ГАЗОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК

Полезная модель относится к деталям машин, а именно к конструкциям газостатических подшипников, работающих в комплекте с валами значительной длины, подвергающимися в процессе работы изгибным деформациям, и может быть использована в турбомашинах авиационного и энергетического машиностроения.
Известен газостатический подшипник, содержащий корпус, в котором размещена втулка, образующая с внутренней поверхностью корпуса камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью. Во втулке установлены пористые вставки. Для работы подшипник одевается на вал с образованием циркуляционного зазора между валом и внутренней поверхностью втулки. Через подводящую магистраль среда (воздух) нагнетается в камеру и через пористые втулки поступает в циркуляционный зазор, создавая подъемную силу в данном зазоре, которая удерживает вал в заданном положении. (см. патент РФ №2299360, кл. F16C 17/02, 2007 г.).
В результате анализа конструкции данного подшипника необходимо отметить, что при динамической деформации вала меняется его положение во втулке, которое приводит к изменению формы зазора, что резко снижает газостатический эффект.
Известен газостатический подшипник, содержащий корпус, в котором установлены опоры, предназначенные для размещения вала с образованием между валом и опорами циркуляционного зазора. Подшипник содержит, две пары индикаторных сопел и диаметрально противолежащие опорные дроссели. Опорные дроссели имеют возможность соединения с модулем нагнетания в циркуляционный зазор рабочей среды (воздуха), а индикаторные сопла - с модулем управления. До начала работы подшипника вал под действием силы тяжести находится на нижней части его опорной поверхности. Для исключения контакта вала с опорной частью подшипника при пуске вращения вала, воздух в циркуляционный зазор подается от отдельного аккумулятора. В процессе работы подшипника давление в индикаторных соплах отслеживается блоком управления. В случае изменения давления какого - либо из сопел блок управления дает команду на изменение режима подачи среды в дроссели для изменения подачи среды таким образом, чтобы давление в индикаторных соплах было равным.
(см. патент РФ №2347961, кл. F16C 32/06, 2009 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известного газостатического подшипника необходимо отметить, что в нем за счет обеспечения регулирования подачи среды через дроссели обеспечивается заданное осевое положение вала. Однако в случае возникновения изгибных деформаций вала, его шейка занимает несоосное положение относительно опорной поверхности опоры газостатического подшипника. В этом случае вал в зоне газостатической опоры совершает вращение, сопровождающееся циклическим изменением циркуляционного зазора, цикличность которого зависит от скорости вращения вала, причем чем больше несоосность вала с опорной поверхностью, тем больше величина диапазона изменения зазора за один оборот вала. Все это может привести к автоколебаниям вала и потере устойчивости вращения при возникновении контакта вала с опорой.
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции газостатического подшипника, обеспечивающей эффективную работу узла «вал - газостатический подшипник» при значительных изгибных деформациях вала за счет обеспечения постоянства циркуляционного зазора путем самоустановки опоры подшипника относительно вала при изгибе вала, что, кроме того, значительно упрощает работу системы управления положением вала в подшипнике.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в газостатическом подшипнике, содержащем корпус, в котором размещена опора, выполненная в виде втулки, предназначенной для установки в ней с образованием циркуляционного зазора вала, опорные дроссели и индикаторные сопла, расположенные на внутренней поверхности опоры и имеющие возможность соединения соответственно с модулем подачи рабочей среды в циркуляционный зазор и модулем управления, новым является то, что опора смонтирована в корпусе посредством сферического шарнира, образованного соединением по сферическим поверхностям выступов, выполненных на наружной поверхности опоры с вкладышами, установленными в корпусе, при этом опора дополнительно контактирует с корпусом посредством демпфирующих элементов, а демпфирующие элементы расположены с двух сторон относительно выступов опоры в плоскостях, перпендикулярных оси опоры и каждый из них выполнен в виде плоской рессоры, концами зафиксированной в корпусе, а средней частью контактирующей с опорой.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг.1 - газостатический подшипник в разрезе;
на фиг.2 - разрез А - А по фиг.1.
Газостатический подшипник монтируется на валу 1 и выполнен в виде корпуса 2, в котором установлена опора 3, выполненная в виде втулки. Между внутренней поверхностью втулки и валом образован циркуляционный зазор 4. Опора связана с корпусом посредством демпфирующих элементов 5, выполненных в виде упругих элементов - рессор состоящих из набора упругих пластин, концы которых зафиксированы в корпусе 2, а центральная часть контактирует с опорой 3. На внутренней поверхности опоры имеются индикаторные сопла 6 и опорные дроссели 7, имеющие возможность посредством гибких трубопроводов (позициями не обозначены) соединения соответственно с модулем управления и с модулем дозированной подачи (не показаны) среды (воздуха). Количество опорных дросселей и индикаторных сопел может быть различным и зависит от многих факторов, например, размера подшипника, его расчетной нагрузки и пр.
На наружной поверхности опоры в центральной ее части имеются выступы 8 с образующей сферической формы. Демпфирующие элементы расположены с двух сторон относительно выступов 8.
В корпусе 2 установлены вкладыши 9, имеющие сферическую поверхность, на которую своими сферическими поверхностями опираются выступы 8 опоры 3. В собранном состоянии корпуса 2 и опоры 3 контактирующие по сферическим поверхностям вкладыши и выступы образуют сферический шарнир, что позволяет опоре 3 самоустанавливаться относительно вала 1. Для обеспечения требуемой затяжки сферического шарнира вкладыши 9 имеют возможность регулировочного перемещения.
Вкладыши, выступы и демпфирующие элементы расположены в плоскостях, перпендикулярных оси опоры 3.
Количество выступов и вкладышей может быть различным. Так на фиг 1 и фиг.2 показано четыре равномерно расположенных по окружности выступа и вкладыша.
Газостатический подшипник работает в составе конструкции следующим образом.
Как уже отмечалось выше, для работы подшипник монтируют на валу таким образом, чтобы опора охватывала вал 1. Опорные дроссели 7 и индикаторные сопла 6 гибкими трубопроводами соединяют с модулем подачи рабочей среды в циркуляционный зазор 4 и модулем управления.
В процессе вращения вала, он вывешен в циркуляционном зазоре 4 нагнетаемой в зазор через дроссели 7 средой. В случае деформации вала 1 под действием рабочей нагрузки, опора 3 посредством сферического шарнира устанавливается относительно нового положения шейки вала 1, сохраняя практически неизменным циркуляционный зазор 4. Демпфирующие элементы при этом обеспечивают упругое изменение положения опоры 3 и демпфируют возмущающие воздействия в циркуляционном зазоре.
Использование заявленной конструкции газостатического подшипника позволяет обеспечить надежную работу машины в случае изгибных деформаций валов под действием изменяющихся несимметричных нагрузок различного эксплуатационного характера.