Комбинированная опора привода
COMBINED SUPPORT OF DRIVE

Изобретение относится к области машиностроения и ракетно-космической техники и может быть использовано в роторных машинах, к которым предъявляются высокие требования по надежности и долговечности, которые работают в условиях невесомости или у которых валы расположены вертикально, вследствие чего отсутствует радиальная нагрузка на подшипники качения.
Известна комбинированная опора по патенту РФ №2395733 содержащая корпус и размещенные в нем подшипник скольжения, подшипник качения и систему подпружиненных колодок, закрепленных на внутренней поверхности полого вала, отличающаяся тем, что подпружиненные колодки имеют разную массу или пружины имеют разную жесткость. Комбинированная опора работает в режиме номинальной скорости вращения и в случае пусков-остановов за счет того что пружинные колодки с разной жесткостью подключают и отключают разнотипные подшипники за счет перетекания масла между втулками подшипников.
Основным недостатком указанной опоры является низкая надежность работы опоры особенно в условиях низкой гравитации и вакуума из-за непрогнозируемого изменения вязкости масла перетекающего по протокам.
Также известна комбинированная опора по патенту РФ №2243425 содержащая корпус и размещенные в нем подшипник качения и гидродинамический подшипник, отличающаяся тем, что во внутреннем кольце подшипника качения размещена втулка из антифрикционного материала, вал установлен во втулке с зазором h1, причем относительно гидродинамического подшипника вал имеет зазор h2, больший, чем зазор h1 вала во втулке, а гидродинамический подшипник установлен эксцентрично относительно оси подшипника качения. Опора работает так что при пуске-останове работает подшипник качения а при увеличении частоты вращения вала появляется в гидродинамическом подшипнике, который установлен эксцентрично относительно оси подшипника качения и с зазором h2 относительно вала, гидродинамическая сила и вал "всплывает", передача нагрузки на корпус осуществляется через смазочный слой гидродинамического подшипника, а также через смазочный слой между валом и втулкой, а внутреннее кольцо подшипника качения вращается с меньшей частотой под действием момента сил трения в смазочном слое.
Основным недостатком указанной опоры является низкая надежность, и долговечность ее работы из-за отсутствия регулирования силы радиального нагружения от гидродинамического подшипника что приводит либо к чрезмерной радиальной нагрузке на вал при максимальной частоте вращения либо к недостаточной радиальной нагрузке при пуске-останове что приводит к биениям и вибрациям в подшипнике качения.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача уменьшить биения и вибрацию в подшипнике качения за счет создания постоянной нагружающей силы в опоре при незначительном увеличении силы сопротивления качению в опоре, что приводит к увеличению надежности и долговечности работы опоры.
Поставленная задача решается тем, что в комбинированной опоре ротора содержащей корпус с размещенными в нем двумя комбинированными подшипниками, каждый из которых состоит из подшипника качения и статодинамического подшипника, расположенными на валу ротора, при этом статодинамический подшипник, выполнен с изменяемым рабочим эксцентриситетом, что обеспечивается конструкцией наружного кольца статодинамического подшипника в виде двух эксцентриковых втулок, причем рабочие эксцентриситеты обоих статодинамических подшипников одинаковы как по величине, так и по направлению.
Статодинамические подшипники комбинированной опоры ротора могут быть гидродинамическими подшипниками
Статодинамические подшипники комбинированной опоры ротора могут быть газодинамическими подшипниками
Техническим результатом изобретения является уменьшение биений и вибраций в подшипнике качения за счет создания постоянной нагружающей силы в опоре при незначительном увеличении силы сопротивления качению в опоре, что приводит к увеличению надежности и долговечности работы опоры
На фиг. 1 изображен боковой разрез одного из комбинированных подшипников, с сечением на котором показаны эксцентриситеты статодинамических подшипников.
Комбинированная опора ротора содержит (см. Фиг. 1) вал 1 на котором расположено два корпуса комбинированного подшипника 2 в которых жестко закреплены установленные рядом подшипник качения 3 и подшипник скольжения 4. Подшипник скольжения 4 содержит вращающуюся втулку 5; внешнюю эксцентриковую втулку 6 и внутреннюю эксцентриковую втулку 7. Эксцентриситеты внешней эксцентриковой втулки 6 и внутренней эксцентриковой втулки 7 расположены так чтобы рабочий эксцентриситет подшипника скольжения 4 был направлен в сторону наивыгоднейшего нагружения всей системы и совмещен с рабочим эксцентриситетом подшипника скольжения 4 второго комбинированного подшипника 2.
Выбор типа подшипника скольжения 4 - гидродинамический или газодинамический - зависит от внешних условий применения комбинированной опоры и выбирается при проектировании.
Комбинированная опора ротора работает следующим образом: в режиме пуск-останов за счет известной радиальной нагрузки на вал 1 от подшипника скольжения 4 существует минимально необходимое усилие для прижатия шариков в подшипнике качения 3 что приводит к отсутствию биений и вибраций в комбинированном подшипнике 2 в этом режиме.
Для устойчивости движения шариков в подшипнике скольжения 4 необходимо корпус комбинированного подшипника 2 нагрузить расчетной радиальной нагрузкой, направление вектора которой выбирается в наиболее выгодном, с точки зрения обеспечения высокой надежности и долговечности, направлении, например, наибольшей жесткости крепления корпуса 1. Одним из способов задания на подшипники качения 3 радиальной нагрузки является установка параллельно ему подшипника скольжения 4, в результате опора становится комбинированной.
С целью обеспечения высокой надежности и долговечности работы комбинированная опора ротора вводится непрерывное поддержание расчетного значения радиальной нагрузки на подшипник качения 3 в заранее заданном направлении за счет того, что статогидродинамический подшипник скольжения 4 расположен в комбинированном подшипнике 2 так что радиальная нагрузка от подшипник скольжения 4 направлена постоянно в 1 направлении в обоих подшипниках скольжения 4
В такой комбинированной поре ротора в условиях невесомости или при вертикальном расположении вала 1 радиальная нагрузка на подшипник качения 3 будет определяться эпюрой давления, создаваемой в гидростатодинамическом подшипнике скольжения 4. Так как давление в гидростатодинамическом подшипнике скольжения 4, при прочих равных условиях, зависит от вязкости смазывающего материала, то при изменении температуры или замене смазочного материала на другой с отличающейся вязкостью происходит изменение радиальной силы, что ведет или к ослаблению расчетной радиальной нагрузки и неустойчивому движению шариков или к ее увеличению и повышению повреждаемости сопряженных поверхностей.
С целью обеспечения высокой надежности и долговечности работы роторной опоры вводится непрерывное поддержание расчетного значения радиальной нагрузки на подшипник качения 3 в заранее заданном направлении за счет того, что статогидродинамический подшипник скольжения 4 выполняется с регулируемым рабочим эксцентриситетом, что обеспечивается конструкцией наружного кольца в виде двух эксцентриковых втулок.
Таким образом, получен техническим результата именно уменьшены биения и вибрации в подшипнике качения за счет создания постоянной нагружающей силы в опоре при незначительном увеличении силы сопротивления качению в опоре, что приводит к увеличению надежности и долговечности работы опоры