ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ
BEARING UNIT

Изобретение относится к машиностроению, а именно к комбинированным подшипниковым узлам, предназначенным для использования, например, в авиационных агрегатах.
Недостатком подшипников скольжения является их повышенный износ в момент отсутствия масляного слоя или масляной пленки в начальный момент работы агрегата, когда масло из маслонасоса еще не дошло до контактирующих поверхностей подшипника. Для повышения долговечности подшипникового узла в агрегатах используют комбинированные подшипники.
Известен подшипниковый узел комбинированной опоры вала (наиболее близкий аналог по конструкции и назначению - авторское свидетельство SU №1379509, F16C 21/00; 1988), содержащий корпус, вал, подшипник скольжения и подшипник качения, а также механическое переключающее устройство для отключения подшипника качения при достижении валом расчетных оборотов, которое содержит стержень, контактирующий с валом и жестко связанный с подпружиненным башмаком, пружина которого выполнена в виде набора шайб, размещенного между стержнем и подшипником скольжения.
В соответствии с описанием изобретения при достижении расчетных оборотов вала стержень 3 с башмаком 4 под действием центробежных сил отходят от вала 1 и вал опирается на подшипник скольжения.
Однако центробежная сила на стержни 3 с башмаками 4 будет действовать только до тех пор, пока стержни с помощью пружин 5 прижимаются к валу 1. Действие центробежных сил прекратится сразу же, как только стержни оторвутся от вала. Тогда пружины 5 вернут стержни в контакт с валом, в результате чего получится колебательный процесс - отрыв стержней от вала и резкий возврат в контакт с валом, что для высокоскоростного вала будет означать резкое торможение вала от всей массы подшипника скольжения с установленными на нем подшипником качения, стержнями, пружинами и башмаками, а также может привести к задиру поверхности контакта стержня и вала.
Задачей изобретения является создание компактной конструкции комбинированного подшипникового узла с высокой надежностью и долговечностью.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в подшипниковом узле, содержащем корпус, вал, подшипник скольжения, тело качения и гидромеханическое устройство, взаимодействующее с телом качения, в соответствии с изобретением гидромеханическое устройство выполнено в виде расположенных в радиальном сверлении корпуса: золотника, внутри которого расположено тело качения, заглушки, установленной с зазором относительно золотника, превышающим зазор между подшипником скольжения и валом, и толкателя, опирающегося на тело качения, причем золотник и толкатель независимо подпружинены относительно заглушки, полость высокого давления золотника соединена маслоканалом с полостью высокого давления маслосистемы, а полость низкого давления золотника соединена с полостью низкого давления маслосистемы через отверстия в заглушке.
При этом жесткость пружины толкателя меньше жесткости пружины золотника и выбрана из условия минимально необходимого давления толкателя на тело качения, а жесткость пружины золотника выбрана из условия достижения рабочего давления масла в полости золотника.
Подбором жесткостей пружин толкателя и золотника (и соответствующих зазоров) можно обеспечить контакт вала с телами качения подшипникового узла в начальном режиме работы агрегата, когда масло от маслонасоса маслосистемы еще не дошло до контактирующих с валом поверхностей подшипника скольжения подшипникового узла, и за счет тел качения исключить, таким образом, повышенный износ подшипника скольжения.
При достижении необходимого для перемещения золотника давления масла в системе контакт тела качения с валом прекращается, и подшипниковый узел работает как подшипник скольжения.
Применение подшипника скольжения в основном режиме работы узла обеспечивает конструкции узла и агрегата в целом компактность, меньшую массу и большие возможные нагрузки в сравнении с использованием подшипников качения, что существенно для авиационных агрегатов.
Конструкция подшипникового узла поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - разрез подшипникового узла при давлении масла, равном нулю;
на фиг.2 - поперечный разрез агрегата по А-А фиг.1;
на фиг.3 - место В фиг.2;
на фиг.4 - разрез подшипникового узла при рабочем давлении масла;
на фиг.5 - поперечный разрез агрегата по А-А фиг.4;
на фиг.6 - место В фиг.5.
Подшипниковый узел содержит (фиг.1, 2, 3) вал 1, корпус 2, в котором размещен подшипник скольжения 3 и выполнены маслоканалы 4 и 5, соединенные с полостью высокого давления маслосистемы агрегата, и гидромеханическое переключающее устройство, которое состоит (фиг.1, 2) из золотника 6, внутри которого (фиг.3, 6) расположено тело качения 7, толкателя 8 и заглушки 9 с отверстиями 10 и 11, соединенными с полостью низкого давления маслосистемы. Гидромеханические переключающие устройства установлены по крайней мере в трех радиальных (к оси вала и корпуса) сверлениях корпуса 2 агрегата. Вал 1 и подшипник скольжения 3 образуют зазор «а». Толкатель 8 и золотник 6 подпружинены относительно заглушки 9 соответственно пружинами 12 и 13.
Между золотником 6 и корпусом 2 расположена полость высокого давления 14 золотника, а между золотником 6 и заглушкой 9 расположена полость низкого давления 15 золотника. Между золотником 6 и заглушкой 9 имеется зазор «b», причем зазор «b» больше зазора «а».
Жесткость пружины 13 больше жесткости пружины 12. Пружина 12 рассчитана на минимально необходимое давление толкателя 8 на тело качения 7 и на вал 1. Пружина 12 рассчитана на сжатие только при достижении рабочего давления масла в полости высокого давления 14 золотника, в маслоканалах 4 и 5 и в зазоре «а».
Подшипниковый узел работает следующим образом.
Вначале, в момент запуска агрегата, увеличения оборотов, заполнения каналов маслосистемы маслом, прогреве агрегата на холостом ходу без нагрузки, вращение вала 1 происходит относительно подпружиненных тел качения 7.
В этот период устраняется процесс сухого трения между валом 1 и подшипником скольжения 3. На фиг.2 изображено сечение А-А с рекомендуемым минимальным количеством гидромеханических устройств, число которых составляет три. На фиг.3 показано увеличенное изображение места контакта тела качения 7 и вала 1 в момент запуска и раскрутки агрегата, в котором установлена описываемая конструкция.
В процессе увеличения оборотов вала 1 и давления масла в маслосистеме агрегата происходит заполнение маслом каналов 4 и 5, полости высокого давления 14 и зазора «а». При достижении рабочего давления масла в полости высокого давления 14 происходит (фиг.4, 5, 6) перемещение золотника 6 в сторону заглушки 9, преодолевается сопротивление пружины 12 толкателя и пружины 13 золотника, воздух и масло из полости низкого давления 15 вытесняются через отверстия 10, 11 заглушки 9, тело качения 7 отжимается от вала 1 с помощью золотника 6, а вращение вала 1 продолжается в заполненном под давлением масла зазоре «а».
При завершении работы агрегата (при выключении приводного двигателя) вал 1 некоторое время продолжает вращаться по инерции с постепенным уменьшением оборотов и, соответственно, с уменьшением давления масла. Со снижением давления масла в полости высокого давления 14 пружины 12 и 13 перемещают золотник 6, толкатель 8 и тело качения 7 в сторону контакта тела качения 7 с валом 1, плавно переводя вращение вала 1 с подшипника скольжения 3 на подпружиненные тела качения 7 гидромеханических устройств.