ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
HYDROSTATIC BEARING

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков, при использовании в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.
Известен гидростатический подшипник, содержащий корпус, вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом и образующую с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор, на внешней цилиндрической поверхности втулки по обоим концам выполнены кольцевые выступы, образующие между корпусом и втулкой ступенчатые щелевые дросселирующие зазоры. В средней плоскости подшипника с внешней и внутренней сторон втулки выполнены кольцевые каналы, сообщенные между собой и с источником нагнетания смазки. Элементы сборного корпуса образуют щелевые дросселирующие зазоры с сопряженными торцевыми поверхностями втулки и цилиндрической поверхностью вала. На стыке щелевых дросселирующих зазоров, образованных сопряженными торцевыми поверхностями корпуса и втулки с щелевыми дросселирующими зазорами, образованными сопряженными цилиндрическими поверхностями втулки и корпуса, выполнены дренажные кольцевые полости (Патент РФ №2208723, МПК F16C 32/06, опубликован в 2003 г.). Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является гидростатический подшипник, содержащий корпус с радиальным каналом, сообщенным с источником нагнетания смазки, и вал. В корпусе выполнен второй радиальный канал, сообщающийся с источником нагнетания смазки, и оба радиальных канала выполнены дросселирующими. На торцах корпуса выполнены кольцевые выступы, на внутренней стороне которых установлены мембраны кольцевого типа, образующие с корпусом и выступами корпуса полости, сообщенные с радиальными каналами. Внутри мембран герметично закреплены жесткие кольца, образующие с валом осевые дросселирующие щели, а с корпусом - радиальные дросселирующие щели, внутренняя поверхность корпуса и поверхность вала образуют щелевой зазор для основного несущего слоя смазки (Патент РФ №2370680 CI, F16C 32/06, опубликован в 2009 г.).
Известные гидростатические подшипники при работе в режиме нулевой и тем более в режиме отрицательной податливости имеют низкие динамические характеристики, в частности, они обладают весьма низкой степенью устойчивости к воздействию внешних сил. Это связано с тем, что демпфирующих свойств малого объема несущего смазочного слоя недостаточно для гашения возникающих вынужденных колебаний, это является основным недостатком гидростатических подшипников.
В основу изобретения положена задача повышения динамических характеристик, в частности повышение виброустойчивости подшипника в диапазонах нулевой и отрицательной податливости.
Поставленная задача решается тем, что в гидростатическом подшипнике, содержащем вал и корпус, сопряженные поверхности которых образуют щелевой зазор основного несущего слоя смазки, корпус имеет радиальные дросселирующие каналы, сообщающиеся с источником нагнетания смазки, на торцах корпуса выполнены кольцевые выступы, с внутренней стороны которых установлены мембраны кольцевого типа, а внутри мембран герметично закреплены жесткие кольца, образуя с валом и корпусом, соответственно, осевые и радиальные дросселирующие щели, согласно изобретению в корпусе выполнены камеры, симметрично расположенные относительно центральной поперечной плоскости, каждая из которых через соответствующий радиальный канал сообщена со щелевым зазором основного несущего слоя смазки.
На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого гидростатического подшипника; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
н
Гидростатический подшипник содержит вал 1, корпус 2 с радиальными дросселирующими каналами 3, сообщающиеся с источником нагнетания смазки р. На торцах корпуса 2 выполнены кольцевые выступы, на внутренней стороне которых установлены мембраны 4 кольцевого типа, образующие с корпусом и выступами корпуса полости 5, сообщающиеся с радиальными дросселирующими каналами 3. Мембраны 4 герметично прикреплены внешней кромкой к выступам корпуса, а изнутри к мембранам 4 герметично прикреплены жесткие кольца 6, образующие с валом 1 и корпусом 2, соответственно, осевые и радиальные дросселирующие щели 7 и 8. Внутренняя поверхность корпуса 2 и поверхность вала 1 образуют щелевой зазор 9 основного несущего слоя смазки. Внутри корпуса 2 выполнены камеры 10, симметрично расположенные относительно центральной поперечной плоскости подшипника (например, в два ряда, как на фиг.1). Каждая камера через соответствующий радиальный канал 11 сообщается с щелевым зазором 9 основного несущего слоя смазки.
н
а
Гидростатический подшипник работает следующим образом. Смазка поступает в подшипник от источника нагнетания смазки под давлением р через дросселирующие радиальные каналы 3 в полости 5. Гидростатическая сила, создаваемая давлением в полостях 5 на мембраны 4 кольцевого типа, уравновешивается силами упругой деформации мембран 4. Из полостей 5 смазка проходит через радиальные дросселирующие щели 8 и разделяется на два потока. Часть смазки поступает в щелевой зазор 9, другая часть через осевые дросселирующие щели 7 выходит в окружающую среду под давлением р. Гидростатическая сила смазки в щелевом зазоре 9, действующая на вал 1, уравновешивается внешней нагрузкой f.
С изменением нагрузки f на вал 1, он смещается в направлении действия нагрузки f, появляется эксцентриситет е отклонения оси вала 1 относительно оси корпуса 2. Вследствие этого уменьшается (увеличивается) щелевой зазор 9 в нагруженной (разгруженной) зоне, что приводит к увеличению (уменьшению) его гидравлического сопротивления и, как следствие, увеличению (уменьшению) давлений в щелевом зазоре 9 и полостях 5. В результате, суммарная гидростатическая сила в полостях 5 принимает направление, противоположное эксцентриситету е, и деформирует мембраны 4. Это приводит к увеличению (уменьшению) упругих сил в нагруженной (разгруженной) зоне, которые уравновешивают увеличившиеся (уменьшившиеся) гидростатические силы в полостях 5, а также приводит к перемещению жестких колец 6 в направлении, противоположном эксцентриситету е, при этом величина радиальных дросселирующих щелей 8 не меняется. Высота осевой дросселирующей щели 7 уменьшается (увеличивается) в направлении эксцентриситета е (в противоположном направлении эксцентриситета е), что приводит к дополнительному увеличению (уменьшению) давления в щелевом зазоре 9, но при этом расход смазки через подшипник не увеличивается. Дополнительное давление в щелевом зазоре 9 смещает вал 1 в направлении, противоположном действию нагрузки f, таким образом достигается эффект отрицательной податливости вала 1. Благодаря тому, что жесткие кольца 6 соединены с корпусом 2 мембранами 4, которые стремятся вернуть кольца 6 в центральное положение, между валом 1 и кольцами 6 всегда присутствует минимальный осевой дросселирующий зазор 7. Его наличие вынуждает вал 1 постоянно смещаться против действия нагрузки f, чем достигается отрицательная податливость практически на всем диапазоне нагрузки f. Введение камер 10, связанных с несущим слоем смазки, позволяет эффективно гасить вынужденные колебания, а выбор оптимальных значений их геометрических параметров приводит к повышению демпфирующих свойств подшипника при работе в режимах нулевой и отрицательной податливости.