ПОДШИПНИК
BEARING

Изобретение касается подшипника (опора) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Из уровня техники уже известны подшипники, которые включают в себя сердечник и окружающую его оболочку. При этом сердечник опирается на оболочку через по меньшей мере один эластомер или несколько эластомеров.
Между сердечником и оболочкой расположены одна или несколько функциональных камер, в которых находятся рабочие текучие среды. Функциональные камеры на своих осевых концах часто ограничены эластомерами, которые соединяют сердечник с оболочкой.
Такие подшипники называются гидравлическими подшипниками и имеют обычно две закрытые и соединенные друг с другом функциональные камеры, в каждой из которых находится рабочая текучая среда.
Как только гидравлический подшипник охлаждается, проявляют свое действие различные коэффициенты расширения сердечника, оболочки, а также эластомеров и рабочей текучей среды.
Рабочая текучая среда в функциональных камерах обычно имеет значительно более высокий коэффициент расширения, чем окружающие, по существу твердые ограничивающие материалы. Эти ограничивающие материалы обычно изготовлены из металла или эластомеров.
При охлаждении рабочей текучей среды в функциональных камерах возникает полость, или, соответственно, полый объем, который должен уравниваться. Образование этого полого объема приводит к понижению давления во всей системе подшипника.
Поскольку в функциональных камерах после их наполнения имеется остаточный воздух, при падающем давлении он расширяется и обеспечивает соответствующее уравнивание объема.
Чем больше остаточного воздуха находится в функциональных камерах, тем меньше падение давления в подшипнике. Но возникающий пузырек воздуха всегда по существу имеет размер, равный уменьшению объема рабочей текучей среды.
Ввиду этого следует заметить, что давление в функциональных камерах падает ниже давления пара рабочей текучей среды, если в функциональных камерах не содержится воздух. Рабочая текучая среда испаряется и наполняет возникшую пустоту или, соответственно, возникший полый объем; тогда давление системы соответствует давлению пара рабочей текучей среды.
Описанный выше процесс усложняется, когда в двух функциональных камерах находятся сильно отличающиеся количества воздуха. Результатом этого являются асимметричные кривые изменения жесткости.
В каждом случае при отклонении сердечника относительно оболочки, независимо от частоты или, соответственно, скорости отклонения, сначала должен уравниваться возникший полый объем, прежде чем наступит значительный подъем давления в функциональной камере. До этого момента подшипник обладает только низкой жесткостью несущей пружины, только после этого начинает действовать более высокая жесткость расширяющейся пружины.
Поэтому в основе изобретения лежит задача выполнить и усовершенствовать подшипник (опору) вышеназванного рода таким образом, чтобы получалось наиболее низкое возможное падение жесткости подшипника при низких температурах.
Настоящее изобретение решает вышеназванную задачу с помощью признаков п.1 формулы изобретения.
В соответствии с изобретением обнаружено, что падение жесткости при низких температурах может быть устранено, когда полый объем, возникающий из-за различных коэффициентов расширения, замещается уравнительной текучей средой.
В соответствии с изобретением конкретно обнаружено, что эта уравнительная текучая среда должна располагаться вне собственных функциональных камер. Путем подачи уравнительной текучей среды для заполнения полых объемов может предотвращаться потеря функции гидравлического повышения жесткости при высоких частотах и/или скоростях.
В соответствии с изобретением, в частности, обнаружено, что технологически в функциональных камерах всегда остается некоторое остаточное количество воздуха. При этом в соответствии с изобретением гарантировано, что давление внутри подшипника падает только на незначительную величину. В ином случае расширяющееся остаточное количество воздуха приводило бы к функциональным ограничениям.
В соответствии с изобретением все эти проблемы решаются с помощью уравнительной камеры для уравнительной текучей среды, из которой уравнительная текучая среда может вводиться в функциональную камеру. При этом уравнительная текучая среда в уравнительной камере отделена от наполненного газом пространства подвижным или упругим разделительным элементом. С помощью этого подвижного или упругого разделительного элемента может без затруднений дозироваться количество подаваемой уравнительной текучей среды.
При этом подшипник выполнен таким образом, что получается наиболее низкое возможное падение жесткости подшипника при низких температурах.
Следовательно, вышеназванная задача решена.
Уравнительная камера могла бы обладать возможностью проводящего текучую среду соединения с соединительным каналом функциональных камер с помощью канала и обратного клапана. Для функциональной способности подшипника давление в уравнительной камере должно быть таким же высоким, как и статическое давление системы, которое устанавливается между функциональными камерами и уравнительным объемом в неподвижном состоянии подшипника. По кривым изменения давления в функциональных камерах при динамической нагрузке подшипника можно определить, что это статическое давление системы получается как минимальное значение кривой изменения давления в середине соединительного канала. Если уравнительный объем соединяется с серединой соединительного канала через обратный клапан таким образом, что посредством этого обратного клапана в уравнительном объеме снижается возможно имеющееся избыточное давление, когда достигается минимум давления в середине соединительного канала, в уравнительном объеме автоматически и без внешнего вмешательства устанавливается указанное статическое давление системы динамически не нагруженного подшипника.
Уравнительная камера могла бы обладать возможностью проводящего текучую среду соединения с соединительным каналом с помощью тонкого канала. Поднимающееся статическое давление системы в функциональных камерах, напр., вследствие нагрева подшипника, может уравниваться посредством дополнительного канала между уравнительным объемом и соединительным каналом или одной из функциональных камер. С помощью канала, который выполнен очень тонким, в уравнительный объем очень дозированно при каждом пике давления в канале или в одной из функциональных камер может всегда подаваться только очень небольшое количество текучей среды.
Обратный клапан мог бы допускать небольшой обратный отток в уравнительную камеру. Альтернативно дополнительному тонкому каналу обратный клапан может быть также рассчитан так, чтобы при пиках давления в соединительном канале он обеспечивал возможность очень небольшого обратного оттока в уравнительный объем.
Внутри канала мог бы быть расположен гидравлический дроссель или фильтр. Внутри канала мог бы быть расположен гидравлический дроссель. Предпочтительно канал выполнен с такими размерами, что при функционально релевантных частотах или скоростях с действующими в подшипнике давлениями объемный поток практически отсутствует, и в распоряжении имеется вся динамическая жесткость подшипника. Несмотря на это, канал должен иметь такие размеры, чтобы было обеспечено уравнивание объема при изменениях температуры всего подшипника, которое может продолжаться в течение минут или часов.
Ввиду этого гидравлический дроссель мог бы содержать ваточный холст (нетканый материал) или ткань, которая подобно сэндвичу помещена между двумя дисками, снабженными проходами. При этом может предотвращаться опасность засорения канала или обратного клапана частицами, которые находятся в уравнительной текучей среде во взвешенном состоянии. Далее, посредством ваточного холста (нетканого материала) или ткани может регулироваться гидравлическое сопротивление внутри канала.
Гидравлическое сопротивление может регулироваться за счет положения неподвижного и плотно набитого ваточного холста или ткани. Ваточный холст или ткань удерживается от перекоса или от отклонения от возникающих разностей давления с помощью дисков, снабженных проходами.
Наполненное газом пространство выбирается предпочтительно с таким размером, чтобы уравнивание объема осуществлялась без существенного падения давления. Размер наполненного газом пространства зависим от остаточного количества воздуха в функциональных камерах после их наполнения, ожидаемого диапазона температуры, в пределах которого должно осуществляться уравнивание, и допустимого отклонения от характеристики подшипника. Предпочтительно наполненное газом пространство составляет примерно от одно- до трехкратного объема, который должен уравниваться при охлаждении.
Разделительный элемент мог бы быть выполнен в виде подвижного поршня. Разделение между функциональными камерами и частями уравнительной камеры должно быть газонепроницаемым. В ином случае нежелательные газы могли бы попадать в функциональные камеры. Предпочтительно поэтому применяется уплотненный и подвижный в осевом направлении поршень.
Ввиду этого возможно также, чтобы разделительный элемент был выполнен в виде закатывающейся манжеты. Закатывающаяся манжета из эластомера, которая предпочтительно снабжена усилением из ткани, отличается высокой упругостью. Кроме того, закатывающаяся манжета из эластомера может легко зажиматься внутри канала таким образом, чтобы не возникало неплотных мест.
Разделительный элемент мог бы быть выполнен в виде ячеистой резины. При этом уравнительная текучая среда отделена от множества закрытых, наполненных газом пространств, а именно пузырьков или ячеек, которые внедрены в резиновую матрицу. Ячеистая резина образует зону пластичности для подвижного столба уравнительной текучей среды.
На свойства подшипника могут также оказывать значительные воздействия повышения температуры. При нагреве рабочей текучей среды могут возникать дополнительные объемы.
Эти дополнительные объемы приводят к сжатию остаточного воздуха, обычно находящегося в функциональных камерах, и к выпучиванию эластомеров, которые подпирают сердечник на оболочку.
При этом повышается давление в подшипнике или, соответственно, в системе, которая имеет такой подшипник. С помощью уравнительной камеры, в которой предусмотрена уравнительная текучая среда, причем эта уравнительная текучая среда в уравнительной камере отделена от наполненного газом пространства подвижным или упругим разделительным элементом, могут компенсироваться дополнительные объемы, возникающие вследствие нагрева.
Возникающее вследствие дополнительных объемов дополнительное давление перемещает рабочую текучую среду внутрь уравнительной камеры, при этом газ в наполненном газом пространстве сжимается. Поэтому получается значительно меньшее повышение давления в подшипнике. Рабочая текучая среда и уравнительная текучая среда предпочтительно являются идентичными по составу.
На чертежах показано:
фиг.1: подшипник, который имеет уравнительную камеру, имеющую наполненное газом пространство, при этом тонкий канал заканчивается в более широком канале;
фиг.2: подшипник, который имеет уравнительную камеру, имеющую наполненное газом пространство, при этом тонкий канал заканчивается в функциональной камере;
фиг.3: подшипник, который имеет уравнительную камеру, имеющую наполненное газом пространство, при этом осуществляется разделение текучей среды и газа разделительным поршнем;
фиг.4: подшипник, который имеет уравнительную камеру, имеющую наполненное газом пространство, и который оснащен клапаном для наполнения/управления давлением в наполненном газом пространстве уравнительной камеры;
фиг.5: подшипник, который имеет уравнительную камеру, имеющую наполненное газом пространство, и который оснащен дополнительным большим внешним аккумулятором для увеличения объема наполненного газом пространства;
фиг.6: подшипник, в котором очень схематично изображено ограниченное наполненное газом пространство;
фиг.7: график, на котором показана кривая изменения силы в зависимости от перемещения подшипника, имеющего небольшие количества остаточного воздуха, при температуре помещения;
фиг.8: график, который изображает кривую изменения давлений в функциональных камерах, при этом кривая изменения изображена при температуре помещения, 1 бар абсолютного давления без нагрузки, при амплитуде 2 мм;
фиг.9: график, на котором показана кривая изменения силы в зависимости от перемещения подшипника, имеющего небольшие количества остаточного воздуха в функциональных камерах, при минус 20°C;
фиг.10: график, который изображает кривую изменения давлений в функциональных камерах при минус 20°C, 1 бар абсолютного давления без нагрузки, при амплитуде 2 мм;
фиг.11: график, на котором показано изменение силы в зависимости от перемещения подшипника, имеющего уравнительную камеру, при минус 20°C, при этом уравнительный объем уравнивает примерно двойное уменьшение температуры;
фиг.12: график, который изображает кривую изменения давлений в функциональных камерах при минус 20°C, при этом уравнительный объем уравнительных камер может компенсировать примерно двойное уменьшение температуры, и
фиг.13: подшипник, у которого уравнительная камера выполнена с ячеистой резиной.
На фиг.1 показан подшипник 1, включающий в себя сердечник 2 и окружающую его оболочку 3, при этом сердечник 2 опирается на оболочку 3 через по меньшей мере один эластомер 4, 5 или несколько эластомеров 4, 5, при этом между сердечником 2 и оболочкой 3 выполнены по меньшей мере две функциональные камеры 6 и 11, содержащие рабочую текучую среду, и при этом функциональные камеры 6 и 11 по меньшей мере частично ограничены эластомером или эластомерами 4, 5. Указанные по меньшей мере две функциональные камеры 6 и 11 соединены проводящим текучую среду соединением с помощью соединительного канала 14.
Предусмотрена по меньшей мере одна уравнительная камера 7 для уравнительной текучей среды, из которой уравнительная текучая среда может вводиться в функциональные камеры 6 и 11, при этом уравнительная текучая среда в уравнительной камере 7 отделена от наполненного газом пространства 9 подвижным или упругим разделительным элементом 8.
Уравнительная камера 7 с помощью канала 10 соединена проводящим текучую среду соединением с соединительным каналом 14 двух функциональных камер 6, 11. Внутри канала 10 расположен обратный клапан 15.
Внутри канала 10 расположен гидравлический дроссель 17. Гидравлический дроссель 17 мог бы содержать ваточный холст или ткань, которая помещена между дисками, снабженными проходами, подобно сэндвичу.
Дополнительно уравнительная камера 7 с помощью очень тонкого канала 16 проводящим текучую среду соединением соединена с каналом 10, и/или соединительным каналом 14, и/или одной или несколькими функциональными камерами 6, 11, как изображено на фиг.2.
На фиг.3 показано, что разделительный элемент 8 выполнен в виде подвижного поршня. Разделительный элемент 8 мог бы быть также выполнен в виде закатывающейся манжеты.
В конкретно изображенных примерах осуществления подшипника 1 предусмотрены две функциональные камеры 6, 11, которые обе наполнены рабочей текучей средой. В функциональных камерах 6, 11 находятся остаточные количества 12, 13 воздуха, которые возникают при наполнении функциональных камер 6, 11 рабочей текучей средой.
При нагрузке функциональных камер 6, 11 при движении в направлении x в функциональной камере 6 давление повышается, в функциональной камере 11 давление понижается. При этом оба изменения давления действуют равнонаправленным образом в качестве силы, противоположной направлению x.
Теоретически давление в функциональных камерах 6 может повышаться сколь угодно высоко, однако в функциональной камере 11 в принципе не может падать ниже давления пара рабочей текучей среды. Благодаря высоким предварительным давлениям может повышаться общая жесткость в системе подшипника.
Благодаря этому возможно активное или пассивное управление динамической жесткостью подшипника 1 путем регулирования давления посредством показанного на фиг.4 клапана 19 в наполненном газом пространстве 9.
Ввиду этого для уравнивания температуры возможно множество пассивных регулировок. Могла бы применяться биметаллическая пружина, которая действует на аккумулятор давления. Могли бы применяться расширительные элементы для компенсации изменений объема. Эти расширительные элементы должны были бы иметь отрицательные коэффициенты расширения.
На фиг.5 предусмотрен аккумулятор 20, от которого производится отбор и который регулярно пополняется. Это могло бы осуществляться посредством динамических процессов в самой системе подшипника. Могло бы осуществляться понижение давления. Предохранительный клапан мог бы открываться в направлении аккумулятора для повторного повышения давления. При повышении давления мог бы быть предусмотрен предохранительный клапан, который спускает давление в другой аккумулятор, в частности в окружающую среду.
При чисто пассивном исполнении очень большой аккумулятор с очень большим объемом мог бы обеспечивать практически постоянное давление. При надлежащем расчете объема этого большого аккумулятора относительно дифференциальных объемов в функциональных камерах понижение давления может уравнивать непосредственно повышение жесткости эластомеров при снижении температуры. Также возможна компенсация уменьшения модуля эластомера при повышении температуры.
Подшипник мог бы использоваться в качестве гидравлического подшипника, в частности в качестве гидравлического подшипника продольного рычага подвески. Подшипник мог бы использоваться в качестве гидравлического подшипника направляющей буксовой тяги в рельсовых транспортных средствах.
Кроме того, в гидроподшипнике можно создать определенное предварительное давление, чтобы влиять на характеристику, не повышая восприимчивость к температуре.
Остаточное количество воздуха в функциональной камере может значительно повышаться целенаправленным образом. Так паразитный эффект остаточных количеств воздуха может использоваться в качестве средства разработки характеристики.
На фиг.6 показан подшипник 1, у которого очень схематично ограничено наполненное газом пространство 9. Это может быть реализовано с помощью сильфона, упругого пузыря или тому подобного.
На фиг.13 показан подшипник 1, включающий в себя сердечник 2 и окружающую его оболочку 3, при этом сердечник 2 опирается на оболочку 3 через по меньшей мере один эластомер 4, 5 или несколько эластомеров 4, 5, при этом между сердечником 2 и оболочкой 3 выполнены по меньшей мере две функциональные камеры 6 и 11, содержащие рабочую текучую среду, и при этом функциональные камеры 6 и 11 по меньшей мере частично ограничены эластомером или эластомерами 4, 5. Указанные по меньшей мере две функциональные камеры 6 и 11 соединены проводящим текучую среду соединением с помощью соединительного канала 14.
Предусмотрена по меньшей мере одна уравнительная камера 7 для уравнительной текучей среды, из которой уравнительная текучая среда может вводиться в функциональные камеры (6, 11), при этом уравнительная текучая среда в уравнительной камере 7 отделена от нескольких наполненных газом пространств упругим разделительным элементом 21.
Конкретно разделительный элемент 21 выполнен в виде ячеистой резины. Уравнительная текучая среда отделена от множества закрытых, наполненных газом пространств, а именно пузырьков или ячеек, которые внедрены в резиновую матрицу.