КОМБИНИРОВАННАЯ ОПОРА
COMBINED SUPPORT

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в быстровращающихся роторных машинах.
В качестве прототипа данного технического решения выбрана комбинированная опора, содержащая корпус с установленным в нем подшипником скольжения, а также концентрично расположенный в подшипнике скольжения подшипник качения и шейку вала, которая снабжена подвижными колодками, корпус выполнен с концентрично размещенным относительно подшипника скольжения шипом, а шейка вала выполнена в виде цилиндрической втулки с пазами на ее внутренней поверхности, установленной внутри подшипника скольжения и смонтированной на наружной поверхности подшипника качения посредством упругоустановленных в упомянутых пазах с возможностью перемещения под действием центробежных сил подвижных колодок, при этом внутренняя обойма подшипника установлена неподвижно на шипе корпуса (см. патент РФ №2073801, МПК F16C 21/00, опубликовано 1997 г.).
Недостатком данной опоры является невозможность управления включением и выключением подшипника качения из работы без конструкционных изменений опоры.
Техническая задача, которую решает данное изобретение, - управляемое включение и выключение подшипника качения из работы за счет изменения напряжения, подаваемого на пьезоэлементы от источника напряжения.
Поставленная задача достигается тем, что комбинированная опора, содержащая корпус с установленными в нем подшипником скольжения, подшипником качения, внутренняя обойма которого установлена неподвижно, с концентрично расположенной в подшипнике скольжения шейкой вала, а также подвижные колодки, закрепленные с возможностью перемещения в пазах, согласно изобретению, пазы находятся на внутренней поверхности корпуса, подшипник качения установлен концентрично на валу, при этом внутренняя обойма подшипника качения установлена на валу неподвижно, подвижные колодки установлены с возможностью перемещения под действием поперечных деформаций пьезоэлементов пьезоэлектрического привода, установленного в пазах корпуса и подключенного к источнику напряжения.
Технический результат применения данного устройства заключается в повышении надежности системы ротор-опора, улучшении динамических характеристик опоры на режимах пуск - останов, обеспечении вращения ротора на пусковых режимах с использованием подшипника качения с выведением его из работы с помощью изменения приложенного к пьезоэлементам напряжения на заданных частотах вращения.
На фиг.1 изображена комбинированная опора, продольный разрез при включении в работу подшипника качения, на фиг.2 изображена комбинированная опора, поперечный разрез при включении в работу подшипника качения, на фиг.3 изображена комбинированная опора, продольный разрез при выключенном из работы подшипнике качения, на фиг.4 изображена комбинированная опора, поперечный разрез при выключенном из работы подшипнике качения, на фиг.5 изображен пьезоэлектрический привод с подвижными колодками при выключенном из работы подшипнике качения, на фиг.6 изображен пьезоэлектрический привод с подвижными колодками при включенном в работу подшипнике качения.
Комбинированная опора содержит корпус 1 с установленным в нем подшипником скольжения 2, в котором концентрично расположена шейка вала 3. На валу 3 концентрично установлен подшипник качения 4, внутренняя обойма которого неподвижно закреплена на валу 3. Корпус 1 имеет пазы 5, в которых находятся подвижные колодки 6, фиксирующие внешнюю обойму подшипника качения 4, и пьезоэлектрический привод 7, состоящий из твердого тела 8, пьезоэлементов 9 и подключенный к источнику напряжения 10.
Устройство работает следующим образом.
При запуске (остановке) машины вращение вала 3 и передача нагрузки на корпус 1 осуществляется через подшипник качения 4, фрикционные колодки 6, твердое тело 8 и пьезоэлементы 9. Фрикционные колодки 6 с твердым элементом 8 прижимаются пьезоэлементами 9 пьезоэлектрического привода 7 к наружной обойме подшипника качения 4. Пьезоэлементы 9 подключены к источнику напряжения 10. Чтобы предотвратить дополнительный износ фрикционных колодок 6, момент сил прижатия должен быть больше момента трения в подшипнике качения 4. Твердое тело 8 выполнено из жаропрочной стали, которая имеет низкие тепловые деформации.
С увеличением скорости вращения вала 3 фрикционные колодки 6 под действием поперечных деформаций пьезоэлементов 9, возникающих за счет падения напряжения, подаваемого источником напряжения 10, смещаются по пазам 5 в радиальном направлении, освобождая наружную обойму подшипника качения 4, которая с этого момента вращается в свободном режиме.
При отсутствии контакта между подшипниками качения 4 и фрикционными подвижными колодками 6 подшипник качения 4 выключен из работы. Передача нагрузки и фиксирование вала 3 на высоких частотах вращения происходит посредством смазочного слоя подшипника скольжения 2, несущая способность которого может создаваться в это время как в результате действия гидродинамического клина, так и за счет гидродинамического эффекта при наличии давления питания.