Газостатический подшипниковый узел Советский патент 1992 года по МПК F16C32/06 F16C21/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях машин и механизмов высокоскоростных турбомашин различного назначения.

Известна конструкция подшипникового узла, в которой применяются совмещенные опорные и упорные газовые подшипники, причем поверхность упорного подшипника представляет собой двухстороннюю кольцевую пяту.

В известной конструкции увеличение несущей способности опоры сопровождается увеличением окружных скоростей на поверхности, воспринимающей нагрузку, причем окружные скорости на поверхности пяты значительно превосходят с1 ружные скорости на опорных подшипника;.. Это ведет к ухудшению условий работы узла, снижению надежности и уменьшение срока службы узла.

Известна конструкция подшипникового узла, содержащая подшипники качения в виде сопряженных с внешней поверхностью вала и равномерно расположенных по окружности полых роликов, размещенных на осях с зазором, и оснащенная системой подачи рабочей среды под давлением.

Основной недостаток данной конструкции состоит в том, что узел предназначен для восприятия только радиальной нагрузки, а восприятия осевой нагрузки не происходит.

Известна конструкция подшипникового узла, содержащая корпус, цапфу вала, охватывающие полые ролики, смонтированные с зазором на закрепленных в корпусе осях. а также выполненные в корпусе и осях каналы и питатели подвода газа, сообщающиеся с системой подачи газа под давлением, причем цапфа вала выполнена с кольцевой проточкой, посредством которой цапфа контактирует с периферийными частями роликов.

Основной недостаток известной конструкции заключается в том, что она предназначена для восприятия только осевой нагрузки. Кроме того, в сопряжении цапфы и тел качения наблюдается геометрическое скольжение, что ведет к ухудшению характеристик узла, износу тел качения и цапфы и соответственно уменьшению срока службы.

Цель изобретения - расширение диапазона работоспособности и увеличение срока службы подшипникового узла.

Цель достигается тем, что газостатический подшипниковый узел снабжен расположенной между корпусом и полыми роликами с возможностью их охвата несущей опорно-упооной шайбой конической

формы, внутренняя поверхность корпуса, поверхности вращения полых роликов, осей и цапфы выполнены коническими, при этом поверхность корпуса, обращенная в сторону упомянутой шайбы, выполнена с углом корпуса, аналогичным углу конической поверхности шайбы.

Предлагаемая конструкция позволяет расширить диапазон направлений воспри0 нимаемых нагрузок за счет того, что ролики и газостатические подшипники, на которые они опираются, выполнены коническими, а, кроме того, нагрузку несет коническая опорно-упорная шайба, опирающаяся на газо5 статические подшипники. Так как ролики и цапфа вала образованы конусами с пересекающимися вершинами, причем точка пересечения вершин лежит на оси вала и совпадает с точкой пересечения оси вала и

0 прямых, проходящих через линии контакта роликов и упорной шайбы, геометрическое скольжение в предлагаемой конструкции отсутствует. Это позволяет уменьшить износ тел качения и цапфы вала и тем самым

5 увеличить срок службы узла. Кроме того,

опорно-упорная шайба позволяет увеличить

сцепление между роликами и цапфой,

уменьшая возможность проскальзывания.

Частота вращения опорно-упорной

0 шайбы зависит от отношения диаметров цапфы и роликов, В соответствии с опытом применения вариаторов передаточное отношение 4-6 позволяет обеспечить устойчивость зацепления. Таким образом, частота

5 вращения шайбы и уровень окружных скоростей на ее поверхности значительно ниже чем в конструкциях, предусматривающих размещение упорной паты непосредственно на валу, в то время как площадь поверхности,

0 воспринимающей нагрузку, а следовательно, и несущая способность могут быть увеличены до необходимых значений.

Нагрузочная способность такого узла определяется контактной прочностью, тепло5 стойкостью, износостойкостью фрикционных элементов. Поэтому в зависимости от условий работы возможно применение стальных, текстолитовых, металлокерамических роликов.

0На фиг. 1 показан подшипниковый узел при закреплении осей со стороны оснований конусов, образующих ролики, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - подшипниковый узел при за5 креплении осей со стороны вершин конусов, образующих ролики, продольный разрез; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5-6 - подшипниковый узел, варианты. Газостатический подшипниковый узел содержит корпус 1. имеющий каналы 2 и

кольцевые проточки 3. сообщенные с подводом 4 системы подачи рабочей среды под давлением. Равномерно по окружности вокруг конических цапф 5 вала расположены полые ролики 6, размещенные на кониче- ских осях 7, закрепленных в корпусе 1. В осях 7 выполнены каналы 8 и питающие отверстия 9 для подвода газа в рабочий зазор. Ролики 6 своими наружными поверхностями совмещены с коническими цапфами 5 и опорно-упорными шайбами 10. В корпусе 1, в поверхностях, обращенных в сторону шайб 10, выполнены питатели 11, сообщенные с каналами 2, при этом данные поверхности соответствуют поверхностям шайб 10.

Подшипниковый узел работает следующим образом.

Ролики б опираются на газостатические подшипники, образованные подачей газа через питатели 9 в зазоры между осями 7 и внутренними поверхностями роликов 6. Находясь в сопряжении с цапфами вала 5, ролики 6 воспринимают нагрузку от вала. Так как ролики сопряжены с упорными шайбами 10, то они передают нагрузки на послед- ние. Опорно-упорные шайбы 10 опираются на газостатические подшипники, образованные подачей газа через питатели 11 в рабочие зазоры между поверхностями шайб 10 и обращенными к ним поверхностями корпуса 1. Рабочий газ к питателям 9 поступает через каналы 8 в осях 7. каналы 2 и кольцевые канавки 3 в корпусе 1 от системы подачи рабочей среды через подвод 4 . Рабочий газ к питающим отверстиям 11 поступает через каналы 2 и кольцевые проточки 3.

Предлагаемая конструкция подшипникового узла позволяет сохранить окружные скорости поверхностей, воспринимающих

нагрузку (осевую), на уровне окружных скоростей цапфы вала, что невозможно для конструкций, содержащий упорную пяту. Так как для указанных на фиг. 1 соотношений диаметров цапфы, роликов и шайбы сравнение с традиционным газостатическим подпятником с конической рабочей по- верхностью при условиях равенства диаметров пяты (для подпятника) и опорно- упорной шайбы (для предлагаемой конструкции) и равенстве частоты вращения вала выявляет снижение окружной скорости на поверхности, воспринимающей нагрузку, в пять раз. Конструкция позволяет избежать интенсивных износов и проскальзываний, что повышает срок службы и надежность работы.

Формула изобретения Газостатический подшипниковый узел, содержащий корпус, цепфу вала, охватывающие полые ролики, смонтированные с зазором на закрепленных в корпусе осях, а также выполненные в корпусе и в осях каналы и питатели подвода газа, сообщающиеся с системой подачи газа под давлением, о т- личающийся тем, что. с целью расширения диапазона работоспособности и увели- чения срока службы, он снабжен расположенной между корпусом и полыми роликами с возможностью их охвата несущей опорно-упорной шайбой конической формы, внутренняя поверхность корпуса, поверхности вращения полых роликов, осей и цапфы вала выполнены коническими, при этом поверхность корпуса, обращенная в сторону упомянутой шайбы, выполнена с углом корпуса, аналогичным углом конической поверхности шэйбы.

//

Изобретение относится к области маши построения и может использоваться в конструкциях высокоскоростных турбомашин различного назначения. Цель- расширение диапазона работоспособности и увеличение срока службы подшипникового узла. В газостатическом подшипниковом узле межJ ду корпусом и полыми роликами размешена с возможностью охвата роликов несущая опорно-упорная шайба конической формы. Внутренняя поверхность корпуса, поверхности вращения полых роликов, осей и цапфы выполнены коническими. Поверхность корпуса, обращенная в сторону упомянутой шайбы, выполнена с углом корпуса, аналогичным углу конической поверхности шайбы, В осях 7 выполнены каналы 8 и питающие отверстия 9 для подвода в рабочий зазор. Ролики б своими наружными поверхностями совмещены с коническими цапфами 5 и опорно-упорными шайбами 10. В корпусе 1 в поверхностях, обращенных в сторону упомянутых шайб 10. выполнены питатели 11, сообщенные с каналами 2. Опорно-упорная шзйба 10 позволяет увеличить сцепление роликами и цапфой, уменьшая возможность проскальзывания.6 ил. ё

Фиг. 3

//

Фиг. 5

Фиг. 6