ПОДШИПНИК ГАЗОСТАТИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к деталям машин, а именно к конструкциям самоустанавливающихся газостатических упорных подшипников, работающих в комплекте с быстровращающимися валами, подвергающимися в процессе работы изгибным деформациям из-за относительно невысокой изгибной жесткости вследствие большого удлинения и ограничений по массе, и может быть использована в турбомашинах авиационного, энергетического и аэрокосмического машиностроения.
Известен упорный подшипниковый узел, состоящий из пяты, подпятника, в зазоре между которыми размещен подшипник, выполненный с возможностью газодинамического формирования газовой смазки, снабженный средством подвода сжатого газа в зазор между пятой и рабочей поверхностью подшипника. Подшипник включает опорную и несущую платы, выполненные в виде шайб или дисков из упругого материала, последняя из которых образует рабочую поверхность подшипника. Средство подвода сжатого газа в зазор между пятой и рабочей поверхностью подшипника выполнено в виде сквозных каналов, сформированных с тыльной стороны пяты, выпускные отверстия которых распределены по поверхности пяты, обращенной в рабочий зазор, а приемные отверстия выполнены с возможностью приема сжатого воздуха от внешнего источника при вращении вала, устанавливаемого в подшипник.
(см. патент РФ №2449184, кл. F16C 17/04, F16C 32/06, 2012 г.).
Особенностью известного газостатического подшипника является то, что смазочный слой состоит из двух участков - клиновидного и участка с постоянным сечением. Недостатком такого решения является неэффективное использование площади опорных поверхностей, так как опорная поверхность клиновидного участка не участвует в создании грузоподъемной силы подшипника.
Известен подшипник, содержащий пяту, корпус, в котором размещена кольцевая несущая плата с упругими, перекрывающими друг друга лепестками. В плате напротив лепестков выполнены секторальные прорези. Несущая плата с лепестками выполнена из набора пластинчатых профилированных элементов, скрепленных между собой.
В процессе работы подшипника по мере разгона образуется газодинамический смазочный зазор между пятой и несущей платой. Прорези обеспечивают свободный доступ газа в смазочный зазор. При увеличении скорости вращения повышается давление газа, которое сохраняется в смазочном зазоре. Давление газа, умноженное на площадь подшипника, определяет несущую способность подшипника, благодаря которой он воспринимает осевую нагрузку.
(см. патент РФ №2496032, кл. F16C 17/04, F16C 27/02, 2013 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что в конструкции подшипника несущая плата с лепестками выполнена из набора пластинчатых профилированных элементов с жестким креплением между собой, что упрощает конструкцию. Однако диапазон саморегулирования такой единой конструкции достаточно узок и его может не хватить для отработки всего диапазона несимметричных переменных эксплуатационных нагрузок.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение грузоподъемной силы подшипника за счет оптимального распределения газа в циркуляционном зазоре и расширение области применения за счет увеличения диапазона саморегулирования оптимального положения колодок подшипника в зависимости от нагрузки на валу, в том числе, за счет шарнирного крепления их к корпусу.
Указанный технический результат достигается тем, что в подшипнике газостатическом, содержащем корпус, в котором с возможностью вращения установлен упорный диск, имеющий возможность скрепления с валом, колодки, шарнирно установленные в корпусе с обеих сторон от упорного диска и образующие своими опорными поверхностями с плоскостями упорного диска циркуляционные зазоры, а также выполненные в каждой колодке питающие каналы для подачи рабочей среды в циркуляционные зазоры, новым является то, что в каждой колодке образована питающая полость, посредством питающих каналов связанная с циркуляционным зазором для подачи в него рабочей среды, причем каждый питающий канал каждой колодки соединен с одной из канавок, выполненных на опорной поверхности колодки, одна из канавок имеет прямолинейную, а другая криволинейную форму для оптимального распределения рабочей среды в циркуляционном зазоре.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - схема подшипника газостатического;
- на фиг. 2 - вид колодки со стороны ее опорной поверхности.
Подшипник газостатический содержит упорный диск 1, который имеет возможность скрепления известным образом, например, шпоночным соединением с валом (не показан) перпендикулярно его оси вращения. С двух сторон относительно плоскостей упорного диска 1 расположены колодки 2 (например, по пять с каждой стороны), каждая из которых оснащена шарниром 3. Упорный диск 1 и колодки 2 размещены в корпусе 4. Каждая колодка соединена с корпусом 4 посредством шарнира 3 и имеет возможность поворота относительно оси, параллельной плоскости упорного диска 1. Опорные поверхности колодок 2 и наружные поверхности (плоскости) упорного диска 1 образуют циркуляционные зазоры с двух сторон относительно упорного диска 1. В колодках 2 выполнены питающие каналы 5 и 6, сообщающие выполненную в каждой колодке общую питающую полость 7 с циркуляционным зазором.
На опорной поверхности каждой колодки 2 выполнены канавки 8 и 9. Канавка 8 выполнена прямолинейной и сообщена с питающим каналом 5, а канавка 9 выполнена криволинейной, например, дугообразной или радиусной формы и сообщена с питающим каналом 6. Как показали исследования, такое сочетание форм канавок 8 и 9 позволяет оптимальным образом распределить рабочую среду в циркуляционном зазоре.
Подшипник газостатический работает следующим образом.
Для работы упорный диск 1 подшипника соединяют с имеющим возможность вращения валом посредством, например, шпонки таким образом, чтобы упорный диск был расположен перпендикулярно оси вращения вала, о чем уже упоминалось выше. В результате вал опирается на упорный диск 1.
В процессе вращения вала и упорного диска 1, в питающую полость 7 каждой колодки 2 подается (например, от воздушного компрессора посредством гибких шлангов - не показаны) среда - сжатый воздух, который по питающим каналам 5 и 6 попадает в канавки 8 и 9 и далее - в циркуляционные зазоры (обозначены на фиг. 1 как «Средний зазор»). Находящийся в циркуляционном зазоре сжатый воздух не позволяет образующим зазор поверхностям упорного диска 1 и колодок 2 соприкасаться. При отсутствии внешней нагрузки на валу опорная поверхность колодок 2 располагается параллельно плоскостям упорного диска 1. При наличии нагрузки на валу под действием внешней силы упорный диск 1 смещается в корпусе 4 в осевом направлении. В результате, средние циркуляционные зазоры между поверхностями упорного диска 1 и колодок 2 становятся разными. В зоне той колодки, где имеется минимальный зазор, возникают наибольшие силы давления воздуха. Наоборот, в месте наибольшего зазора возникают наименьшие силы. В результате векторного сложения сил от всех колодок 2 возникает суммарная реакция подшипника, компенсирующая внешнюю нагрузку. Колодки 2 передают нагрузку на корпус 4 посредством шарнира 3. За счет шарниров 3 обеспечивается поворот колодок 2 вокруг центра шарнира под действием аэродинамических сил и поворот их в положение равновесия, при котором крутящий момент на колодках 2 становиться равным нулю. В положении равновесия воздух в циркуляционный зазор поступает только через канал 5 и прямолинейную канавку 8, прямолинейность канавки обеспечивает максимальную площадь распределения воздуха с избыточным давлением в циркуляционном зазоре. Так как давление в канавке 9 в положении равновесия равно давлению в общей питающей полости 7, то перетекание воздуха по каналу 6 не происходит. Сохранение одинакового давления по всей длине канавки 9 обеспечивается ее криволинейной формой, так как канавка 9 располагается вдоль изолинии давления в циркуляционном зазоре, а на изолинии давление постоянно.
При возникновении внешней нагрузки на упорном диске 1 подшипника колодка 2 поворачивается вокруг шарнира 3 таким образом, что давление в канавке 9 падает, и воздух через канал 6 и канавку 9 начинает поступать в циркуляционный зазор, вследствие чего в нем увеличивается давление, и, тем самым, увеличивается сила реакции подшипника на внешнюю нагрузку. Таким образом, за счет наличия общей питающей полости 7 создается надежная автоматическая система струйного управления внутри газостатического подшипника и увеличивается возможный диапазон внешних нагрузок. Так же отсутствие перетекания воздуха через канал 6 и канавку 9 в положении равновесия позволяет использовать меньшее количество воздуха с сохранением необходимой грузоподъемности подшипника.
Предложенная конструкция подшипника обеспечивает надежную его работу во всем диапазоне режимов и нагрузок за счет автоматического обеспечения зазора между поверхностью упорного диска и опорных поверхностей колодок подшипника.