ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК
HYDROSTATIC BEARING

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в обрабатывающем оборудовании с использованием в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов.
Известен газостатический подшипник, содержащий охватывающую цапфу вала обойму с кольцевой внутренней камерой, открытой в сторону вала и сообщающейся с источником подачи смазочной среды под давлением, размещенную в упомянутой камере плавающей втулки, а также щелевые дроссели, торцы плавающей втулки выполнены со скосами в сторону вала, а боковые стенки камеры - коническими, образующими со скошенными торцами втулки щелевые дроссели, на наружной поверхности втулки у ее торцов выполнены продольные глухие микроканавки (Авторское свидетельство СССР SU №1139913 A, F16C 32/06, опубликован в 1985 г.).
Недостатком газостатического подшипника является небольшой диапазон отрицательной податливости и увеличенный расход смазки вследствие того, что при смещении плавающей втулки щелевые дроссели увеличиваются, уменьшая сопротивление протеканию смазки, что увеличивает ее расход.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является гидростатический подшипник, содержащий корпус с радиальным каналом, сообщенным с источником нагнетания смазки, вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом. Втулка образовывает с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор. В средней плоскости подшипника с внешней и внутренней сторон втулки выполнены кольцевые каналы, сообщенные между собой и с источником нагнетания смазки. На внешней цилиндрической поверхности втулки выполнены по обоим концам кольцевые выступы, образующие между корпусом и втулкой ступенчатый дросселирующий зазор. Между корпусом и валом образованы осевые дросселирующие зазоры, а между торцевыми поверхностями втулки и корпусом - радиальные щелевые дросселирующие зазоры. В месте их воображаемого пересечения со ступенчатым зазором образованы дренажные кольцевые полости (патент Российской Федерации RU №2208723 C2, F16C 32/06, опубликован в 2003 г.).
Недостатком гидростатического подшипника является небольшой диапазон отрицательной податливости и увеличенный расход смазки, потому что при перемещении подвижной втулки увеличивается давление в области под втулкой, что приводит к увеличению расхода смазки в нагруженной области и перемещению втулки в сторону нагрузки, что ведет к дальнейшему увеличению расхода смазки, но так как перемещение втулки возможно только в рамках щели между ней и валом, то достигается небольшой диапазон отрицательной податливости.
Задачей изобретения является создание гидростатического подшипника, с наибольшим диапазоном отрицательной податливости и меньшим расходом смазки.
Поставленная задача достигается тем, что в гидростатическом подшипнике, содержащем корпус с радиальным каналом, сообщенным с источником нагнетания смазки и вал, согласно изобретению, в корпусе выполнен второй радиальный канал, сообщающийся с источником нагнетания смазки и оба радиальных канала выполнены дросселирующими, на торцах корпуса выполнены кольцевые выступы, на внутренней стороне которых, установлены мембраны кольцевого типа, образующие с корпусом и выступами корпуса полости, сообщенные с радиальными каналами, внутри мембран герметично закреплены жесткие кольца, образующие с валом осевые дросселирующие щели, а с корпусом - радиальные дросселирующие щели, внутренняя поверхность корпуса между которыми и поверхность вала образуют щелевой зазор для основного несущего слоя смазки.
На чертеже показан продольный разрез гидростатического подшипника.
н
a
Гидростатический подшипник содержит корпус 1, вал 2, в корпусе 1 выполнены дросселирующие радиальные каналы 3, сообщающиеся с источником нагнетания смазки, на торцах корпуса 1 выполнены кольцевые выступы, на внутренней стороне которых установлены мембраны 4 кольцевого типа, образующие с корпусом и выступами корпуса полости 5, сообщенные с радиальными каналами 3, внутри мембран герметично прикреплены жесткие кольца 6, образующие с валом осевые дросселирующие щели 7, а с корпусом - радиальные дросселирующие щели 8, внутренняя поверхность корпуса 1 между которыми и поверхность вала 2 образуют щелевой зазор 9 для основного несущего слоя смазки. Мембраны 4 герметично прикреплены внешней кромкой к выступам корпуса, а внутренней кромкой - к жестким кольцам 6. Гидростатический подшипник работает следующим образом. Смазка поступает в подшипник от источника питания под давлением р через дросселирующие радиальные каналы 3 в полости 5. Гидростатическая сила, создаваемая давлением в полостях 5 на мембраны 4 кольцевого типа, уравновешивается силами упругой деформации мембран 4. Из полостей 5 смазка проходит через радиальные дросселирующие щели 8 и разделяется на два потока. Часть смазки поступает в щелевой зазор 9, другая часть через осевые дросселирующие щели 7 выходит в окружающую среду под давлением p. Гидростатическая сила смазки в щелевом зазоре 9, действующая на вал 2, уравновешивается внешней нагрузкой f.
С изменением нагрузки f на вал 2, он смещается в направлении действия нагрузки f, появляется эксцентриситет е отклонения оси вала 2 относительно оси корпуса 1. Вследствие этого уменьшается (увеличивается) щелевой зазор 9 в нагруженной (разгруженной) зоне, что приводит к увеличению (уменьшению) его гидравлического сопротивления и, как следствие, увеличению (уменьшению) давлений в щелевом зазоре 9 и полостях 5. В результате, суммарная гидростатическая сила в полостях 5 принимает направление, противоположное эксцентриситету е, и деформирует мембраны 4. Это приводит к увеличению (уменьшению) упругих сил в нагруженной (разгруженной) зоне, которые уравновешивают увеличившиеся (уменьшившиеся) гидростатические силы в полостях 5, а также приводит к перемещению жестких колец 6 в направлении, противоположном эксцентриситету е, при этом величина радиальных дросселирующих щелей 8 не меняется. Высота осевой дросселирующей щели 7 уменьшается (увеличивается) в направлении эксцентриситета е (в противоположном направлении эксцентриситета е), что приводит к дополнительному увеличению (уменьшению) давления в щелевом зазоре 9, но при этом расход смазки через подшипник не увеличивается. Дополнительное давление в щелевом зазоре 9 смещает вал 2 в направлении, противоположном действию нагрузки f, таким образом достигается эффект отрицательной податливости вала 2. А благодаря тому, что жесткие кольца 6 соединены с корпусом 1 мембранами 4, которые стремятся вернуть кольца 6 в центральное положение, между валом 2 и кольцами 6 всегда присутствует минимальный осевой дросселирующий зазор 7, его наличие вынуждает вал 2 постоянно смещаться против действия нагрузки f, чем достигается отрицательная податливость практически на всем диапазоне нагрузки f.