкосновения пружин, можно управлять посредством выбора количества поверхностей и площади каждой из них. Поскольку дублирующий подшипник является "работающим без смазки", если контакты между поверхностями такие, что существует риск проявления статического трения пружин в наборе, вырабатывая избыточное тепло или даже привариваясь друг к другу, некоторые или все поверхности пружин можно обеспечивать смазочным материалом или покрытием с низким коэффициентом трения.
Каждое из устройств 20 и 120 дублирующего подшипника требует для нормального функционирования промежутка между валом и поверхностью вкладышей подшипника, в котором вал может выполнять перемещения внутри зоны регулирования магнитной или другой отдельной опорной подвески, и не входить в контакт с вкладышами дублирующего подшипника. Поскольку отдельная магнитная подвеска сохраняет управление, конструкция должна выполнять компромисс между размером промежутка, требуемого для того, чтобы дублер не вступал в действие слишком скоро, но не позволяя при этом эксцентрично вращающемуся валу приобретать слишком много несбалансированной энергии, которой следует управлять с помощью дублирующего подшипника, когда он действует.
Однако, обеспечивая средство для изменения промежутка при работе и отдельный контроль вращения вала и/или эффективности подвески для отдельной (магнитной) подвески, в случае эксплуатационного отказа отдельной подвески, или даже понижения степени уверенности, которую подвеска обеспечивает, промежуток между вкладышами и валом целесообразно понижать пропорционально отсутствию уверенности вплоть до устранения в ответ на обнаруженную неспособность вала опираться отдельно, то есть в случае фактического или зарождающегося отказа магнитного подшипника.
Рассмотрим фиг.8(a) и 8(b), на которых на фиг.8(a) показан вал 10, подвешенный с помощью магнитного поля активно управляемого электромагнитного подшипника 5 известной в общем формы, содержащего группу полюсов якоря электромагнита, через которые электромагнитный пускатель 7 пропускает ток, определяя магнитную цепь с валом, который они окружают, разнесенные на расстояние от вала с помощью воздушного зазора 8. Чувствительный элемент 9 обнаруживает вариации в воздушном зазоре и подает сигналы в электромагнитный пускатель для изменения токов катушек вместе или относительно друг друга. На чертеже также показан в разрезе третий вариант осуществления устройства 220 радиального подшипника, который формирует устройство дублирующего подшипника для магнитного подшипника. Устройство дублирующего подшипника разделяет многие элементы с устройством 120, и им даны те же ссылочные позиции, и сколько-нибудь подробное описание снова не приводится. Другие вышеупомянутые элементы по существу соответствуют описанным выше в описании и в общем имеют ссылочные позиции с предшествующей цифрой "2".
Дублирующий подшипник представляет собой устройство, принципиально отличающееся включением дублирующего средства 282 управления, действующего для определения уровня отдельной поддержки для вала и изменения рабочего промежутка между вкладышами подшипника и валом с помощью ограничителя 245 вкладышей, как функции уверенности в упомянутом уровне отдельной поддержки, где ограничитель вкладышей может смещаться относительно поверхности кожуха для изменения величины рабочего промежутка.
Как описано выше, ограничитель вкладышей содержит между каждой парой примыкающих вкладышей подшипника, типа 1301 и 1302, удерживающую распорку, типа 2501, которая имеет головную часть 1521, утопленную для размещения и эффективного удерживающего упора с заплечиками в торцевых областях вкладышей. Принимая во внимание, что в устройстве 120 подшипника сопоставимая удерживающая распорка 1501 прикреплена к кожуху, в этом варианте осуществления удерживающая распорка 2501, и каждая другая распорка 250i, установлена на стойке 2531 и, внутри монтажной втулки 253'1, может перемещаться относительно кожуха вдоль радиальной оси.
Дублирующее средство 282 управления дополнительно содержит средство 283 приведения в действие, подсоединенное к стойкам удерживающих распорок для одновременного перемещения в радиальном направлении удерживающих распорок, принимающих форму кольцевого средства 284, проходящего по окружности относительно кожуха и смещенного по оси от группы стоек удерживающих распорок, но примыкающую к ней, и средство 285 механической связи между каждой упомянутой стойкой распорки и кольцом действует для перемещения вращения кольца по окружности в радиальное движение каждой упомянутой удерживающей распорки. Кольцевое средство включает в себя пару по существу плоских кольцеобразных колец 284A, 284B с заключенными между ними стойками удерживающих распорок из группы, а средство механической связи содержит осевой выступ от одного к другому, способный зацепляться в прорези, наклонной относительно направления вдоль окружности и радиального направления, формируя пару кулачка и кулачкового следящего элемента, посредством чего смещение кольца в одном направлении вдоль окружности производит смещение всех удерживающих распорок в одном радиальном направлении. Для каждой стойки 2531 удерживающей распорки, осевой выступ образован болтом 285', проходящим по оси, параллельной оси 125 кожуха, через стойку 253 и прорези 286A, 286B, соответственно, в каждом из смежных колец 284A, 284B. Можно заметить, что кольцевое средство 284 поддерживается относительно средства кожуха упомянутой механической связью с отдельными удерживающими распорками.
Средство 283 приведения в действие дополнительно содержит устройство 287 совершающих взаимное возвратно-поступательное движение поршня и цилиндра, оперативно подсоединенное по касательной к кольцам кольцевого средства в позиции 287' для осуществления вращательного движения кольцевого средства по окружности относительно кожуха, а также цепь 288 пускателя, которая устроена для получения сигналов от чувствительного элемента 9 воздушного зазора магнитного подшипника и, по сравнению с предварительно программируемыми или "самообучающимися" зависимостями между изменением воздушного зазора и отсутствием управления магнитного подшипника, хранящимися в памяти 288', должна обеспечивать возбуждающий сигнал для устройства 287 поршня и цилиндра для вращения кольцевого средства и приведения в действие удерживающих распорок ограничителей вкладышей радиально внутрь так, чтобы вкладыши дублирующего подшипника входили в контакт с поверхностью вала или по меньшей мере снижали расстояние, на которое они должны переместиться, чтобы стать опирающимися. То есть, если магнитный подшипник все еще функционирует, но уровень уверенности в этом снижается, вкладыши дублирующего подшипника можно перемещать к поверхности вала в случае, если он выйдет из строя, но до этих пор они не входят с валом в соприкосновение. Однако, если обнаружен отказ магнитного подшипника, возможно, прямо от электромагнитного пускателя 7, пускатель дублирующего подшипника может перемещать вкладыши подшипника, чтобы без задержки они вошли с валом в соприкосновение.
Если вкладыши подшипника должны быть приведены в соприкосновение с валом и, в действительности, образовали основной подшипник, внешнее управление, как предусмотрено дублирующим средством управления, можно использовать со средством подачи текучей среды, обозначенным ссылочной позицией 290, и включать каналы 292, проходящие сквозь вкладыши, для обеспечения смазочного материала, когда вкладыши подшипника перемещены в соприкосновение с валом. Как таковое, соприкосновение происходит только в связи с информацией о положении вала от внешних сигналов, материал вкладышей подшипника не должен смазываться сухой смазкой и может быть из любого соответствующего материала, для которого требуется отдельная подача смазочного материала, или из несмазываемого материала, для которого требуется хладагент.
Как упомянуто выше относительно первого варианта осуществления, можно использовать каналы типа обозначенных ссылочной позицией 292, когда вкладыши оттягиваются от вала, чтобы допустить газ для выполнения охлаждения и/или газового демпфирования в дополнение к фрикционному и пружинному демпфированию, и такие каналы и охлаждающий газ можно использовать с устройством 120 подшипника аналогичным образом, хотя это специально не иллюстрируется. Очевидно, что устройство 287 поршня и цилиндра может обеспечивать пульсирующую силу для периодического контакта с валом для усиления демпфирования, и поскольку удерживающие распорки могут перемещаться внешним образом с помощью прикладываемой силы, они также взаимодействуют относительно этого, и для этого замкнутый поток текучей среды устройства поршня и цилиндра может производить дополнительную упругость и/или демпфирование любых периодических элементов с такой реакцией в соответствии со смещением вала, но также осуществляя управление другими вкладышами подшипника в положениях вдоль окружности, не совпадающих по фазе с таким смещением.
Следует также отметить, что поскольку дублирующий подшипник может функционировать, когда вкладыши подшипника смещены полностью в соприкосновение с валом, как основной подшипник, конструкцию второго варианта осуществления 120 можно использовать в качестве основного радиального подшипника, опуская промежуток, упругая установка вкладышей и соединение вдоль окружности способны обеспечить демпфирование в ответ на эксцентриситет вращения вала.
В устройствах 120 и 220 подшипников ограничитель 145 принимает форму удерживающих распорок промежуточного вкладыша, утопленных так, что концевые заплечики 146'i и 146"i вкладыша производят упор с ними, определяя пределы смещения как от поверхности кожуха, так и к ней, то есть посредством поверхности 147i, 147"i заплечика и дополнительной поверхности 148'i, 148"i, соответственно. Очевидно, что поскольку каждый вкладыш подшипника установлен, хотя и свободно, на монтажной втулке 160i пружины, такая втулка может производить ограничение смещения к поверхности кожуха настолько же, насколько обеспечивает его упор вкладыша и подстилающего пружинного набора. Таким образом, как схематично иллюстрируется на фиг.9, каждая из удерживающих распорок 150'i может принимать форму, более подходящую к этому варианту осуществления 20, но в которой каждая головная часть 152'i сужена для обеспечения кулачковой поверхности 167. Соответственно, каждый вкладыш 130i подшипника может иметь свою область 146'i заплечика только с одной поверхностью 147'i, 147"i кулачкового следящего элемента.
Очевидно, что другие конструкционные особенности, показанные только в каком-либо одном из вариантов осуществления, можно использовать соответствующим образом в других вариантах осуществления, где это уместно.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ВИБРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПОДВЕСКА РОТОРА МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ | 2010 |
|
RU2440518C1 |
| КОМБИНИРОВАННЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ | 2017 |
|
RU2725842C2 |
| БЕССТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ | 2002 |
|
RU2289045C2 |
| НАТЯЖНОЙ МЕХАНИЗМ | 2012 |
|
RU2560207C2 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ АБРАМОВА В. А. | 2016 |
|
RU2686648C9 |
| ТОРМОЗ (ВАРИАНТЫ) | 2006 |
|
RU2381396C1 |
| ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) | 2014 |
|
RU2639921C2 |
| СТАРТЕР, СОДЕРЖАЩИЙ ВАЛ ЯКОРЯ, УСТАНОВЛЕННЫЙ В ПОДШИПНИКЕ, РАСПОЛОЖЕННОМ МЕЖДУ ЯКОРЕМ И РЕДУКТОРОМ | 2009 |
|
RU2498105C2 |
| Подшипниковый узел (варианты) | 2013 |
|
RU2677435C2 |
| НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО МЕХАНИЧЕСКОЙ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ, МЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД, А ТАКЖЕ СПОСОБ НАТЯЖЕНИЯ ПРИВОДНОГО РЕМНЯ | 2003 |
|
RU2304241C2 |
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к радиальным подшипникам вращающихся валов. Радиальный подшипник с качающимися вкладышами включает в себя кольцеобразный кожух для группы аркообразных вкладышей, упруго установленных с помощью пружинного средства, которое смещает вкладыши относительно головных частей, удерживающих распорки, которые ограничивают смещение в радиальном направлении и заставляют вкладыши подшипника определять пространство вала. Вкладыши имеют соединенные с ними опорные штифты, прикрепленные к кожуху или вкладышу на одном конце и перемещающиеся относительно вкладыша или кожуха на другом. Пружинное средство содержит наборы отклоняемых по отдельности элементов, установленных между взаимно перемещающимися вкладышем, кожухом или штифтом, и предварительно нагруженных, посредством регулирования эффективного промежутка с вкладышами относительно распорок. Пружинное средство образовано тарельчатыми кольцеобразными пружинными шайбами, установленными на опорных штифтах. Относительное перемещение между пружинами во время отклонения набора обеспечивает фрикционное демпфирование для упругой подвески, легко регулируемое путем изменения количества и жесткости пружинных шайб. Также радиальный подшипник может содержать наборы простирающихся вдоль окружности пружин. Пружины каждого набора в радиальном направлении и по окружности смещены друг от друга, и каждая поддерживает примыкающие вкладыши подшипника. Каждая пружина установлена по центру на втулке, связанной с одним вкладышем, и прикреплена своими концами к разнесенным на расстояние по окружности вкладышам. Протяжение вдоль окружности каждой пружины предпочтительно составляет ±90°, так что при смещении в радиальном направлении на втулке вкладышем, являющимся для нее центральным, концы смещают прикрепленные к ним концы вкладыша относительно конических головных частей удерживающих распорок и наклоняются к пространству вала, производя демпфирующий контакт с валом со сдвигом по фазе на 90° с нагрузкой вала, смещающей центральный вкладыш. Относительное перемещение между вложенными пружинами обеспечивает фрикционное демпфирование. Удерживающие распорки могут смещаться вместе, устраняя зазор пространства вала, если магнитная подвеска выходит из строя или демонстрирует признаки выхода из строя. Техническим результатом является улучшение технических характеристик радиального подшипника. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 19 ил.
Приоритет по пунктам:
| US 5421655 А, 06.06.1995 | |||
| DE 3622495 А1, 21.01.1988 | |||
| US 6183138 В1, 06.02.2001 | |||
| DE 3815029 А1, 16.11.1989 | |||
| RU 2073133 C1, 10.02.1997. |
