Газостатический подшипник

 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно может использоваться в машинах и аппаратах с движущимися деталями, работающими в условиях газовой смазки. Газостатический подшипник включает корпус и камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью и с установленным внутри корпуса вкладышем подшипника. Вкладыш подшипника состоит из деталей, выполненных из газонепроницаемого и пористого материалов, при этом детали из пористого материала выполнены в виде шпонок и расположены в два ряда, причем длина каждой вставки равна 0,20-0,25 длины подшипника, ширина каждой вставки равна 0,15-0,20 диаметра подшипника, количество вставок 6-8, а в качестве пористого материала используют термически обработанную часть древесины. Технический результат - повышение экономичности работы газостатического подшипника. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно может использоваться в машинах и аппаратах с движущимися деталями, работающими в условиях газовой смазки.

Уровень техники заявляемого изобретения известен из устройства, содержащего камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью, и пористый элемент, закрывающий камеру корпуса. При этом наружный участок первой опорной поверхности выполнен коническим, а другая поверхность на конце пористого элемента пропитана таким образом, что предотвращается утечка газов (заявка Японии 62-177315, F 16 С 32/20, публ. 1987).

Условием нормальной работы газового подшипника является оптимальный режим, который сочетает достижение необходимой несущей способности с возможно меньшим расходом смазочного материала.

В известном устройстве пористый элемент полностью закрывает камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью, поэтому вся масса смазочного материала, поступающая в камеру по подводящей магистрали, перетекает в зазор между поверхностью подшипника и поверхностью вала. Таким образом, в известном устройстве не выдерживается оптимальный режим, т.е. при большей несущей способности газовый подшипник имеет больший расход смазочного материала, иными словами, известный газостатический подшипник является неэкономичным, что и является его недостатком.

Задачей заявляемого изобретения является создание газостатического подшипника, отвечающего условию оптимального режима работы.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении экономичности газостатического подшипника. Требуемый технический результат достигается оптимальными соотношениями параметров вкладыша подшипника и параметров самого подшипника, а также геометрической формой и материалом, из которого выполнены вставки вкладыша подшипника.

Существенные признаки, характеризующие газостатический подшипник: корпус, камера, сообщающаяся с подводящей магистралью, внутри корпуса установлен вкладыш подшипника, закрывающий камеру.

Признаки, отличающие заявляемое устройство от известного: вкладыш подшипника состоит из втулки, выполненной из газонепроницаемого материала, в отверстиях которой установлены пористые вставки, имеющие форму шпонки и расположенные в два ряда таким образом, что каждая вторая и последующие вставки каждого ряда смещены поочередно соответственно влево и вправо по отношению к первой вставке каждого ряда на расстояние (1), равное половине длины вставки, длина каждой вставки (b) равна 0,20-0,25 длины подшипника (L), расстояние между соседними крайними точками каждой вставки каждого ряда (t) равно 0,10-0,30 длины подшипника, ширина каждой вставки (d) равна 0,15-0,20 диаметра подшипника (D), количество вставок равно 6-8, а в качестве пористого материала используют термически обработанную заболонную часть древесины.

Вкладыш подшипника, состоящий из деталей, выполненных из газонепроницаемого и пористого материалов, обеспечивает необходимую несущую способность подшипника, так как величина несущей способности зависит, в частности, от нагрузки на подшипнике, давления наддува и общей длины подшипника.

Заявляемые соотношения параметров пористых вставок и параметров подшипника позволяют снизить расход смазочного материала за счет уменьшения пористой площади поверхности вкладыша подшипника, не уменьшая необходимой величины несущей способности подшипника. Расход смазочного материала зависит от количества смазочного материала, протекающего в единицу времени через единицу площади. Согласно изобретению площадь поверхности пористых вставок, через которую протекает смазочный материал в зазор между вкладышем подшипника и поверхностью вала, намного меньше общей площади поверхности вкладыша подшипника, закрывающего камеру, благодаря чему расход смазного материала уменьшается.

Заявляемая геометрическая форма пористых вставок способствует более благоприятному распределению давления в смазочном слое.

Выполнение пористых вставок из термически обработанной заболонной части древесины обеспечивает стабильную и однородную проницаемость за счет строгого однонаправленного расположения капилляров, обусловленного одинаковой плотностью годовых колец по всему поперечному сечению древесной заготовки, что также направлено на снижение расхода смазочного материала.

Снижение расхода смазочного материала в зависимости от геометрической формы вставок и соотношения параметров вставок и параметров самого подшипника подтверждается экспериментально.

Для эксперимента были изготовлены подшипники равной длины, работающие при одинаковом давлении наддува, но с разными размерами вставок и их количеством. Проведены стендовые испытания по определению необходимой величины несущей способности от величины расхода смазочного материала, проистекающего через пористые вставки.

На фиг.1 представлены результаты эксперимента, где С_Q -коэффициент несущей способности подшипника, равный отношению величины несущей способности к ее максимальному значению (С_Q=F/F_max, где F - нагрузка на подшипнике, F_max - максимальная нагрузка на подшипнике); G - относительный расход смазочного материала, равный отношению расхода смазочного материала подшипника к максимальному .

A₁ - типоразмер подшипника, в котором - (d) ширина каждой вставки равна 0,15-0,2 диаметра подшипника (D); (l) - расстояние, на которое смещены каждая вторая и последующая вставки каждого ряда поочередно соответственно влево направо по отношению к первой вставке каждого ряда, равно 0,5 b; (t) - расстояние между соседними крайними точками каждой вставки каждого ряда равно 0,10-0,30 длины подшипника (L); (d) - длина каждой вставки равна 0,15-0,20 длины подшипника (L); количество вставок - 6-8.

А₂ - типоразмер подшипника, в котором (d) - ширина каждой вставки равна 0,08-0,1 диаметра подшипника (D); (1) - расстояние, на которое смещены каждая вторая и последующие вставки каждого ряда поочередно соответственно влево и вправо по отношению к первой вставке каждого ряда, равно 0,50 длины вставки (b); (t) - расстояние между соседними крайними точками каждой вставки каждого ряда равно 0,80-0,30 длины подшипника(L); (b) - длина каждой вставки равна 0,10-0,25 длины подшипника (L); количество вставок - 10-12.

А₃ - типоразмер подшипника, в котором (d) - ширина вставки равна 0,3-0,4 диаметра подшипника (D);
(1) - расстояние, на которое смещены каждая вторая и последующие вставки каждого ряда поочередно соответственно влево и вправо по отношению к первой вставке каждого ряда, равно 0,50 длины вставки (b);
(t) - расстояние между соседними крайними точками каждой вставки каждого ряда равно 0,10-0,30 длины подшипника (L);
(b) - длина каждой вставки равна 0,25-0,2765 длины подшипника; количество вставок 4-6.

Как видно из графика, оптимальный режим работы - необходимая несущая способность при наименьшем расходе смазочного материала - обеспечивается подшипником с типоразмерным рядом A₁.

На фиг.2 представлен чертеж заявляемого газостатического подшипника, где цифрами обозначены следующие позиции: 1 - корпус, 2 - камера, сообщающаяся с подводящей магистралью, 3 - подводящая магистраль, 4 - пористая вставка; 5 - газонепроницаемая втулка.

Работа газостатического подшипника осуществляется следующим образом.

Через подводящую магистраль смазочный материал под давлением поступает в камеру. Через пористые вставки, установленные в отверстиях газонепроницаемой детали, смазочный материал поступает в зазор между вкладышем подшипника и валом. Поскольку смазочный материал обладает определенным коэффициентом вязкости, то в процессе вращения вала слои смазочного материала, непосредственно прилегающие к поверхности вала, "прилипают" к этой поверхности и вращаются вместе с ней, а промежуточные слои смазочного материала скользят друг по другу. Таким образом создается смазочный слой. Подъемная сила подшипника создается за счет разности давлений в нагруженной (нижней) и ненагруженной (верхней) частях подшипника. Поскольку в заявляемом газостатическом подшипнике вкладыш выполнен частично газонепроницаемым, т.е. с ограниченной заявляемым соотношением площадью поверхности вставок, то в зазор перетекает только такое количество смазочного материала, которое необходимо для обеспечения несущей способности подшипника т.е. заявляемый подшипник является более экономичным, чем известный.

Формула изобретения

Газостатический подшипник, состоящий из корпуса, камеры, сообщающейся с подводящей магистралью, с установленным внутри корпуса вкладышем подшипника, закрывающим камеру, отличающийся тем, что вкладыш состоит из втулки, выполненной из газонепроницаемого материала и пористых вставок, установленных в отверстиях втулки, при этом пористые вставки выполнены в виде шпонок и расположены в два ряда, длина каждой вставки равна 0,20-0,25 длины подшипника, ширина каждой вставки равна 0,15-0,20 диаметра подшипника, количество вставок равно 6-8, а в качестве пористого материала используют термически обработанную заболонную часть древесины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2