газостатический подшипник

Формула изобретения

1. Газостатический подшипник, состоящий из корпуса камеры, сообщающейся с подводящей магистралью, с установленным внутри корпуса вкладышем подшипника, закрывающим камеру, отличающийся тем, что вкладыш подшипника выполнен из газонепроницаемой втулки, по краям которой установлены две кольцевые пористые вставки, зафиксированные при помощи наружных кольцевых крышек, при этом ширина каждой кольцевой пористой вставки равна 0,01 - 0,04 длины подшипника, а расстояние от каждого торца подшипника до центра каждой пористой вставки равно 0,25 - 0,35 длины подшипника.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность крышек, взаимодействующая с валом, является составной частью газонепроницаемого вкладыша подшипника.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что крышки крепятся на корпусе резьбовым соединением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно может использоваться в машинах и аппаратах с движущимися деталями, работающими в условиях газовой смазки.

Уровень техники заявляемого изобретения известен из устройства, содержащего корпус, камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью, и пористый элемент, закрывающий камеру корпуса. При этом наружный участок первой опорной поверхности выполнен коническим, а другая поверхность на конце пористого элемента пропитана таким образом, что предотвращается утечка газов (заявка Японии N 62-177315, F 16 C 32/20, публ. 1987 г.).

Условием нормальной работы газового подшипника является оптимальный режим, который сочетает достижение необходимой несущей способности с возможно меньшим расходом смазочного материала.

В известном устройстве пористый элемент полностью закрывает камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью, поэтому вся масса смазочного материала, поступающая в камеру по подводящей магистрали, перетекает в зазор между поверхностью подшипника и поверхностью вала. Таким образом, в известном устройстве не выдерживается оптимальный режим, т.е. при большей несущей способности газовый подшипник имеет больший расход смазочного материала, иными словами, известный газостатический подшипник является неэкономичным, что и является его недостатком.

Задачей заявляемого изобретения является создание газостатического подшипника, отвечающего условию оптимального режима работы.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении экономичности газостатического подшипника.

Технический результат достигается согласно изобретению сочетанием газонепроницаемого и пористого материалов деталей, из которых выполнен вкладыш подшипника. При этом детали, выполненные из пористого материала, имеют геометрические размеры, зависящие от длины подшипника и влияющие на достижение требуемого технического результата.

Существенные признаки, характеризующие газостатический подшипник: корпус, камера, сообщающаяся с подводящей магистралью, внутри корпуса установлен вкладыш подшипника, закрывающий камеру.

Признаки, отличающие заявляемое устройство от известного: вкладыш подшипника выполнен из газонепроницаемой втулки, по краям которой установлены две пористые кольцевые вставки зафиксированные наружными торцевыми крышками, при этом ширина каждой вставки равна 0,01-0,04 длины подшипника, а расстояние от каждого торца подшипника до центра каждой пористой вставки равно 0,25-1-0,35 длины подшипника, при этом внутренние поверхности каждой торцевой крышки являются составной частью вкладыша подшипника, а сами крышки крепятся на корпусе резьбовым соединением и выполнены из газонепроницаемого материала.

Вкладыш подшипника, состоящий из деталей, выполненных из газонепроницаемого и пористого материалов, обеспечивает необходимую несущую способность подшипника, т. к. величина несущей способности подшипника зависит только от нагрузки на подшипник, давления наддува и общей длины подшипника.

Заявляемые соотношения пористых вставок позволяют снизить расход смазочного материала за счет уменьшения пористой площади вкладыша подшипника. Расход смазочного материала зависит от количества смазочного материала, протекающего через единицу площади пористого материала в единицу времени. Согласно изобретению, ширина пористых вставок равна 0,01-0,04 длины подшипника, т. о. поверхность, через которую протекает смазочный материал в зазор между вкладышем подшипника и поверхностью вала, намного меньше общей площади вкладыша подшипника, закрывающего камеру и, соответственно, расход смазочного материала также уменьшается.

Снижение расхода смазочного материала в зависимости от заявляемых соотношений геометрических размеров пористых вставок подтверждается экспериментально.

Для эксперимента были изготовлены подшипники равной длины, работающие при одинаковом наддуве давления, но с разными размерами газонепроницаемой втулки и пористых вставок. Проведены стендовые испытания по определению зависимости величины несущей способности от величины расхода смазочного материала.

На фиг. 1 представлены результаты эксперимента, где C_Q - коэффициент несущей способности подшипника, равный отношению величины несущей способности подшипника к ее максимальному значению (C_Q = F/F_max), где F - нагрузка на подшипнике, F_max - максимальная нагрузка на подшипнике; относительный расход смазочного материала, равный отношению расхода смазочного материала исследуемого вкладыша к максимальному A₁ - типоразмер пористых вставок подшипника, где ширина вставок b равна 0,01-0,04 длины подшипника, расстояние от каждого торца подшипника l до центра каждой пористой вставки равно 0,25-0,35 длины подшипника L; A₂ - типоразмер пористых вставок, где ширина вставок b равна 0,04-0,5 длины подшипника L, расстояние от каждого торца подшипника l до центра каждой пористой вставки равно 0,35-0,46 длины подшипника L; A₃ - типоразмер пористых вставок подшипника, где ширина вставок b равна 0,002-0,01 длины подшипника L, расстояние от каждого торца подшипника l до центра каждой пористой вставки равно 0,05-0,25 длины подшипника L.

Заявляемое соотношение типоразмера A₂ включает в себя подшипник, в котором вкладыш выполнен из полностью пористого материала (l = 0,5L), т.е. пористая вставка полностью закрывает камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью.

Как видно из графика, оптимальный режим работы - необходимая несущая способность при наименьшем расходе смазочного материала - обеспечивается подшипником с типоразмерным рядом A₁.

На фиг. 2 представлен чертеж заявляемого газостатического подшипника, где цифрами обозначены следующие позиции: 1 - корпус, 2 - наружная торцевая крышка, 3 - втулка из газонепроницаемого материала, 4 - кольцевая пористая вставка, 5 - камера, сообщающаяся с магистралью, 6 - подводящая магистраль, L - длина подшипника, b - ширина пористой кольцевой вставки, l - расстояние от каждого торца подшипника до центра пористой вставки.

Работа газостатического подшипника осуществляется следующим образом.

Через подводящую магистраль 6 смазочный материал под давлением поступает в камеру 5. Через две пористые кольцевые вставки 4, расположенные по краям газонепроницаемой втулки 3 и зафиксированные наружными торцевыми крышками 2, смазочный материал поступает в зазор между вкладышем подшипника и валом, причем внутренняя поверхность торцевых крышек, взаимодействующая с валом, является составной частью подшипника и выполнена из газонепроницаемого материала. Поскольку смазочный материал обладает определенным коэффициентом вязкости, то в процессе вращения вала слои смазочного материала, непосредственно прилегающие к поверхности вала, "прилипают" к этой поверхности и вращаются вместе с ней, а промежуточные слои смазочного материала скользят друг по другу. Таким образом образуется смазочный слой. Подъемная сила подшипника создается за счет разности давлений в нагруженной (нижней) и ненагруженной (верхней) частях подшипника. Поскольку в заявляемом газостатическом подшипнике вкладыш выполнен частично газопроницаемым, т.е. с ограниченной заявляемым соотношением газопроницаемой поверхности вкладыша, то в зазор перетекает только такое количество смазочного материала, которое необходимо для обеспечения несущей способности подшипника, т.е. заявляемый подшипник является более экономичным, чем известный.