гидростатический подшипник

Формула изобретения

Гидростатический подшипник, содержащий корпус, вал, установленную в корпусе и охватывающую вал втулку, образующую с поверхностью вала зазор, в котором в процессе работы образуется несущий смазочный слой, плавающий кольцевой регулятор, охватывающий втулку и образующий с ее наружной поверхностью и с внутренней поверхностью корпуса щелевые дроссели, причем с обеих сторон регулятора в средней плоскости подшипника выполнены кольцевые недросселирующие канавки, отличающийся тем, что в регуляторе выполнены недросселирующие каналы, соединяющие кольцевые канавки между собой, причем последние соединены с источником нагнетания смазки, на внешней поверхности регулятора выполнены по обоим концам кольцевые выступы, образующие между корпусом и регулятором щелевой дросселирующий зазор ступенчатой формы, а в плоскости расположения торцов регулятора во втулке выполнены радиальные дросселирующие щелевые зазоры, соединяющие щелевые дроссели с несущим смазочным слоем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может применяться в радиальных опорах шпинделей металлорежущих станков и другого обрабатывающего оборудования с использованием в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.

Известен гидростатический подшипник, содержащий установленную в корпусе и охватывающую вал втулку с радиальными несущими карманами и управляющими камерами, соединенными каналами с несущими карманами, кольцевой регулятор, соединенный с корпусом посредством упругих элементов и образующий с наружной поверхностью втулки щелевые дроссели, а также имеющий расположенные на наружной поверхности втулки внутри кольцевого регулятора дополнительные управляющие камеры и выполненные на торцевой поверхности втулки осевые несущие карманы, при этом каждая дополнительная управляющая камера соединена с соответствующим осевым несущим карманом (авт. свид. СССР 1530853, кл. F 16 С 32/06, 1987 г.).

Недостатком данного подшипника является наличие упругих элементов, соединяющих корпус с кольцевым регулятором, что существенно затрудняет обеспечение точного взаимного положения втулки и кольцевого регулятора, необходимого по условиям работы щелевых дросселей. Как правило, для обеспечения требуемой точности необходимо применение дополнительных устройств для тонкой настройки положения регулятора. При высокой скорости вращения вала имеют место дополнительные потери мощности из-за возникновения турбулентного течения смазки внутри несущих карманов. Кроме того, наличие несущих карманов, управляющих камер и соединяющихих каналов большого объема не позволяет использовать высокосжимаемые газовые смазки (например, воздух) из-за возникновения неустойчивости подшипника.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является гидростатический подшипник, содержащий корпус, вал, установленную в корпусе и охватывающую вал втулку, образующую с поверхностью вала несущий смазочный слой, плавающий кольцевой регулятор, охватывающий втулку и образующий с ее наружной поверхностью и с внутренней поверхностью корпуса управляемые щелевые дроссели, причем с обеих сторон регулятора в средней плоскости подшипника выполнены кольцевые недросселирующие канавки (A Hydrostatically-Controlled Restrictor for an Infinite Stif-ness Hydrostatic Journal Bearing / Bull. Japan Soc. Of Prec. Engg., Vol. 21, 1 (Mar. 1987)).

Недостатком данного подшипника является использование отверстий большого диаметра, не являющихся демпфирующими сопротивлениями, между щелевыми дросселями, образованными наружной поверхностью втулки и кольцевым регулятором, и несущим смазочным слоем, что не позволяет достичь значительной отрицательной податливости в силу возникновения неустойчивости при требуемой высокой активности регулятора. Подвод смазки одновременно через вал и через корпус усложняет конструкцию и эксплуатацию подшипника. Кроме того, большой объем соединительных каналов между щелевыми дросселями и несущим смазочным слоем не позволяет использовать высокосжимаемую газовую смазку с малой вязкостью, то есть данный подшипник не может работать как газостатический.

Задачей изобретения является создание подшипника, способного обеспечить значительную отрицательную податливость, не требующего двустороннего подвода питающей жидкости, а также способного работать при подаче высокосжимаемой (газовой) смазки.

Поставленная задача достигается тем, что в гидростатическом подшипнике, содержащем корпус, вал, установленную в корпусе и охватывающую вал втулку, образующую с поверхностью вала несущий смазочный слой, плавающий кольцевой регулятор, охватывающий втулку и образующий с ее наружной поверхностью и с внутренней поверхностью корпуса управляемые щелевые дроссели, причем с обеих сторон регулятора в средней плоскости подшипника выполнены кольцевые недросселирующие канавки, согласно изобретению, в регуляторе выполнены недросселирующие каналы, соединяющие кольцевые канавки между собой, причем последние соединены с источником нагнетания смазки, на внешней поверхности регулятора выполнены по обоим концам кольцевые выступы, образующие между корпусом и регулятором щелевой дросселирующий зазор ступенчатой формы, а в плоскости расположения торцов регулятора во втулке выполнены радиальные дросселирующие щелевые зазоры, соединяющие управляемые щелевые дроссели с несущим смазочным слоем.

Наличие недросселирующих каналов, выполненных в регуляторе, делает подшипник более технологичным. Радиальные дросселирующие зазоры, выполненные во втулке, являются демпфирующими дросселями и позволяют обеспечить устойчивость подшипника при значительной отрицательной податливости, а их малый объем позволяет применять в подшипнике высокосжимаемую (газовую) смазку.

На чертеже показан продольный разрез подшипника.

Гидростатический подшипник состоит из установленной в корпусе 1 втулки 2, охватывающей вал 3 и образующей с его поверхностью несущий смазочный слой 4, а также плавающего кольцевого регулятора 5. Регулятор 5 образует с наружной поверхностью втулки 2 управляемые щелевые дроссели 6. С внешней стороны регулятора 5 в средней плоскости подшипника в корпусе 1 выполнена кольцевая недросселирующая канавка 7, а на внутренней стороне регулятора 5 в той же плоскости - кольцевая недросселирующая канавка 8. В регуляторе 5 выполнены недросселирующие каналы 9, соединяющие кольцевые канавки 7 и 8 между собой. Кольцевые канавки 7 и 8 соединены с источником нагнетания смазки (на чертеже не показан) посредством канала 10, выполненного в корпусе 1. На внешней поверхности регулятора 5 выполнены по обоим концам кольцевые выступы 11, образующие между корпусом 1 и регулятором 5 щелевой дросселирующий зазор 12 ступенчатой формы. Между торцевыми поверхностями регулятора 5 и прилегающими поверхностями корпуса 1 образованы радиальные щелевые дросселирующие зазоры 13. По линии пересечения ступенчатого зазора 12 со щелевыми дросселирующими зазорами 13 в корпусе 1 выполнены дренажные отверстия 14. В плоскости расположения торцов регулятора 5 во втулке 2 выполнены радиальные дросселирующие щелевые зазоры 15, соединяющие управляемые щелевые дроссели 6 с несущим смазочным слоем 4.

Работа подшипника происходит следующим образом.

Жидкость под давлением нагнетания Р_Н подается через канал 10 в кольцевую канавку 7, из которой поступает через недросселирующие каналы 9 в кольцевую канавку 8 и затем в управляемые щелевые дроссели 6, образованные между опорной втулкой 2 и плавающим кольцевым регулятором 5. Далее поток разделяется: часть его идет в радиальные зазоры 15 и в несущий смазочный слой 4, а другая часть - в радиальные зазоры 13 и далее на слив через дренажные отверстия 14. Кроме того, имеет место течение жидкости на слив через дросселирующий ступенчатый зазор 12.

Взаимодействие давлений жидкости в указанных выше щелевых зазорах обеспечивает равновесное положение вала 3 и плавающего кольцевого регулятора 5. В процессе работы при движении вала 3 вниз под действием радиальной нагрузки возникает дополнительное давление в нагруженной области несущего слоя 4 вследствие уменьшения его толщины. При этом возрастает давление жидкости в соответствующей области щелевых дросселей 6. В разгруженной области наблюдается обратный эффект, то есть соответствующие давления уменьшаются. В результате плавающий кольцевой регулятор 5 сместится вниз, увеличивая толщину щелевых дросселей 6 в нагруженной и уменьшая ее в разгруженной области. Изменение толщины дросселей 6 увеличит поступление жидкости в нагруженную и уменьшит - в разгруженную область несущего слоя 4. Вследствие этого возникает дополнительная разность давлений жидкости в несущем слое 4, стремящаяся переместить вал 3 навстречу нагрузке. Этот эффект способен обеспечить нулевую и даже значительную отрицательную податливость подшипника, причем условием получения последней является наличие демпфирующего действия радиальных дросселирующих зазоров 15, подавляющего дестабилизирующие колебания. Ступенчатое дросселирование в зазоре 12 необходимо для получения реакции, стремящейся вернуть регулятор 5 в центральное положение. Отсутствие такой реакции делает подшипник неработоспособным по причине структурной неустойчивости.

При использовании газовой смазки подшипник работает аналогично, при этом на питание в канал 10 подается газ от компрессора.