газостатический подшипник

Формула изобретения

Газостатический подшипник, состоящий из корпуса, камеры, сообщающейся с подводящей магистралью с установленным внутри корпуса вкладышем подшипника, закрывающим камеру, отличающийся тем, что вкладыш состоит из втулки, выполненной из газонепроницаемого материала и пористых вставок, установленных в отверстиях втулки, при этом вставки выполнены круглыми и расположены в два ряда, расстояние между рядами вставок равно 0,5-0,7 длины подшипника, при этом каждая вставка одного ряда, начиная с первой, находится между соседними вставками другого ряда на равном расстоянии от каждой, диаметр каждой вставки равен 0,15-0,20 диаметра подшипника, количество вставок равно 8-10, а в качестве пористого материала используют термически обработанную заболонную часть древесины.

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 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 62-177315, F 16 С 32/20, публ. 1987).

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. При этом детали, выполненные из пористого материала, имеют геометрические размеры и форму, 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 состоит из втулки, выполненной из газонепроницаемого материала и пористых вставок, установленных в отверстиях втулки, при этом вставки выполнены круглыми в расположены в два ряда таким образом, что каждая вставка одного ряда, начиная с первой, находится между двумя соседними вставками другого ряда на равном расстоянии от каждой, расстояние между рядами вставок равно 0,50-0,70 длины подшипника, расстояние от торцов подшипника до центральной оси вставки каждого ряда равно 0,25-0,15 длины подшипника, диаметр каждой вставки равен 0,15-0,20 диаметра подшипника, количество вставок равно 8-10, а в качестве пористого материала используют термически обработанную заболонную часть древесины.

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

Заявляемые соотношения пористых вставок позволяют снизить расход смазочного материала за счет уменьшения пористой площади вкладыша подшипника, не уменьшая необходимой величины несущей способности. Расход смазки зависит от количества смазочного материала, протекающего в единицу времени через единицу площади. Согласно изобретению, площадь поверхности вставки, через которую протекает смазочный материал в зазор между вкладышем подшипника и поверхностью вала, намного меньше общей площади вкладыша подшипника, закрывающего камеру, благодаря чему расход смазочного материала уменьшается.

Выполнение пористых вставок из термически обработанной заболонной части древесины обеспечивает стабильную и однородную проницаемость за счет строгого однонаправленного расположения капилляров, обусловленного одинаковой плотностью годовых колец по всему поперечному сечению древесной заготовки, что также направлено на снижение расхода смазочного материала.

Заявляемая форма пористой вставки способствует более благоприятному распределению давления в смазочном слое.

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

Для эксперимента были изготовлены подшипники равной длины, работающие при одинаковом давлении наддува, но с разными размерами шпонок и расстоянием от края подшипника до края каждой пористой шпонки и с разным количеством шпонок. Проведены стендовые испытания по определению необходимой величины несущей способности от величины расхода смазочного материала, проистекающего через пористые вставки.

На фиг. 1 представлены результаты эксперимента, где С_Q-коэффициент несущей способности подшипника, равный отношению величины несущей способности 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 подшипника к максимальному (=G/G_max).

A₁ - типоразмер подшипника, где:

(t) - расстояние между рядами вставок, равное (0,50-0,70) длины подшипника (L);

(l) - расстояние от торцов подшипника до центральной оси вставки каждого ряда, равное (0,25-0,15) длины подшипника (L);

(d) - диаметр каждой вставки, равный (0,15-0,20) диаметра подшипника (D);

количество вставок - (8-10).

А₂- типоразмер подшипника, где:

(t) - расстояние между рядами вставок, равное (0,10-0,20) длины подшипника (L);

(l) - расстояние от торцов подшипника до центральной оси вставки каждого ряда, равное (0,45-0,40) длины подшипника (L);

(d) - диаметр каждой вставки, равный (0,30-0,40) диаметра подшипника (D);

количество вставок - (4-6).

А₃ - типоразмер подшипника, где:

(t) - расстояние между рядами вставок, равное (0,40-0,60) длины подшипника (L);

(l) - расстояние от торцов подшипника до центральной оси вставки каждого ряда, равное (0,30-0,20) длины подшипника (L);

(d) - диаметр каждой вставки, равный (0,08-0,10) диаметра подшипника (D);

количество вставок - (12-14).

Как видно из графика, оптимальный режим работы - необходимая несущая способность при наименьшем расходе смазочного материала - обеспечивается подшипником с типоразмерным рядом А1.

На фиг.2 представлен чертеж заявляемого газостатического подшипника, где цифрами обозначены следующие позиции: 1 - корпус, 2 - камера, сообщающаяся с подводящей магистралью, 3 - подводящая магистраль, 4 - вкладыш, 5 - газонепроницаемая деталь вкладыша, 6 - пористая вставка.

Работа газостатического подшипника осуществляется следующим образом.

Через подводящую магистраль смазочный материал под давлением поступает в камеру. Через пористые вставки, установленные в отверстиях газонепроницаемой детали, смазочный материал поступает в зазор между вкладышем подшипника и валом. Поскольку смазочный материал обладает определенным коэффициентом вязкости, то в процессе вращения вала слои смазочного материала, непосредственно прилагающие к поверхности вала, "прилипают" к этой поверхности и вращаются вместе с ней, а промежуточные слои смазочного материала скользят друг по другу. Таким образом создается смазочный слой. Подъемная сила подшипника создается за счет разности давлений в нагруженной (нижней) и ненагруженной (верхней) частей подшипника. Поскольку в заявляемом газостатическом подшипнике вкладыш выполнен частично газонепроницаемым, т.е. с ограниченной заявляемым соотношением площадью поверхности вставок,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.