ЛЕПЕСТКОВЫЙ МЕХАТРОННЫЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
PETAL MECHATRON GAS-DYNAMIC BEARING

Изобретение относится к турбомашиностроению и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных роторов машин и агрегатов, нагруженных радиальными нагрузками, в системах кондиционирования воздуха кабин летательных аппаратов, а также систем турбонаддува в современном автомобилестроении.
Известен лепестковый газодинамический подшипник с активным управлением, который является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, содержащий корпус, в который вставлены пьезоактуаторы, расположенные равномерно по окружности корпуса, и тонкий лепесток, (см. патент РФ №2568005, МПК F16C 17/12, опубл. 10.11.2015 г.).
Недостатком является значительное количество пьезоэлектрических актуаторов и, следовательно, высокое энергопотребление, сложность управления и недостаточная надежность подшипникового узла.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в улучшении динамических характеристик высокоскоростного ротора, повышении надежности и энергоэффективности подшипникового узла, а также ресурса работы при многократных пусках и остановах.
Техническая задача достигается тем, что в лепестковом мехатронном газодинамическом подшипнике содержится корпус, в паз которого вставлены тонкий лепесток, круговой гофрированный элемент и пьезоэлементы, согласно изобретению, в продольные пазы корпуса вставлены пакетные пьезоэлементы, изменяющие форму опорной поверхности подшипника воздействием на круговой гофрированный элемент в радиальном направлении, позволяющие снимать данные о положении вала и деформациях опорной поверхности, а также варьировать жесткостью опорной поверхности.
Технический результат заключается в улучшении динамических характеристик высокоскоростного ротора, повышении надежности и энергоэффективности подшипникового узла, а также ресурса работы при многократных пусках и остановах.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен лепестковый мехатронный газодинамический подшипник в момент пуска и останова, на фиг. 2 изображен вид пьезоактуатора при наличии электрического напряжения, на фиг. 3 изображен пьезоактуатор при включенном и выключенном состоянии.
Лепестковый мехатронный газодинамический подшипник (фиг. 1) представляет собой опору скольжения, состоящую из корпуса 1, выполненного в виде втулки с продольными пазами 2, в которых размещены пакетные пьезоэлементы 3, защищенные от износа защитными колпачками 4, управляемые посредством подачи необходимого значения напряжения на провода 5. Для создания упругоподатливой рабочей поверхности корпус 1 подшипника имеет продольный паз 6, в котором при помощи призматической шпонки 7 закреплены круговой гофрированный элемент 8 и тонкий лепесток 9, охватывающий вал 10.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии электрического напряжения на проводах 5 пакетных пьезоэлементов 3 круговой гофрированный элемент 8 и лепесток 9 формируют цилиндрическую опорную поверхность - конструкция функционирует как однолепестковый газодинамический подшипник (фиг. 1 и 3). Во время работы при достижении заданной частоты вращения или при возникновении опасных колебаний, связанных с потерей устойчивости, на провода 5 (фиг. 2 и 3) подается необходимое напряжение, пакетные пьезоэлементы 3 увеличиваются в размерах, воздействуя через защитные колпачки 4 на круговой гофрированный элемент 8, который деформирует тонкий лепесток 9, перестраивая цилиндрическую упругую опорную поверхность в многоклиновую. При этом возникают равномерно расположенные по окружности эпюры давления, что приводит к минимизации амплитуды колебаний и повышению устойчивости движения.