Комбинированная опора привода Российский патент 2020 года по МПК F16C21/00 

Изобретение относится к области машиностроения и ракетно-космической техники и может быть использовано в роторных машинах, к которым предъявляются высокие требования по надежности и долговечности, которые работают в условиях невесомости или у которых валы расположены вертикально, вследствие чего отсутствует радиальная нагрузка на подшипники качения.

Известна комбинированная опора по патенту РФ №2395733 содержащая корпус и размещенные в нем подшипник скольжения, подшипник качения и систему подпружиненных колодок, закрепленных на внутренней поверхности полого вала, отличающаяся тем, что подпружиненные колодки имеют разную массу или пружины имеют разную жесткость. Комбинированная опора работает в режиме номинальной скорости вращения и в случае пусков-остановов за счет того что пружинные колодки с разной жесткостью подключают и отключают разнотипные подшипники за счет перетекания масла между втулками подшипников.

Основным недостатком указанной опоры является низкая надежность работы опоры особенно в условиях низкой гравитации и вакуума из-за непрогнозируемого изменения вязкости масла перетекающего по протокам.

Также известна комбинированная опора по патенту РФ №2243425 содержащая корпус и размещенные в нем подшипник качения и гидродинамический подшипник, отличающаяся тем, что во внутреннем кольце подшипника качения размещена втулка из антифрикционного материала, вал установлен во втулке с зазором h1, причем относительно гидродинамического подшипника вал имеет зазор h2, больший, чем зазор h1 вала во втулке, а гидродинамический подшипник установлен эксцентрично относительно оси подшипника качения. Опора работает так что при пуске-останове работает подшипник качения а при увеличении частоты вращения вала появляется в гидродинамическом подшипнике, который установлен эксцентрично относительно оси подшипника качения и с зазором h2 относительно вала, гидродинамическая сила и вал "всплывает", передача нагрузки на корпус осуществляется через смазочный слой гидродинамического подшипника, а также через смазочный слой между валом и втулкой, а внутреннее кольцо подшипника качения вращается с меньшей частотой под действием момента сил трения в смазочном слое.

Основным недостатком указанной опоры является низкая надежность, и долговечность ее работы из-за отсутствия регулирования силы радиального нагружения от гидродинамического подшипника что приводит либо к чрезмерной радиальной нагрузке на вал при максимальной частоте вращения либо к недостаточной радиальной нагрузке при пуске-останове что приводит к биениям и вибрациям в подшипнике качения.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача уменьшить биения и вибрацию в подшипнике качения за счет создания постоянной нагружающей силы в опоре при незначительном увеличении силы сопротивления качению в опоре, что приводит к увеличению надежности и долговечности работы опоры.

Поставленная задача решается тем, что в комбинированной опоре ротора содержащей корпус с размещенными в нем двумя комбинированными подшипниками, каждый из которых состоит из подшипника качения и статодинамического подшипника, расположенными на валу ротора, при этом статодинамический подшипник, выполнен с изменяемым рабочим эксцентриситетом, что обеспечивается конструкцией наружного кольца статодинамического подшипника в виде двух эксцентриковых втулок, причем рабочие эксцентриситеты обоих статодинамических подшипников одинаковы как по величине, так и по направлению.

Статодинамические подшипники комбинированной опоры ротора могут быть гидродинамическими подшипниками

Статодинамические подшипники комбинированной опоры ротора могут быть газодинамическими подшипниками

Техническим результатом изобретения является уменьшение биений и вибраций в подшипнике качения за счет создания постоянной нагружающей силы в опоре при незначительном увеличении силы сопротивления качению в опоре, что приводит к увеличению надежности и долговечности работы опоры

На фиг. 1 изображен боковой разрез одного из комбинированных подшипников, с сечением на котором показаны эксцентриситеты статодинамических подшипников.

Комбинированная опора ротора содержит (см. Фиг. 1) вал 1 на котором расположено два корпуса комбинированного подшипника 2 в которых жестко закреплены установленные рядом подшипник качения 3 и подшипник скольжения 4. Подшипник скольжения 4 содержит вращающуюся втулку 5; внешнюю эксцентриковую втулку 6 и внутреннюю эксцентриковую втулку 7. Эксцентриситеты внешней эксцентриковой втулки 6 и внутренней эксцентриковой втулки 7 расположены так чтобы рабочий эксцентриситет подшипника скольжения 4 был направлен в сторону наивыгоднейшего нагружения всей системы и совмещен с рабочим эксцентриситетом подшипника скольжения 4 второго комбинированного подшипника 2.

Выбор типа подшипника скольжения 4 - гидродинамический или газодинамический - зависит от внешних условий применения комбинированной опоры и выбирается при проектировании.

Комбинированная опора ротора работает следующим образом: в режиме пуск-останов за счет известной радиальной нагрузки на вал 1 от подшипника скольжения 4 существует минимально необходимое усилие для прижатия шариков в подшипнике качения 3 что приводит к отсутствию биений и вибраций в комбинированном подшипнике 2 в этом режиме.

Для устойчивости движения шариков в подшипнике скольжения 4 необходимо корпус комбинированного подшипника 2 нагрузить расчетной радиальной нагрузкой, направление вектора которой выбирается в наиболее выгодном, с точки зрения обеспечения высокой надежности и долговечности, направлении, например, наибольшей жесткости крепления корпуса 1. Одним из способов задания на подшипники качения 3 радиальной нагрузки является установка параллельно ему подшипника скольжения 4, в результате опора становится комбинированной.

С целью обеспечения высокой надежности и долговечности работы комбинированная опора ротора вводится непрерывное поддержание расчетного значения радиальной нагрузки на подшипник качения 3 в заранее заданном направлении за счет того, что статогидродинамический подшипник скольжения 4 расположен в комбинированном подшипнике 2 так что радиальная нагрузка от подшипник скольжения 4 направлена постоянно в 1 направлении в обоих подшипниках скольжения 4

В такой комбинированной поре ротора в условиях невесомости или при вертикальном расположении вала 1 радиальная нагрузка на подшипник качения 3 будет определяться эпюрой давления, создаваемой в гидростатодинамическом подшипнике скольжения 4. Так как давление в гидростатодинамическом подшипнике скольжения 4, при прочих равных условиях, зависит от вязкости смазывающего материала, то при изменении температуры или замене смазочного материала на другой с отличающейся вязкостью происходит изменение радиальной силы, что ведет или к ослаблению расчетной радиальной нагрузки и неустойчивому движению шариков или к ее увеличению и повышению повреждаемости сопряженных поверхностей.

С целью обеспечения высокой надежности и долговечности работы роторной опоры вводится непрерывное поддержание расчетного значения радиальной нагрузки на подшипник качения 3 в заранее заданном направлении за счет того, что статогидродинамический подшипник скольжения 4 выполняется с регулируемым рабочим эксцентриситетом, что обеспечивается конструкцией наружного кольца в виде двух эксцентриковых втулок.

Таким образом, получен техническим результата именно уменьшены биения и вибрации в подшипнике качения за счет создания постоянной нагружающей силы в опоре при незначительном увеличении силы сопротивления качению в опоре, что приводит к увеличению надежности и долговечности работы опоры

Изобретение относится к области машиностроения и ракетно-космической техники и может быть использовано в роторных машинах, к которым предъявляются высокие требования по надежности и долговечности, которые работают в условиях невесомости или у которых валы расположены вертикально, вследствие чего отсутствует радиальная нагрузка на подшипники качения. Комбинированная опора привода содержит корпус с размещенными в нем двумя комбинированными подшипниками, каждый из которых состоит из подшипника качения и статодинамического подшипника, работающего при вращении внутреннего кольца, расположенными на валу ротора. Статодинамический подшипник выполнен с изменяемым рабочим эксцентриситетом, что обеспечивается конструкцией наружного кольца в виде двух эксцентриковых втулок, причем рабочие эксцентриситеты обоих статодинамических подшипников одинаковы как по величине, так и по направлению. Технический результат: уменьшение биений и вибраций в подшипнике качения за счет создания постоянной нагружающей силы в опоре при незначительном увеличении силы сопротивления качению в опоре, что приводит к увеличению надежности и долговечности работы опоры. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комбинированная опора привода содержит корпус с размещенными в нем двумя комбинированными подшипниками, каждый из которых состоит из подшипника качения и статодинамического подшипника, работающего при вращении внутреннего кольца, расположенными на валу ротора, отличающаяся тем, что статодинамический подшипник выполнен с изменяемым рабочим эксцентриситетом, что обеспечивается конструкцией наружного кольца в виде двух эксцентриковых втулок, причем рабочие эксцентриситеты обоих статодинамических подшипников одинаковы как по величине, так и по направлению.

2. Комбинированная опора привода по п. 1, отличающаяся тем, что статодинамический подшипник представляет собой гидродинамический подшипник.

3. Комбинированная опора привода по п. 1, отличающаяся тем, что статодинамический подшипник представляет собой газодинамический подшипник.