ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
FLUID BEARING

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для крупногабаритных конструкций.
Известна опора скольжения, содержащая вал, охватывающий вал корпус, на внутренней поверхности которого в осевом направлении выполнены карманы для рабочей среды и средства для подачи рабочей среды в карманы подшипника. Средства для подачи рабочей среды в карманы подшипника состоят из многозаходных винтовых каналов, выполненных на внутренней стороне корпуса и направленных против вращения (см. а.с. №1603088 от 10.02.88 г. по классу F16С 32/06).
Известен гидростатический подшипник, содержащий обращенные друг к другу соосные кольца, одно из которых снабжено желобом на поверхности, обращенной к другому, выполненный с возможностью сохранения рабочего зазора δ между ними и насосом для подкачки жидкости с плотностью ρ в рабочий зазор подшипника (Бушуев В.В. Гидростатическая смазка в станках. - М.: Машиностроение, 1989, стр.155, рис.85).
Недостатки указанных подшипников заключаются в необходимости соблюдать рабочий зазор в пределах сотых долей миллиметра, иметь постоянно работающую гидростанцию с высоким давлением, что не позволяет удержать крупногабаритный вращающийся объект.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение функциональных возможностей гидростатического подшипника.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности удержания крупногабаритного кольцевого объекта, вращающегося вокруг вертикальной оси.
Поставленная задача решается тем, что гидростатический подшипник, содержащий обращенные друг к другу соосные кольца, одно из которых снабжено желобом, обращенным к другому, выполненный с возможностью сохранения рабочего зазора δ между соосными кольцами, при этом гидростатический подшипник снабжен насосом для подкачки жидкости в рабочий зазор подшипника, отличается тем, что нижнее кольцо выполнено в виде кольцевого желоба, охватывающего своими стенками, по меньшей мере, часть боковой стенки верхнего кольца, с обеспечением возможности его свободного вращения, причем верхнее кольцо погружено в рабочую жидкость на величину h под действием его веса G и дополнительной нагрузки F в соответствии с соотношением G+F=ρgSh, где ρ - плотность жидкости, S - площадь сечения верхнего кольца, g - ускорение свободного падения, а суммарная площадь S1 поперечного сечения боковых зазоров b1 и b2 равна
где j - требуемая жесткость вертикального смещения верхнего кольца подшипника от дополнительной нагрузки, при этом вертикальная дополнительная нагрузка на него F не превышает несущей способности подшипника Fmax, равной
ρgS(h+δ)-G.
При этом боковые стенки желоба выполнены вертикальными и соответствующие им стенки верхнего кольца также выполнены вертикальными.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию «новизна».
Отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак «…ось вращения колец выполнена вертикальной…»
Отличительный признак «…нижнее кольцо выполнено в виде кольцевого желоба, охватывающего своими стенками, по меньшей мере, часть боковой стенки верхнего кольца»… - необходим для образования в подшипнике полости и размещения в ней необходимого количества рабочей жидкости. При этом высота стенок и количество жидкости выбираются из условия, чтобы при полном погружении верхнего кольца в жидкость и перемещения жидкости в боковой зазор не произошло перетекания жидкости поверх стенки.
Признак, указывающий на «обеспечение возможности … свободного вращения» нижнего кольца, необходим для выбора оптимальной величины зазора, уменьшение которого приводит к увеличению гидродинамических сил сопротивления вращению, а увеличение приводит к уменьшению величины подъема уровня жидкости при погружении верхнего кольца в жидкость.
Признак « - причем верхнее кольцо погружено в рабочую жидкость на величину h под действием его веса G и дополнительной нагрузки F в соответствии с соотношением G+F=ρgSh, где S - площадь сечения верхнего кольца, g - ускорение свободного падения, а суммарная площадь S1 поперечного сечения боковых зазоров b1 и b2 равна
где j - требуемая жесткость вертикального смещения верхнего кольца подшипника от дополнительной нагрузки…» - необходим для выбора рабочей точки характеристики подшипника - при увеличении или уменьшении нагрузки на подшипник уровень рабочей жидкости в боковом зазоре должен соответственно увеличиваться или уменьшаться.
Признак «…при этом вес верхнего кольца G и вертикальная дополнительная нагрузка на него F не превышают в сумме несущей способности подшипника Fmax, равной ρgS(h+δ)-G» - необходим для обеспечения работоспособности подшипника.
Признак «…боковые стенки желоба выполнены вертикальными и соответствующие им стенки верхнего кольца также выполнены вертикальными» - необходим для обеспечения расчетной жесткости подшипника независимо от величины смещения верхнего кольца.
Конструкция подшипника поясняется чертежом на фиг.1, где 1 - нижнее кольцо, 2 - верхнее кольцо, 3 - кольцевая рабочая полость (желоб) с рабочей жидкостью, δ - расчетное значение рабочего зазора, b1 и b2 - боковой зазор, h - расчетная высота столба жидкости в боковом зазоре, hmax - наибольшая высота столба жидкости в боковом зазоре, 4 - насос подкачки рабочей жидкости, 5 - ось вращения колец, 6 - боковые стенки желоба 3, G - вес верхнего кольца, F - вертикальная нагрузка на верхнее кольцо.
Гидростатический подшипник содержит обращенные друг к другу соосные нижнее 1 и верхнее 2 кольца, одно из которых выполнено в виде кольцевого желоба 3 на поверхности, обращенной к другому, выполненный с возможностью сохранения рабочего зазора δ между ними и насосом 4. При этом насос 4 выполняет вспомогательную роль периодической подкачки недостающего количества жидкости для обеспечения необходимого рабочего зазора δ, что позволяет настроить подшипник на заданную среднюю величину рабочего зазора и поддерживать его. Ось вращения 5 колец 1 и 2 выполнена вертикальной, что обеспечивает возможность удержания веса и дополнительной вертикальной нагрузки, действующей на вращающийся объект, за счет гидростатической силы. Желоб 3 выполнен на нижнем кольце 1 с боковыми стенками 6, охватывающими верхнее кольцо 2, с боковыми зазорами b1 и b2, обеспечивающими свободное вращение подвижного кольца 2, причем верхнее кольцо 2 погружено в рабочую жидкость на величину h под действием его веса G и дополнительной нагрузки F в соответствии с соотношением G+F=ρgSh, где S - площадь сечения верхнего кольца, g - ускорение свободного падения, а суммарная площадь S1 поперечного сечения боковых зазоров b1 и b2 равна
где j - требуемая жесткость вертикального смещения верхнего кольца подшипника от дополнительной нагрузки, при этом вес верхнего кольца G и вертикальная дополнительная нагрузка на него F не превышают в сумме несущей способности подшипника Fmax, равной
ρgS(h+δ)-G.
Кроме того, боковые стенки 6 желоба 3 выполнены вертикальными и соответствующие им стенки верхнего кольца 2 также выполнены вертикальными.
Гидростатический подшипник работает следующим образом.
В рабочую полость (желоб) 3 подшипника подают насосом 4 рабочую жидкость. Верхнее кольцо 2 всплывает и образуется рабочий зазор δ, при достижении заданной величины которого подкачку жидкости прекращают, подшипник готов к восприятию дополнительной вертикальной нагрузки на верхнее кольцо 2.