УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
THRUST SLIDING BEARING (OPTIONS)

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к упорным подшипникам скольжения с сегментами, каждый из которых снабжен скошенными участками, и может быть использовано в конструкциях роторных машин при переменном направлении вращения вала.
Известен упорный подшипник скольжения, конструкция которого включает корпус с каналами подачи смазки и сливной полостью, упорное кольцо с каналами подвода смазки к рабочей поверхности, разделенной радиальными канавками на равные сегменты, каждый из которых снабжен двумя противоположно направленными участками, скошенными под углом к плоской поверхности скольжения [Подшипник с наклонными несущими поверхностями, Воскресенский В.А., Дьяков В.И. Расчет и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка): Справочник. - М.: Машиностроение, 1980, с. 145-147. (Прототип)]. Данный упорный подшипник скольжения может работать при вращении вала в прямом и обратном направлении.
К его недостаткам относятся низкие демпфирующие свойства и отсутствие способности выравнивать осевую нагрузку на несущую поверхность подшипника в случае неравномерности ее распределения.
В основу изобретения поставлена задача повышения демпфирующих свойств упорного подшипника, увеличение его несущей способности и способности выравнивать осевые нагрузки в случае неравномерности их распределения по несущей поверхности подшипника из-за углового смещения оси шейки вала относительно оси подшипника.
Поставленная задача решается тем, что в упорном подшипнике скольжения, содержащем корпус с каналами подачи смазки, упорное кольцо с каналами подвода смазки к рабочей поверхности, разделенной радиальными канавками на равные сегменты, каждый из которых снабжен двумя противоположно направленными участками, скошенными под углом к плоской поверхности скольжения, согласно изобретению, на тыльной стороне каждого сегмента выполнено по два гидростатических кармана, сообщающихся каждый отдельным отверстием в упорном кольце с одним из двух скошенных участков сегмента.
В отличие от первого варианта, в соответствии со вторым вариантом заявляемого изобретения, в каждой радиальной канавке установлен реверсивный маслосъемный скребок, а в теле скребка предусмотрено отверстие, сообщающее канал подвода смазки в упорном кольце с полостью в верхней части скребка, связанной с входом на рабочую поверхность каждого сегмента. Тыльная сторона упорного кольца выполнена сферической и сопрягается с поверхностью корпуса подшипника по его сферической упорной поверхности, причем площадь сферической упорной поверхности корпуса больше, чем площадь тыльной сферической поверхности упорного кольца.
В соответствии с третьим вариантом заявляемого изобретения на упорной поверхности корпуса напротив каждого сегмента упорного кольца выполнено по два гидростатических кармана, сообщающихся каждый отдельным отверстием в упорном кольце с одним из двух скошенных участков сегмента.
В отличие от третьего варианта, в соответствии с четвертым вариантом заявляемого изобретения, в каждой радиальной канавке установлен реверсивный маслосъемный скребок, а в теле скребка предусмотрено отверстие, сообщающее канал подвода смазки в упорном кольце с полостью в верхней части скребка, связанной с входом на рабочую поверхность сегмента. Тыльная сторона упорного кольца выполнена сферической и сопрягается с поверхностью корпуса подшипника по его сферической упорной поверхности, причем площадь сферической упорной поверхности корпуса меньше, чем площадь тыльной сферической поверхности упорного кольца.
В соответствии со всеми вариантами заявляемого изобретения упорное кольцо выполнено из стали или бронзы с рабочей поверхностью, покрытой слоем баббита или полиэфирэфиркетона (РЕЕК), или покрытой слоем серебра или полиэфирэфиркетона (РЕЕК), соответственно, или упорное кольцо выполнено полностью из полиэфирэфиркетона (РЕЕК).
Существенные признаки, указанных выше вариантов изобретения, необходимы и достаточны для решения поставленной технической задачи с достижением, сформулированного выше качественно нового технического результата.
Конструктивное решение по первому варианту заявляемого подшипника, при котором на тыльной стороне каждого сегмента выполнено по два гидростатических кармана, сообщающихся каждый отдельным отверстием в упорном кольце с одним из двух скошенных участков сегмента, обеспечивает отбор части смазки и гидродинамического давления из первого, по направлению вращения, скошенного участка в сообщающийся с ним гидростатический карман, что способствует созданию на тыльной стороне упорного кольца самогенерируемой гидростатической пленки, придающей дополнительные демпфирующие свойства упорному сегментному подшипнику.
В соответствии со вторым вариантом изобретения, установка реверсивного маслосъемного скребка в каждой радиальной канавке и выполнение в теле скребка отверстия, сообщающего каналы подвода смазки в упорном кольце подшипника с полостью в верхней части скребка, связанной с рабочей поверхностью сегмента, обеспечивает индивидуальный отвод горячей смазки, поступающей из предыдущего сегмента, в направлении вращения, и индивидуальный подвод смазки к рабочей поверхности каждого сегмента, при этом, за счет поступления холодной смазки непосредственно к рабочей поверхности сегмента, повышается средняя вязкость смазки в гидродинамическом слое, что способствует повышению несущей способности подшипника и сохранению ламинарного режима потока смазки в слое.
Выполнение тыльной стороны упорного кольца сферической и такой, которая сопрягается с поверхностью корпуса подшипника по сферической упорной поверхности, обеспечивает компенсацию углового смещения оси шейки вала относительно оси подшипника и выравнивание распределения осевых нагрузок по несущей поверхности упорного подшипника, дополнительно способствуя повышению эксплуатационных характеристик роторной машины.
То, что площадь сферической упорной поверхности корпуса больше, чем площадь тыльной сферической поверхности упорного кольца, обеспечивает постоянный расход смазки через сферическую поверхность при изменении угла смещения оси шейки вала относительно оси подшипника.
Второй вариант изобретения целесообразно использовать, если необходимо снизить температуру в зоне сегментов во время работы подшипника при высоких осевых нагрузках, повысить несущую способность подшипника и обеспечить устойчивую работу подшипника при изменении угла смещения оси шейки вала относительно оси подшипника
Конструктивное решение третьего варианта заявляемого изобретения, отличающегося тем, что на упорной поверхности корпуса напротив каждого сегмента упорного кольца выполнено по два гидростатических кармана, сообщающихся каждый отдельным отверстием в упорном кольце с одним из двух скошенных участков сегмента, сохраняет все положительные эффекты первого варианта и дополнительно обеспечивает уменьшение осевого размера подшипника.
Третий вариант целесообразно использовать, если возникает необходимость в применении подшипника с минимальным осевым размером, а также в снижении затрат и времени на изготовление резервного упорного кольца.
Конструктивное решение четвертого варианта заявляемого изобретения, отличающегося от третьего установкой реверсивного маслосъемного скребка в каждой радиальной канавке и выполнением в теле скребка отверстия, сообщающего каналы подвода смазки в упорном кольце подшипника с полостью в верхней части скребка, связанной с рабочей поверхностью сегмента, выполнением тыльной стороны упорного кольца сферической и такой, которая сопрягается с поверхностью корпуса подшипника по сферической упорной поверхности, при том, что площадь сферической упорной поверхности корпуса меньше, чем площадь тыльной сферической поверхности упорного кольца, что обеспечивает постоянный расход смазки через сферическую поверхность при изменении угла смещения оси шейки вала относительно оси подшипника, сохраняет все положительные эффекты второго варианты и дополнительно обеспечивает уменьшение осевого размера подшипника в соответствии с третьим вариантом.
Четвертый вариант целесообразно использовать, если необходимо снизить температуру в зоне сегментов во время работы подшипника при высоких осевых нагрузках, повысить несущую способность подшипника, обеспечить устойчивую работу подшипника при изменении угла смещения оси шейки вала относительно оси подшипника, а также применить подшипник с минимальным осевым размером и снизить затраты и время на изготовление резервного упорного кольца.
То, что упорное кольцо, по всем вариантам заявляемого изобретения, выполнено из стали с рабочей поверхностью, покрытой слоем баббита, обеспечивает высокую совместимость и прирабатываемость при работе по стали.
То, что упорное кольцо, по всем вариантам заявляемого изобретения, выполнено из бронзы с рабочей поверхностью, покрытой слоем серебра, обеспечивает повышенный теплоотвод из несущего масляного слоя, стабильную работу при высоких динамических нагрузках и малый износ упорного кольца, что дополнительно увеличивает несущую способность и срок эксплуатации подшипника.
То, что упорное кольцо, по всем вариантам заявляемого изобретения, может быть выполнено с рабочей поверхностью, покрытой полиэфирэфиркетоном (РЕЕК), или полностью выполнено из полиэфирэфиркетона (РЕЕК), обеспечивает уменьшение коэффициента трения смазки о рабочую поверхность кольца, что дополнительно снижает температуру сегментов и потери мощности на трение, тем самым повышая несущую способность и срок эксплуатации подшипника.
Далее примеры осуществления вариантов заявляемого изобретения описаны со ссылками на чертежи, где:
на Фиг. 1 показан главный вид заявляемого упорного подшипника по первому и третьему вариантам заявляемого упорного подшипника;
на Фиг. 2 показано сечение по А-А Фиг. 1 по первому варианту заявляемого упорного подшипника;
на Фиг. 3 - сечение по В-В Фиг. 1 по первому варианту заявляемого упорного подшипника - направление течения смазки через корпус и упорное кольцо к радиальной канавке при работе подшипника;
на Фиг. 4 - сечение по Г-Г Фиг. 1 по первому и третьему вариантам заявляемого упорного подшипника - направление течения смазки через упорное кольцо и радиальную канавку к рабочей поверхности при работе подшипника;
на Фиг. 5 - сечение по А-А Фиг. 1 по первому варианту заявляемого упорного подшипника с распределением гидродинамического и гидростатического давления;
на Фиг. 6 - сечение по Б-Б Фиг. 1 по первому варианту заявляемого упорного подшипника с распределением гидродинамического и гидростатического давления;
на Фиг. 7 - сечение по А-А Фиг. 1 по первому варианту заявляемого упорного подшипника с упорным кольцом, рабочая поверхность которого покрыта полиэфирэфиркетоном (РЕЕК);
на Фиг. 8 - сечение по А-А Фиг. 1 по первому варианту заявляемого упорного подшипника с упорным кольцом, выполненным полностью из полиэфирэфиркетона (РЕЕК);
на Фиг. 9 - сечение по А-А Фиг. 1 по третьему варианту заявляемого упорного подшипника;
на Фиг. 10 - сечение по В-В Фиг. 1 по третьему варианту заявляемого упорного подшипника - направление течения смазки через корпус и упорное кольцо к радиальной канавке при работе подшипника;
на Фиг. 11 - сечение по А-А Фиг. 1 по третьему варианту заявляемого упорного подшипника с распределением гидродинамического и гидростатического давления;
на Фиг. 12 показано сечение по Б-Б Фиг. 1 по третьему варианту заявляемого упорного подшипника с распределением гидродинамического и гидростатического давления;
на Фиг. 13 - сечение по А-А Фиг. 1 по третьему варианту заявляемого упорного подшипника с упорным кольцом, рабочая поверхность которого покрыта полиэфирэфиркетоном (РЕЕК);
на Фиг. 14 - сечение по А-А Фиг. 1 по третьему варианту заявляемого упорного подшипника с упорным кольцом, выполненным полностью из полиэфирэфиркетона (РЕЕК);
на Фиг. 15 показан главный вид по второму варианту заявляемого упорного подшипника;
на Фиг. 16 показано сечение по А-А Фиг. 15 по второму варианту заявляемого упорного подшипника;
на Фиг. 17 - сечение по В-В Фиг. 15 по второму варианту заявляемого упорного подшипника - направление течения смазки через корпус и упорное кольцо к маслосъемному скребку при работе подшипника;
на Фиг. 18 - сечение по Г-Г Фиг. 15 по второму варианту заявляемого упорного подшипника - направление течения смазки через упорное кольцо и маслосъемный скребок к рабочей поверхности при работе подшипника;
на Фиг. 19 - сечение по А-А Фиг. 15 по второму варианту заявляемого упорного подшипника с распределением гидродинамического и гидростатического давления;
на Фиг. 20 - сечение по Б-Б Фиг. 15 по второму варианту заявляемого упорного подшипника с распределением гидродинамического и гидростатического давления;
на Фиг. 21 - сечение по А-А Фиг. 15 по второму варианту заявляемого упорного подшипника с упорным кольцом, рабочая поверхность которого покрыта полиэфирэфиркетоном (РЕЕК);
на Фиг. 22 - сечение по А-А Фиг. 15 по второму варианту заявляемого упорного подшипника с упорным кольцом, выполненным полностью из полиэфирэфиркетона (РЕЕК);
на Фиг. 23 показан главный вид по четвертому варианту заявляемого упорного подшипника;
на Фиг. 24 показано сечение по А-А Фиг. 23 по четвертому варианту заявляемого упорного подшипника;
на Фиг. 25 - сечение по В-В Фиг. 23 по четвертому варианту заявляемого упорного подшипника - направление течения смазки через корпус и упорное кольцо к маслосъемному скребку при работе подшипника;
на Фиг. 26 - сечение по Г-Г Фиг. 23 по четвертому варианту заявляемого упорного подшипника - направление течения смазки через упорное кольцо и маслосъемный скребок к рабочей поверхности при работе подшипника;
на Фиг. 27 - сечение по А-А Фиг. 23 по четвертому варианту заявляемого упорного подшипника с распределением гидродинамического и гидростатического давления;
на Фиг. 28 - сечение по Б-Б Фиг. 23 по четвертому варианту заявляемого упорного подшипника с распределением гидродинамического и гидростатического давления;
на Фиг. 29 - сечение по А-А Фиг. 23 по четвертому варианту заявляемого упорного подшипника с упорным кольцом, рабочая поверхность которого покрыта полиэфирэфиркетоном (РЕЕК);
на Фиг. 30 показано сечение по А-А Фиг. 23 по четвертому варианту заявляемого упорного подшипника с упорным кольцом, выполненным полностью из полиэфирэфиркетона (РЕЕК).
Упорный подшипник скольжения первого варианта заявляемого технического решения содержит корпус 1 (Фиг. 1-4) с каналами 2 подачи смазки, упорное кольцо 3 с каналами 4 подвода смазки к рабочей поверхности 5, разделенной радиальными канавками 6 на равные сегменты 7, каждый из которых снабжен двумя противоположно направленными участками 8. На тыльной стороне 14 упорного кольца 3 каждого сегмента 7 выполнено по два гидростатических кармана 9 (Фиг. 2, 3), сообщающихся каждый отдельным отверстием 10 в упорном кольце 3 с одним из двух скошенных участков 8 сегмента 7.
В соответствии со вторым вариантом заявляемого подшипника скольжения, в радиальных канавках 6 установлены реверсивные маслосъемные скребки 11 (Фиг. 15-18), кроме того, в теле скребка 11 предусмотрено отверстие 12, соединяющее канал 4 повода смазки в упорном кольце 3 с полостью 13 в верхней части скребка 11, связанной с входом на рабочую поверхность 5 сегмента 7. Тыльная сторона 14 (Фиг. 17) упорного кольца 3 выполнена сферической и сопрягается с корпусом 1 по сферической упорной поверхности 15. При этом площадь сферической упорной поверхности 15 корпуса 1 больше, чем площадь тыльной сферической поверхности 14 упорного кольца 3 (Фиг. 17).
В соответствии с третьим вариантом, заявляемый упорный подшипник скольжения отличается от первого варианта тем, что на упорной поверхности 15 корпуса 1 напротив каждого сегмента 7 упорного кольца 3 выполнено по два гидростатических кармана 9 (Фиг. 9-10), сообщающихся каждый отдельным отверстием 10 в упорном кольце 3 с одним из двух скошенных участков 8 сегмента 7.
Аналогично, в соответствии с четвертым вариантом, заявляемый упорный подшипник скольжения отличается от второго варианта тем, что на упорной поверхности 15 корпуса 1 напротив каждого сегмента 7 упорного кольца 3 выполнено по два гидростатических кармана 9 (Фиг. 23-26), сообщающихся каждый отдельным отверстием 10 в упорном кольце 3 с одним из двух скошенных участков 8 сегмента 7. При этом в отличие от второго варианта, где площадь сферической упорной поверхности 15 корпуса 1 больше, чем площадь тыльной сферической поверхности 14 упорного кольца 3, в четвертом варианте площадь сферической упорной поверхности 15 корпуса 1 меньше, чем площадь тыльной сферической поверхности 14 упорного кольца 3 (Фиг. 25).
В соответствии со всеми вариантами заявляемого упорного подшипника скольжения, упорное кольцо 3 выполнено из стали с рабочей поверхностью 5, покрытой слоем баббита (Фиг. 2, 9, 16, 24) или полиэфирэфиркетона (РЕЕК) (Фиг. 7, 13, 21, 29), или бронзы с рабочей поверхностью 5, покрытой слоем серебра (фиг.2, 9, 16, 24) или полиэфирэфиркетона (РЕЕК) (фиг. 7, 13, 21, 29), или упорное кольцо 3 полностью выполнено из полиэфирэфиркетона (РЕЕК) (Фиг. 8, 14, 22, 30).
Упорный подшипник по первому варианту заявляемого подшипника работает следующим образом:
Через каналы 2 подачи смазки, расположенные в корпусе 1, смазка направляется к каналам 4 подвода смазки в упорном кольце 3 (Фиг. 3), из которых она поступает в радиальную канавку 6 (Фиг. 4). Таким образом, на входе в каждый сегмент 7 образуется масляная ванна, из которой смазка перетекает на первый, по направлению вращения, скошенный участок 8 сегмента 7 для формирования гидродинамического клина. После начала вращения упорного диска в прямом направлении смазка из радиальной канавки 6 вовлекается на первый, по направлению вращения, скошенный участок 8 сегмента 7. На первом, по направлению вращения, скошенном участке 8 и всей поверхности до второго, по направлению вращения, скошенного участка 8 каждого сегмента 7 образуется гидродинамический клин, смазка из которого под гидродинамическим давлением попадает в первый, по направлению вращения, гидростатический карман 9 через отверстие 10 (Фиг. 2-3). Таким образом, создается гидростатическая пленка смазки на тыльной стороне 14 упорного кольца 3 за счет перетекания смазки из первого, по направлению вращения, кармана 9 на тыльную сторону сегмента 7.
Упорный подшипник по первому варианту работает аналогично при вращении упорного диска в обратном направлении.
На Фиг. 5 и 6 показано распределение давления масляной пленки на рабочей поверхности 5 и тыльной стороне 14 упорного кольца 3 для прямого и обратного направления вращения.
Упорный подшипник по второму варианту заявляемого подшипника работает следующим образом:
Через каналы 2 подачи смазки в корпусе 1 смазка направляется к каналам 4 подвода смазки в упорном кольце 3 (Фиг. 17), из которых она поступает в полость 13 в верхней части скребка 11, связанной с входом на скошенный участок 8, через отверстие 12 в скребке 11 (Фиг. 18). Таким образом, на входе в каждый сегмент 7 образуется масляная ванна, из которой смазка перетекает на скошенный участок 8 сегмента 7 для формирования гидродинамического клина. После начала вращения упорного диска в прямом направлении смазка из полости 13 в верхней части скребка 11 вовлекается на первый, по направлению вращения, скошенный участок 8 сегмента 7. На первом, по направлению вращения, скошенном участке 8 и всей поверхности до второго по направлению вращения скошенного участка 8 каждого сегмента 7 образуется гидродинамический клин, смазка из которого под гидродинамическим давлением попадает в первый, по направлению вращения, гидростатический карман 9 через отверстие 10 (Фиг. 16-17). Таким образом, за счет перетекания смазки из кармана 9 на тыльную сторону сегмента 7, на тыльной стороне 14 упорного кольца 3 создается гидростатическая пленка смазки. Образование гидростатической пленки на тыльной стороне 14 упорного кольца 3, которая выполнена сферической, и соответственно, на сферической упорной поверхности 15 корпуса 1 обеспечивает взаимное скольжение сферических поверхностей 14 и 15.
При вращении упорного диска в обратном направлении упорный подшипник по второму варианту заявляемого подшипника работает аналогично.
На фиг.19 и 20 изображено распределение давления масляной пленки на рабочей поверхности 5 и тыльной стороне 14 упорного кольца 3 для прямого и обратного направления вращения.
Работа подшипника по третьему варианту заявляемого изобретения аналогична работе по первому варианту.
Работа подшипника по четвертому варианту заявляемого изобретения аналогична работе по второму варианту.