РАДИАЛЬНАЯ УПРУГАЯ ОПОРА

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть применена в упругих подшипниковых узлах роторных машин, в муфтах для соединения валов, в автобалансирах, использующих упругие корректирующие массы.
Предшествующий уровень техники
Известны радиальные упругие опоры подшипниковых узлов в виде втулки или диска, имеющих концентрические ряды сквозных торцевых пазов, равномерно расположенных по окружности (Кельзон А.С. и др. «Динамика роторов в упругих опорах», М., «Наука», гл. ред. физ.-мат. литературы, 1982, с.28-29, рис.1.4.8). За прототип принята упругая опора по авт. св. СССР №406048, 1973, содержащая ряды торцевых пазов, расположенных по концентрическим окружностям, при этом конец каждого паза соединен с началом другого паза, расположенного на соседнем концентрическом ряду. Такая опора имеет существенный недостаток - сложность изготовления, а именно, выполнения отдельных пазов и перемычек между ними. Сложный профиль пазов обусловливает неравномерность напряжений в материале диска при нагрузке, что снижает запас прочности опоры (особенно при работе во вращающихся узлах при дополнительном действии центробежных сил).
Сущность полезной модели
Задача полезной модели заключается в упрощении упругой опоры (придании ей технологичности изготовления на современных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) с использованием стандартных программ управления) и повышении запаса прочности. Эта задача решена благодаря тому, что упругая опора выполнена в виде диска с торцевыми сквозными пазами в виде многозаходной спирали из одиночных витков, угловой размер а которых удовлетворяет условию
4π/n≤α≤2π,
где n - число заходов спирали, при этом n равно 3 или 4
Для придания универсальности, на диске выполнены дополнительные пазы в виде второй многозаходной спирали, при этом обе спирали расположены соответственно рядом с внутренней и внешней цилиндрическими поверхностями диска.
Перечень фигур и чертежей
На фиг.1 изображена предложенная опора при n=3 и α=7π/4.
На фиг.2 показана опора при n=4 и α=3π/2.
На фиг.3 показан вид универсальной опоры с дополнительными пазами в виде второй многозаходной спирали.
На фиг.4 представлен пример применения предложенной опоры в подшипнике скольжения.
На фиг.5 показан пример использования универсальной опоры в устройстве автобалансира для вращающегося ротора.
На фиг.1-5 приняты следующие обозначения:
1 - диск;
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 - пазы, выполненные на диске;
9 - корпус;
10 - вал;
11 - войлочные прокладки;
12 - крышка;
13 - внешние металлические кольца-прокладки;
14 - внутренние металлические кольца-прокладки.
Предложенная упругая опора выполнена в виде диска 1 (фиг.1, 2), на торцевой поверхности которого выполнены сквозные пазы в виде многозаходной спирали из одиночных витков, угловой размер а которых удовлетворяет условию
4π/n≤α≤2π,
где n - число заходов спирали, при этом, n равно 3 или 4.
В универсальной радиальной упругой опоре (фиг.3) на торцевой поверхности диска выполнены дополнительные пазы в виде второй многозаходной спирали, при этом обе спирали расположены соответственно рядом с внутренней и внешней цилиндрическими поверхностями диска.
На фиг.1 показан диск с тремя пазами 2, 3, 4 (n=3) с угловым размером витка α=7π/4, на фиг.2 - диск с четырьмя пазами 5, 6, 7, 8 (n=4) с угловым размером витка α=3π/2.
При закреплении одной из радиальных поверхностей диска и действии радиальной нагрузки на другую, происходит смещение ее, определяемое жесткостью опоры, которая выбирается в широких пределах, главным образом, установкой длины одиночного витка. Так, для диска (фиг.2), выполненного из высокопрочной легированной стали и имеющего размеры (40×20×3) мм при угловых размерах витков-пазов π, 3π/2, 2π и ширине паза 0,6 мм получаем жесткости соответственно 2000 н/мм, 50 н/мм, 20 н/мм.
На фиг.3 показана универсальная опора, где на диске 1 выполнены дополнительные пазы в виде второй многозаходной спирали Б, при этом обе спирали (А и Б) расположены соответственно рядом с внутренней и внешней цилиндрическими поверхностями диска 1. Крепление диска 1 к неподвижным или вращающимся частям роторных машин осуществляется, например, с помощью крепежных элементов благодаря отверстиям, прилегающим к внешней и внутренней цилиндрическим поверхностям диска 1 (на чертеже не обозначены). Центральная часть (ЦЧ) диска 1 имеет возможность упругого перемещения даже при одновременном закреплении его внешней и внутренней поверхностей.
На фиг.4 представлен пример использования предложенной опоры в подшипнике скольжения, содержащем четыре предложенные упругие опоры в виде дисков 1, установленных в корпусе 9. Вал 10 помещен относительно внутренних смазываемых поверхностей дисков 1 с некоторым зазором. Диски 1 разделены друг от друга войлочными (фетровыми) прокладками 11, которые служат одновременно концентраторами смазки-масла, уплотнителями зазора и демпферами для гашения колебаний вала.
Единообразно изготовленные диски 1 устанавливаются в корпус 9 с равномерным угловым разворотом относительно друг друга для усреднения погрешностей их изготовления. В осевом направлении набор дисков и прокладок зафиксирован крышкой 12. Такой подшипник допускает угловые смещения вала, возникающие при монтаже механизмов.
Из других многочисленных примеров использования предложенной опоры укажем на возможность применения ее в муфтах для соединения валов и в автобалансирах, использующих упругую корректирующую массу.
Фиг.5 является иллюстрацией примера использования универсальной опоры в конструкции автобалансира с упругими корректирующими массами (описание принципа работы таких автобалансиров для неуравновешенных вращающихся роторов дано в патенте РФ на полезную модель №108324 «Автобалансир для ротора» и в заявке РФ на изобретение №2010104077 «Способ балансировки ротора». Автобалансир составлен из нескольких универсальных опор в виде дисков 1 (на фиг.5 - из трех) с внешними 13 и внутренними 14 металлическими кольцами - прокладками между ними, допускающими свободу упругих смещений центральных частей (ЦЧ на фиг.3) относительно друг друга. При установке такого автобалансира на несбалансированный ротор (например, автомобильное колесо), достигается самобалансировка системы ротор-автобалансир благодаря упругим смещениям центральных частей (ЦЧ) дисков 1 при частоте вращения ротора выше собственной частоты предложенной упругой опоры.
Следует отметить, что использование предложенной опоры в автобалансире не требует специального устройства (например, корпуса), ограничивающего смещение корректирующей массы. В этом случае смещение корректирующей массы задается шириной пазов.
По сравнению с опорой-прототипом, процесс изготовления предложенной опоры существенно упрощается (например, легко программируется при лазерной нарезке пазов).