УСТРОЙСТВО ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ
FRICTION BEARING DEVICE

Изобретение касается устройства подшипника качения согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения. Такое устройство подшипника качения известно, например, из DE 10 2009 056 662 А1.
Как указано в DE 102009056 662 А1, соответствующий подшипник качения выполнен в виде высокомощного подшипника качения, в особенности, для применения в опорах приводных механизмов или в опорах главных валов во вращающихся с большой скоростью газовых турбинах, механизмах, а также в опорах ротора в вертолетах.
В отдельных случаях при применении подшипников качения в зоне контакта между телами качения и кольцами подшипника в результате очень большой рабочей скорости вращения при максимально высоких нагрузках рабочие температуры быстро достигают величин значительно выше 200°С. Тепло, которое выделяется в результате трения при большой скорости вращения, необходимо постоянно и надежно отводить для предотвращения повреждения подшипника. Для этого применяются системы охлаждения подшипников качения, принцип которых известен из DE 102006024603 А1.
Одновременно в описанных отдельных случаях применения высокомощных подшипников качения возникают также осевые и радиальные биения, которые можно эффективно компенсировать с помощью систем демпфирования. Такая система демпфирования принципиально известна из DE 102008032921 А1.
Комбинированное охлаждение и демпфирование подшипника известно из упомянутого выше DE 102009056662 А1. При этом между наружным кольцом подшипника и корпусом расположен кольцеобразный промежуточный элемент, причем между наружным кольцом подшипника и промежуточным элементом образуется зона охлаждения, а между промежуточным элементом и корпусом образуется система демпфирования.
В основу изобретения положена задача создать такое усовершенствованное устройство подшипника качения, которое, предпочтительно, применяется для авиационных двигателей, а также для стационарных газовых турбин, с охлаждением и демпфированием, по сравнению с указанным уровнем техники, в особенности, в отношении производственных и эксплуатационных расходов.
Эта задача решается, в соответствии с изобретением, посредством устройства подшипника качения согласно пункту 1 формулы изобретения.
Это устройство подшипника качения имеет, по меньшей мере, одно наружное кольцо подшипника, один кольцеобразный промежуточный элемент и один конструктивный элемент корпуса, причем подшипник качения установлен таким образом в элементе корпуса, что промежуточный элемент расположен между наружным кольцом подшипника и элементом корпуса, при этом между наружным кольцом подшипника и промежуточным элементом образуется первая зона контакта, а между промежуточным элементом и конструктивным элементом корпуса образуется вторая зона контакта.
В первой зоне контакта расположена система охлаждения, имеющая, по меньшей мере, одну охлаждающую выемку, в частности канал охлаждения, по которой протекает охлаждающее вещество, в частности охлаждающая жидкость.
Во второй зоне контакта образована система демпфирования, имеющая, по меньшей мере, одну демпфирующую выемку, через которую демпфирующее полое пространство, например зазор, может заполняться во второй зоне контакта демпфирующей жидкостью.
В отличие от уровня техники в предложенном в изобретении устройстве подшипника качения наружное кольцо расположено в промежуточном элементе с возможностью вращения. На торцевой стороне наружного кольца находится расположенный по периметру буртик для улавливания масла, образованный с возможностью улавливать масло и направлять его в первую зону контакта.
Существенное преимущество предложенного в изобретении устройства подшипника качения заключается в том, что посредством вращающегося, оснащенного буртиком для улавливания масла наружного кольца, находящегося в подшипнике качения, впрыскиваемое сбоку подшипника масло с использованием центробежной силы специально подается в охлаждаемую зону контакта между наружным кольцом и промежуточным элементом.
В предпочтительном варианте выполнения система охлаждения в первой зоне контакта герметично соединена с системой демпфирования во второй зоне контакта. Тем самым одна единственная система подачи жидкости обеспечивает как охлаждение, так и демпфирование устройства подшипника качения. Вязкость комбинированной охлаждающей и демпфирующей жидкости, предпочтительно состоящей из масла, выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась как достаточная скорость ее потока в первой зоне контакта, и тем самым достигалось достаточно эффективное охлаждение, так и обеспечивалось достаточное демпфирующее действие.
Согласно первому варианту наружное кольцо имеет на торцевой стороне, находящейся напротив буртика для улавливания масла, по меньшей мере, одно отверстие для слива масла. Отверстие для слива масла может быть также образовано посредством выполненной канавки между наружным кольцом и промежуточным элементом.
Согласно второму варианту промежуточный элемент имеет один трубопровод для перелива масла, соединяющий первую зону контакта со второй зоной контакта. При этом вращение наружного кольца обеспечивает, главным образом, подачу охлаждающей и демпфирующей жидкости из первой зоны контакта, то есть из системы охлаждения, во вторую зону контакта, то есть в систему демпфирования. В отличие от наружного кольца промежуточный элемент не может вращаться в корпусе.
Далее описываются подробные примеры выполнения изобретения к данным фигурам. На них показано:
фиг. 1 - изображение фрагмента устройства подшипника качения в сечении согласно первому примеру выполнения;
фиг. 2 - изображение фрагмента устройства подшипника качения в сечении согласно второму примеру выполнения.
Одни и те же или одинаково действующие детали обозначены на фигурах одними и теми же символами.
На обеих фигурах представлено, соответственно, устройство подшипника реактивного двигателя, об основной функции которого шла речь в вышеупомянутом уровне техники. Следующие варианты выполнения касаются обоих примеров выполнения, если не указывается другое.
Устройство подшипника содержит кольца 1,4 подшипника, а именно одно внутреннее кольцо 1 и одно наружное кольцо 4, между которыми катаются тела 2 качения, а именно шарики, которые удерживаются с помощью сепаратора 3. На внешней поверхности наружного кольца 4 сформирован канал 5 охлаждения. Наружное кольцо 4 по радиусу окружено кольцеобразным промежуточным элементом 9, который также обозначается как окружающее кольцо подшипника. Таким образом, канал 5 охлаждения образует один компонент системы охлаждения в первой зоне контакта между наружным кольцом 4 и промежуточным элементом 9. Наружное кольцо 4 расположено с возможностью вращения в промежуточном элементе 9.
Вторая зона контакта образована между промежуточным элементом 9 и не показанным корпусом, в который помещен промежуточный элемент 9. В этой второй зоне контакта образована система демпфирования, причем демпфирующая жидкость, а именно демпфирующее масло, идентична протекающей по каналу 5 охлаждения жидкости. Промежуточный элемент 9 устанавливается в корпусе без возможности перемещения.
Охлаждающее и демпфирующее масло отводится посредством масляной форсунки 13, расположенной на торцевой стороне колец 1,4 подшипника. Оттуда оно частично выходит по буртику 6 для улавливания масла, сформированному на торцевой стороне наружного кольца 4. В представленном сечении буртик 6 для улавливания масла имеет клиновидную форму, причем внутренняя радиальная поверхность буртика 6 для улавливания масла расширяется к торцевой стороне кольца 4 подшипника, и тем самым образует коническую форму. Непосредственно вблизи буртика 6 для улавливания масла внутри кольца 4 подшипника находится отверстие 7 для масла, через которое уловленная буртиком 6 для улавливания масла охлаждающая и демпфирующая жидкость направляется в канал 5 охлаждения. Подача масла от буртика 6 для улавливания масла через установленное под углом отверстие 7 для масла и далее по каналу 5 охлаждения выполняется посредством центробежной силы в результате вращения наружного кольца 4.
В примере выполнения согласно фиг. 1 протекающее по каналу 7 охлаждения масло вытекает по расположенной напротив буртика 6 для улавливания масла торцевой стороне наружного кольца 4 через находящееся в наружном кольце 4 отверстие 8 для слива масла с торцевой стороны наружного кольца 4.
В примере выполнения согласно фиг. 2 масло течет от канала 5 охлаждения по имеющемуся в промежуточном элементе 9 трубопроводу 12 для перелива масла непосредственно к окружающей канавке 11 для распределения масла на внешней поверхности промежуточного элемента 9, который представляет собой компонент системы демпфирования. Как видно из фиг. 2, на внешней поверхности промежуточного элемента 9 находятся также две канавки 10 под поршневое кольцо, обеспечивающие уплотнение образованной во второй зоне контакта масляной пленки. Масло подается в систему демпфирования только по трубопроводу 12 для перелива масла. Вышедшее из системы демпфирования масло возвращается к масляной форсунке 13, образуя замкнутый цикл.
Условные обозначения
1 Кольцо подшипника, внутреннее кольцо
2 Тело качения, шарик
3 Сепаратор
4 Кольцо подшипника, наружное кольцо
5 Канал охлаждения
6 Буртик для улавливания масла
7 Отверстие для масла
8 Отверстие для слива масла
9 Промежуточный элемент
10 Канавка под поршневое кольцо
11 Канавка для распределения масла
12 Трубопровод для перелива масла
13 Масляная форсунка.