Гидростатическая опора

 

Использование: в конструкции гидростатических опор в различных отраслях промышленности, где необходимо поддержание с высокой точностью определенного положения вертикальных медленно вращающихся валов механизмов и обеспечение минимального трения в опорах. Сущность изобретения: гидростатическая опора содержит верхнюю и нижнюю опорные поверхности по форме дисков с цилиндрическими выемками в центральной части, образующими камеру для подачи смазки. Верхний диск имеет возможность вертикального перемещения и вращения с сохранением параллельности опорных поверхностей. Нижний диск жестко закреплен на неподвижном основании. Опорные поверхности выполнены волнообразными в радиальном направлении. Форма волн синусоидального профиля одинакова для любого радиального сечения, а их амплитуда и частота - величины переменные, увеличивающиеся от центра дисков к периферии. Высота зазора между опорными поверхностями постоянна. Такое выполнение приводит к повышению несущей способности опоры, снижению расхода смазки и затрат мощности на прокачку в режиме работы опоры с фиксированным рабочим зазором и к увеличению рабочего зазора в режиме с постоянным расходом смазки, что позволяет снизить технологические требования к обработке опорных поверхностей. 1 ил.

Изобретение относится к конструкции гидростатических опор и может найти применение в различных отраслях промышленности, где необходимо поддержание с высокой точностью определенного положения вертикальных медленно вращающихся валов механизмов и обеспечение минимального трения в опорах.

Известна конструкция ступенчатого гидростатического подшипника, в котором для улучшения гидродинамических характеристик опоры между опорными поверхностями размещается резиновое кольцо, уменьшающее расход смазки /1/.

Недостатком описанной конструкции является то, что установка резинового кольца в смазочном слое ограничивает диапазон изменения высоты рабочего зазора при изменении нагрузки на опору, что ведет к снижению несущей способности.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению, выбранной в качестве прототипа, является конструкция гидростатической опоры, состоящей из подвижной и неподвижной поверхностей, в зазор между которыми подается смазка под давлением от внешнего источника. На одной из опорных поверхностей выполнены ячейки в виде углублений, обеспечивающие резкое изменение потока смазочного материала в направлении его движения из подводящего отверстия. Опора при постоянном минимальном зазоре имеет уменьшенный расход смазочного материала, а при постоянном расходе смазочного материала увеличенный минимальный зазор. Аналогичный эффект может быть достигнут при выполнении канавок прямоугольного сечения на обеих опорных поверхностях опоры, имеющих разное направлений /2/.

Недостатками описанной конструкции являются распределение давления по опорной поверхности опоры, не обеспечивающее высоких значений коэффициента несущей способности опоры, равного отношению среднего давления на опорной поверхности к давлению подаваемой смазки, и, соответственно, высокие значения затрат мощности на прокачку.

Техническим результатом является повышение несущей способности, снижение расхода смазки и затрат мощности на прокачку в режиме работы опоры с фиксированным рабочим зазором, характерным для технологических аппаратов, и увеличение рабочего зазора в режиме с постоянным расходом смазки, характерным для большинства упорных гидростатических подшипников, что позволяет снизить технологические требования к обработке опорных поверхностей.

Технический результат достигается тем, что в гидростатической опоре, содержащей верхний и нижний диски с опорными поверхностями и с цилиндрическими выемками в центральной части, образующими камеру для подачи смазки, нижний из которых жестко закреплен на неподвижном основании, а верхний смонтирован с возможностью вертикального перемещения и вращения с сохранением параллельности опорных поверхностей, опорные поверхности дисков в радиальном направлении выполнены волнообразными синусоидального профиля с переменными амплитудой и частотой, увеличивающимися от центра дисков к периферии, и одинаковой формой волн в радиальных сечениях.

На чертеже показано устройство гидростатической опоры предлагаемой конструкции.

Опора состоит из верхнего 1 и нижнего 2 дисков с наружным радиусом r_II, имеющих посередине цилиндрические выемки, образующие центральную камеру 3 с радиусом r_I, в которую по трубопроводу 4 подается смазка под давлением от внешнего источника. Верхний диск 1 смонтирован с возможностью вертикального перемещения под действием нагрузки Р и вращения с угловой скоростью ω при сохранении параллельности опорных поверхностей 5 и 6 дисков, причем опорные поверхности выполнены волнообразными синусоидального профиля в радиальном направлении, амплитуда волн которого является величиной переменной, причем амплитуда первой волны А₁ больше, чем амплитуда второй А₂, а периоды также переменны t₁<t, что соответствует возрастанию амплитуды и частоты волн, определяемой по формуле , в направлении от центра дисков к периферии. Нижний диск 2 жестко закреплен на неподвижном основании 7. Зазор между дисками равен h. При подаче смазки под давлением в центральную камеру 3 верхний диск 1 всплывает на смазочном слое. Введенное в смазочный слой гидростатической опоры дополнительное гидравлическое сопротивление в виде волн синусоидального профиля распределяется по радиальной координате исходя из условия обеспечения максимальной наполненности эпюры давления смазки на опорную поверхность, то есть максимального значения коэффициента несущей способности гидростатической опоры, которое соответствует минимуму затрат мощности на прокачку смазки. Ввиду того что гидравлическое сопротивление канала, по которому течет смазка, пропорционально его длине и количеству имеющихся в нем местных сопротивлений (поворотов), удельное гидравлическое сопротивление радиальной щели синусоидального профиля, приходящееся на единицу длины радиальной координаты, возрастает с увеличением амплитуды и частоты волн поверхности. В соответствии с этим и градиент давления по радиальной координате возрастает за счет создания волнообразного профиля, пропорционального амплитуде и частоте волн поверхности. Следовательно, если амплитуда и частота волн возрастают по направлению от центра опоры к периферии, максимальные значения градиента давления имеют место на периферии опорной поверхности, благодаря чему эпюра давления смазки на опорную поверхность становится более наполненной, повышается коэффициент несущей способности гидростатической опоры, равный отношению среднего давления на опорной поверхности к давлению в центральной камере, и снижаются затраты мощности на прокачку. В режиме работы опоры с фиксированным рабочим зазором это ведет к повышению давления в смазочном слое и несущей способности при постоянном расходе смазки и к снижению расхода смазки и затрат мощности на прокачку при фиксированной несущей способности. В режиме работы с постоянным расходом смазки при одинаковой несущей способности это дает возможность увеличить рабочий зазор и снизить технологические требования к обработке опорных поверхностей.

Предложенная конструкция гидростатической опоры позволяет значительно повысить несущую способность без увеличения габаритов опорной поверхности, что делает целесообразным ее применение для валов с большими осевыми нагрузками и при ограниченных габаритах рабочего пространства для установки опоры.

Формула изобретения

Гидростатическая опора, содержащая верхний и нижний диски с опорными поверхностями и с цилиндрическими выемками в центральной части, образующими камеру для подачи смазки, нижний из которых жестко закреплен на неподвижном основании, а верхний смонтирован с возможностью вертикального перемещения и вращения с сохранением параллельности опорных поверхностей опоры, отличающаяся тем, что опорные поверхности дисков в радиальном направлении выполнены волнообразными синусоидального профиля с переменными амплитудой и частотой, увеличивающимися от центра дисков к периферии, и одинаковой формой волн в радиальных сечениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1