ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ

Заявленное устройство относится к машиностроению, а именно, к газо- и гидростатическим подшипникам скольжения (ПС), и может быть использовано в устройствах таких, как опоры скольжения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), опоры скольжения воздушных компрессоров (ВК), опоры скольжения шпинделей металлорежущих станков, плоские опоры направляющих металлорежущих станков, опоры скольжения газотурбинных двигателей (ГТД) летательных аппаратов и др.
Известны гидростатические подшипники, в которых в подводящих смазку трубопроводах установлены дроссели типа капилляр или диафрагмы с острыми кромками (см. Риппел Г. Проектирование гидростатических подшипников, М., Машиностроение, 1967 г, стр.28-31).
Существенным недостатком этих подшипников является их недостаточно высокая несущая способность и недостаточно высокая жесткость.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является гидростатический подшипник (см. авт. св. СССР №177711, кл. F06С, 1966 г.), содержащий подвижный вал и неподвижную втулку подшипника, в которой расположены масляные камеры, питающие каналы которых содержат регулировочные устройства (РУ). Каждое регулировочное устройство выполнено в виде двух конусных каналов, конусы которых обращены вершинами навстречу друг к другу, причем входной конус выполнен с большей, а выходной - с меньшей конусностью.
Недостатком этого подшипника является, то, что углы входного и выходного конусов РУ заданы в неограниченном диапазоне, вследствие чего, при ненадлежащем выборе параметров регулировочного устройства (конусов), подшипник может иметь очень низкую несущую способность и низкую жесткость, что снижает область его применения.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является оптимизация параметров элементов регулировочного устройства (параметров конусов) с целью увеличения нагрузочной способности (грузоподъемности) подшипника, увеличения жесткости и, таким образом, расширения области его применения.
Для достижения указанного технического результата в подшипнике, содержащем каналы с регулировочным устройством для подачи рабочей среды к сопрягаемым поверхностям, выполненным в виде двух конусных каналов, обращенных вершинами навстречу друг к другу и сопрягаемых по диаметру, наименьшему в регулировочном устройстве, входной конус выполнен с большей, а выходной - с меньшей конусностью, причем выходной конус выполнен с углом конусности 8…13°.
Кроме того, входной конус РУ может быть выполнен с углом конусности 15…60°.
Между входным и выходным конусами может быть введен цилиндр с проходным диаметром, равным диаметру сопряжения входного и выходного конусов, а длина канала равна 0,1…2,0 наименьшим диаметрам регулировочного устройства.
Длина входного конуса РУ может быть равна 1…8 наименьшим диаметрам регулировочного устройства.
Длина выходного конуса РУ может быть равна 2…20 наименьшим диаметрам регулировочного устройства.
Кроме того, при длине выходного конуса, равной 2…10 наименьшим диаметрам регулировочного устройства, сразу после выходного конуса может быть подключен канал расширения до диаметра, равного 2…10 наименьшим диаметрам регулировочного устройства, с длиной не менее 2 наименьших диаметров регулировочного устройства.
Радиус сопряжения входного конуса с выходным конусом РУ может быть равен 0,2…2 наименьшим диаметрам регулировочного устройства.
Радиус сопряжения входного и выходного конусов с цилиндром может быть равен 0,5…5 наименьшим диаметрам регулировочного устройства.
Отличительные признаки заявляемого подшипника:
- выполнение в регулировочном устройстве подшипника скольжения выходного конуса с углом конусности 8…13°, позволяет получить на выходе из РУ скоростной поток без отрыва от стенок выходного конуса, уменьшить потери при расходах ниже уровня ограничения;
- выполнение входного конуса с углом конусности 15…60° обеспечивает в регулирующем устройстве допустимые гидравлические потери;
- введение цилиндра между входным и выходным конусами с диаметром, равным диаметру сопряжения входного и выходного конусов, и длиной, равной 0,1…2,0 наименьшим диаметрам РУ, позволяет упростить технологию изготовления РУ (более точно выдержать ответственный размер наименьшего диаметра сопряжения входного и выходного конусов);
- обеспечение длины входного конуса, равной 1…8 наименьшим диаметрам РУ, а так же длины выходного конуса, равной 2…20 наименьшим диаметрам РУ, позволяют выполнить данное РУ с наименьшими потерями при наименьших габаритных размерах;
- для повышения технологичности изготовления РУ предлагается выполнить длину выходного конуса, равной 2…10 наименьшим диаметрам РУ с последующим внезапным расширением до размера канала, равного 2…10 наименьшим диаметрам РУ, с длиной не менее 2 наименьших диаметров РУ;
- уменьшение сопротивления РУ возможно так же за счет введения радиусов сопряжения входного конуса с выходным конусом РУ, равного 0,2…2 наименьшим диаметрам РУ, или радиуса сопряжения входного и выходного конусов с цилиндром равного 0,5…5 наименьшим диаметрам РУ.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами:
где на Фиг.1 показана схема цилиндрического подшипника скольжения;
на Фиг.2 показана схема плоского подшипника скольжения;
на Фиг.3 показана подробная схема регулировочного устройства;
на Фиг.4 показана подробная схема регулировочного устройства, имеющего на выходе канал расширения;
Подшипник скольжения (см. Фиг.1) содержит неподвижную втулку 1 и подвижный вал 2, установленный во втулке с зазором 3. Во втулке выполнены каналы питания 4 и поддерживающие карманы 5. На входе в каждый канал питания 4 установлено регулировочное устройство 6. Регулировочное устройство 6 (см. Фиг.3) состоит из входного 7 и выходного 8 конусов, сопряженных цилиндром 9 с наименьшим диаметром в РУ. Входной конус 7 выполнен с углом конусности 15…60° и длиной 1…8 наименьших диаметров РУ 6, а выходной 8 - углом конусности 8…13° и длиной 2…20 наименьших диаметров РУ 6. Радиус сопряжения входного конуса 7 с выходным конусом 8 равен 0,2…2,0 наименьшим диаметрам РУ 6.
Между входным 7 и выходным 8 конусами может быть введен цилиндр 9 с диаметром проходного сечения, равным наименьшему диаметру сопряжения конусов 7 и 8, а его длина равна 0,1…2,0 наименьшим диаметрам сопряжения. Радиус сопряжения входного 7 и выходного 8 конусов с цилиндром 9 равен 0,5…5,0 наименьшим диаметрам РУ 6.
Регулировочное устройство 6 может быть выполнено с внезапным расширением выходящего потока (см. Фиг.4), при этом длина выходного конуса 8 выполняется равной 2…10 наименьшим диаметрам РУ, а сразу после выходного конуса 8 введен канал расширения 10 до диаметра, равного 2…10 наименьшим диаметрам РУ 6, с длиной не менее двух наименьших диаметров РУ 6.
На Фиг.2 представлен подшипник скольжения, выполненный в виде плоской опоры. Деталь 1 - выполнена неподвижной. Деталь 2 имеет возможность перемещаться относительно детали 1. Между деталями при работе есть зазор 3. В детали 1 выполнен канал питания 4 с поддерживающим карманом 5. На входе в канал питания 4 установлено регулировочное устройство 6.
Подшипник работает следующим образом. До начала работы вал 2 (см. Фиг.1) под действием силы тяжести находится в нижнем положении и в контакте со втулкой 1. При подаче рабочей среды через регулировочные устройства 6 в питающие каналы 4 (и далее в поддерживающие карманы 5 и рабочий зазор 3) вал 2 всплывает и удерживается в центре втулки 1, т.е. рабочий зазор 3 по окружности вала 2 поддерживается равномерным.
При приложении внешней радиальной нагрузки к валу 2 он смещается во втулке 1, при этом, зазор 3 со стороны приложения нагрузки увеличивается, а с противоположной стороны - уменьшается. В связи с этим расход рабочей среды в поддерживающий карман 5 со стороны приложения нагрузки увеличивается, а с обратной стороны - уменьшается. Вступают в действие регулировочные устройства 6. Со стороны максимального зазора они ограничивают максимальный расход в поддерживающий карман 5 подшипника, а со стороны минимального зазора снижают (из-за снижения расхода) потери давления рабочей среды в поддерживающий карман 5. При этом выполнение в регулировочном устройстве выходного конуса 8 с углом конусности 8…13, обеспечивает минимальные потери давления рабочей среды на выходе из РУ 6.
Кроме того, выполнение входного конуса 7 с углом конусности 15…60°,
а также введение между входным 7 и выходным 8 конусами цилиндра 9 с диаметром проходного сечения, равным диаметру сопряжения конусов 7 и 8, и при длине цилиндра равной 0,1…2,0 наименьшим диаметрам регулировочного устройства,
а также выполнение длины входного конуса 7, равной 1…8 наименьшим диаметрам регулировочного устройства,
а также выполнение длины конуса 8, равной 2…20 наименьшего диаметра регулировочного устройства,
а также выполнение длины конуса 8, равной 2…10 наименьшим диаметрам регулировочного устройства, и сразу после выходного конуса введение канала расширения до диаметра, равного 2…10 наименьшим диаметрам регулировочного устройства 6, с длиной не менее 2 наименьших диаметров регулировочного устройства,
а также выполнение радиуса сопряжения конуса 7 с конусом 8, равным 0,2…2,0 наименьшим диаметрам регулировочного устройства,
а также выполнение радиуса сопряжения входного и выходного конусов с цилиндром 9, равным 0,5…5 наименьшим диаметрам регулировочного устройства 6,
со стороны минимального зазора из-за уменьшении расхода рабочей среды (при уменьшении зазора) ведет к снижению в регулировочном устройстве потерь на внезапное сжатие, на трение и на внезапное расширение, а также к увеличению давления в поддерживающем кармане 5 подшипника.
Одновременно, со стороны максимального зазора, из-за увеличения расхода рабочей среды (при увеличении зазора), в регулировочном устройстве снижаются потери на внезапное сжатие, на трение и на внезапное расширение, вследствие чего в узком сечении регулировочного устройства образуется критический режим течения (скорость потока равняется скорости звука), и наступает ограничение по пропускаемому расходу регулировочным устройством 6, которое в свою очередь ведет к повышению потерь давления на регулировочном устройстве 6 и снижению давления в поддерживающем кармане 5 подшипника со стороны максимального зазора. Увеличение перепада на валу подшипника ведет к увеличению несущей способности подшипника, и увеличению его жесткости.
Таким образом, регулировочные устройства 6 осуществляют коррекцию расхода по перемещению вала в пределах рабочего зазора при приложении нагрузки к валу ПС, с целью восстановления концентричного расположения вала 2 и втулки 1.