Підшипниковий вузол

Конструкція відноситься до галузі машинобудування і може використовуватися у машинах, механізмах та пристроях з швидко обертальними роторами. Відома конструкція радіального активного магнітного підшипника, ротор якого виконується як єдине ціле з цапфою валу, а статор закріплюється у корпусі (Лучин Γ.Α. Создание магнитных опор для роторов турбомашин. Энергетическое машиностроение (НИИЭинформэнергомаш), 1982г. №3, стр.13, рис.6.). Несуча здатність такого підшипника залежить від діаметру цапфи. При великих частотах обертання радіальні навантаження можуть бути досить великими, однак збільшення діаметру цапфи ротору для підвищення несучої здатності підшипника не завжди доречно по конструктивним міркуванням. Крім того, мають місце і обмеження по граничній окружній швидкості. Відома конструкція підшипникового вузла, який має підшипники кочення у вигляді розташованих навкруги цапфи валу дисків, що розміщені на осях у корпусі та контактують з зовнішньою поверхнею цапфи (Судовые энергетические установки: Сборник научных тр удов. -Николаев: НКИ, 1989, А.И. Тарабрин, А.К. Чередниченко, А.Г. Емец. Динамические процессы опорных устройств с фрикционными роликовыми опорами. -с.32-41). Недоліком конструкції є можливість просковзування у контактах "диск - цапфа валу", а, отож, знос даних поверхонь. У конструкції практично відсутня можливість демпфірування коливань. Прототипом обрана конструкція підшипникового вузла, який має підшипники кочення у вигляді розташованих навкруги цапфи валу роликів, що розміщені на осях, при цьому ролики виконані контактуючими з цапфою валу та охоплюючим відповідні поверхні роликів кільцем, яке встановлено у підшипнику ковзання, втулка якого розміщена у корпусі (Судовое энергомашиностросние: Сборник научных тр удов -Николаев: НКИ, 1991. А.И. Тарабрин, А.К. Чередниченко, В.М. Резник. О возможности повышения работоспособности опорных газостатических подшипников за счет снижения скорости скольжения. -с.27-33). Недоліком конструкції є мала здатність демпфірування коливань. Завдання винаходу полягає у покращенні характеристик підшипникового вузла за рахунок поліпшення демпфірувальної здатності підшипникового вузла. Для вирішення даного завдання підшипниковий вузол, який має підшипники кочення у вигляді розташованих навкруги цапфи роликів, що встановлені на осях, при цьому ролики виконані контактуючими з цапфою валу та охоплюючими відповідні поверхні роликів кільцем, яке встановлено у підшипнику, що розміщується у корпусі. Кільце виконується з поясками, які мають втулки з пружно-демпфірувального матеріалу, на поверхнях, які повернуті до відповідних поверхонь роликів, а зовнішня поверхня кільця, яка повернута до підшипнику, що розміщується у корпусі, має феромагнітну втулку, при цьому даний підшипник виконується у вигляді активного магнітного підшипника, при цьому ролики на своїх поверхнях, що повернуті до цапфи валу, мають втулки з пружно-демпфірувального матеріалу, а осі роликів виконуються складеними та мають трубчасті проставки також з пружно-демпфірувального матеріалу. Використання у областях контакту цапфи та роликів, а також роликів та поясків кільця втулок з пружно-демпфірувального матеріалу дозволяє за рахунок підвищеної здатності таких матеріалів розсіювати енергію при коливаннях, ефективно демпфірувати коливання при роботі швидко обертальних роторів та виключити передачу таких коливань з підшипникового вузла на ротор та навпаки. Таким чином використання кільцевої проставки з пружно-демпфірувального матеріалу, яка з'єднує елементи розрізної вісі ролика дозволяє зменшити або виключити передачу коливань від корпусу на підшипниковий вузол та навпаки через осі роликів. Використання активного магнітного підшипника також дозволяє здійснити активне демпфірування коливань роторів, дозволяє без труднощів проходити критичні частоти обертання та їх кратності (Лучин Γ.Α. Создание магнитных опор для роторов турбомашин. -Энергетическое машиностроение (НИИЭинформэнергомаш), 1982г. №3, стр.6). При цьому за рахунок передачі руху на ротор активного підшипника через ролики можливо зменшити окружну швидкість та досягнути прийнятої несучої здатності активного магнітного підшипника, яка прямопропорційно залежить від діаметру ротора підшипника, тобто для даної конструкції зовнішнього діаметру кільця, яке охоплює ролики. На фіг.1 показується поздовжній переріз підшипникового вузла. На фіг.2 показується переріз фіг.1 по А-А. Підшипниковий вузол містить цапфу 1 валу 2, яка спирається на ролики 3. На поверхнях роликів 3, які повернуті до цапфи 1 валу 2 розміщені втулки 4 з пружно-демпфірувального матеріалу. Ролики 4 встановлені на составних осях, що мають циліндричні ділянки 5 і 6, які з'єднані трубчастими проставками 7 з пружнодемпфірувального матеріалу. На відрізках 5 і 6 составних осей виконуються канали 8 для підводу мастила. Відрізки 5 составних осей встановлені у корпусі 9. Крім того, у корпусі 9 встановлюється статор 10 активного магнітного підшипника, ротор 11 якого встановлений на зовнішній поверхні кільця 12. Кільце 12 виконується з поясками 13, на яких розміщені втулки 14 з пружно-демпфірувального матеріалу. Втулки 14 контактують з повернутими до них поверхнями роликів 4. У корпусі 9 встановлені ексцентрикові осі 15, які можуть входити у контакт з кільцями 16, що закріплені на поясках 13. Конструкція працює наступним чином. При обертаннях цапфи 1 валу 2 обертання передається на ролики 3. Ролики 3 спираються на підшипники ковзання, які створені подачею мастила через канали 8 у зазор між поверхнями відрізків 6 составних осей та відповідними поверхнями роликів 3. Ролики передають навантаження від валу 1 на кільце 12 за допомогою контакту з поясками 13. При подачі живлення на статор 10 активного магнітного підшипника, ротор 11 якого встановлюється на кільці 12, радіальні навантаження від валу 2 сприймаються активним магнітним підшипником. При цьому, завдяки наявності пружно-демпфірувальних елементів у вигляді втулок 4, 14 та трубчасти х проставок 7 здійснюється надійна віброізоляція корпусу підшипника від віброакустичного впливу ротору та навпаки. Активний магнітний підшипник також здійснює надійне демпфірування коливань ротору. У аварійних випадках, коли зникає живлення магнітного підшипника, для того щоб уникнути поверхдопустимих деформацій составних осей та запобігти контакту статору 10 та ротору 11 ексцентрикові осі 15, що встановлені у корпусі 9, діють як поворотні навкруги своєї вісі. При цьому вони своїми поверхнями входять у контакт з кільцями 16 та жорстко фіксують положення кільця 12. Навантаження від валу при цьому сприймають підшипники ковзання роликів 3.