Регульований гідроаеростатичний підшипник

Реферат: UA 71154 U UA 71154 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до загального машинобудування і може бути використана при розробці прецизійних безконтактних підшипників валів або осей. Відомі гідростатичні та аеростатичні підшипники валів або осей [1]. Вони включають ряд опорних елементів, поверхні яких утворюють дросельні щілини з поверхнею осі або вала. Опорні елементи мають в своїх центральних частинах кармани, підключені через дроселі до джерела стисненого робочого середовища (рідини або газу). Недоліком таких підшипників є низька точність і жорсткість та відсутність можливості додаткового регулювання положення осі або вала. За найближчий аналог прийнято гідростатично-аеростатичний опорний вузол [2], що містить рухому ділянку осі або вала, навколо якої розташовані в необхідній кількості упорні підшипники, поверхні яких утворюють з поверхнею осі або вала дросельні щілини гідростатичних або аеростатичних підшипників, причому розміри щілин регулюються в залежності від навантаження, що діє на вісь або вал, та мають в своїх центральних частинах кармани, підключені через дроселі до джерела стисненого робочого середовища, при цьому по периметру упорного підшипника встановлені нерухомі сопла, отвори яких розміщені опозитно напроти виходів щілин опорних ділянок, а осі сопел утворюють кут, менший 90°, із рухомою поверхнею осі або вала. Недоліком найближчого аналогу є низька ефективність, обумовлена значними витратами стисненого робочого середовища, яке подається як в карман упорних підшипників, так і в сопла, та втратами енергії при розповсюдженні струменів по поверхні осі або вала. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності гідростатичноаеростатичного підшипника конструктивними методами за рахунок використання кінетичної енергії частинок рідини, яка витікає із щілини гідростатичної чи аеростатичної опори. Потік рідини із виділеної частини щілини направляється протилежно руху основного потоку рідини в щілині. Цим створюється додатковий гідродинамічний опір течії рідини в щілині, а відповідно, зменшується необхідна витрата робочого середовища для живлення гідростатичноаеростатичного підшипника. Поставлена задача вирішується тим, що у регульованому гідроаеростатичному підшипнику, що містить рухому вісь або вал, навколо якої розташовані опори, поверхні яких утворюють з поверхнею осі або вала дросельні щілини гідростатичних або аеростатичних опор, причому дросельні щілин виконані регульованими в залежності від навантаження, що діє на вісь або вал, та мають в своїх центральних частинах центральні кармани, підключені через дроселі до джерела стисненого робочого середовища, а по периметру центрального кармана гідростатичних або аеростатичних опор встановлені нерухомі сопла, осі яких утворюють кут, менший 90°, із поверхнею рухомої осі або вала, згідно з корисною моделлю новим є те, що сопла виконані безпосередньо в опорах, а їх отвори з'єднані із порожниною дросельної щілини, причому поверхні отворів плавно спряжені із поверхнею опори, при цьому сопла розміщені на різних відстанях від кармана по двох поясах, а на поверхні опори між отворами сопел першого пояса, які розташовані ближче до центрального кармана виконані додаткові кармани, з'єднані із центральним карманом магістралями з дроселями, виконаними у вигляді дросельних канавок на поверхні опори, при цьому канали сопел першого пояса, розташованих ближче до центрального кармана, підключені через регульовані дроселі до каналів сопел другого пояса, які розташовані далі від центрального кармана, та канали всіх сопел підключені через регульовані дроселі до джерела стисненого робочого середовища. Таким чином, запропоноване рішення є новим в порівнянні із відомим і дозволяє підвищити ефективність підшипника шляхом зменшення витрати стисненого середовища. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 показано перетин підшипника площиною, яка проходить через пари з'єднаних між собою сопел першого і другого пояса. На Фіг. 2 вигляд Б на Фіг. 1, де показано в збільшеному вигляді плавне спряження поверхонь отворів сопел із поверхнею опори та лінії течії в каналах сопел при витіканні рідини із щілини в канал сопла та при втіканні рідини із каналу сопла в щілину. На Фіг. 3 переріз А-А на Фіг. 1, де показано вигляд поверхні щілини опори із виконаними на ній карманами, отворами сопел і дросельними канавками, а також показані траєкторії частинок рідини при течії в щілині. На Фіг. 4 переріз В-В на Фіг. 3, де показано перетин підшипника площиною, яка проходить через додаткові кармани. Гідростатично-аеростатичний підшипник (Фіг. 1) включає рухому частину у вигляді осі або вала 1, навколо якого розташовані опори 2, поверхні яких 3 утворюють з поверхнею осі або вала дросельні щілини, причому розміри щілини 5 регулюються в залежності від навантаження Р, що діє на вісь або вал. Опори мають в своїх центральних частинах центральні кармани 4, підключені через дроселі 5 до джерела 6 стисненого робочого середовища. 1 UA 71154 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 По периметру центрального кармана безпосередньо в опорах виконані сопла 7, 8, осі яких утворюють кут, менший 90°, із поверхнею осі або вала. Поверхні отворів сопел плавно спряжені із поверхнею опори (Фіг. 2). Спряження виконано таким чином, щоб забезпечити плавне втікання рідини із щілини в сопло (показано стрілкою S1) і плавне витікання рідини із сопла в щілину (показано стрілкою S2). При цьому сопла розміщені на різних відстанях від центрального кармана по двох поясах. Сопла 7 (Фіг. 3) знаходяться в першому поясі, що знаходиться ближче до центрального кармана, а сопла 8, 9 у другому поясі, що розміщений далі від центрального кармана. На поверхні опори між отворами сопел першого пояса виконані додаткові кармани 10, з'єднані із центральним карманом 4 магістралями з дроселями, виконаними у вигляді дросельних канавок 11 на поверхні опори (Фіг. 4). Канали сопел 7 першого пояса підключені до каналів сопел другого пояса 8 (Фіг. 1). Підключення здійснено за допомогою магістралей 12, 13 та регульованих дроселів (гідроклапанів з електрокеруванням) 14. Дросель 14 служить для безпосереднього з'єднання каналів сопел першого і другого поясів. В канали сопел додатково може бути підведене стиснене робоче середовище. Дросель 15 служить для подачі робочого середовища із джерела 17 в сопла 7 першого пояса (при закритому дроселі 14) або для подачі рідини в сопла обох поясів (при частково відкритому дроселі 14). Дросель 16 служить для подачі робочого середовища від джерела 18 в сопла 8, 9 другого пояса. Додаткове підведення робочого середовища підвищує ефективність регулювання дає можливість одночасного використання різнорідних робочих середовищ (рідину і газ). Регульований гідростатично-аеростатичний підшипник працює наступним чином. При подачі робочого середовища (рідини або газу) з джерела 6 через дросель 5 в карман 4 і щілину опори в щілині виникає тиск рідини, який компенсує навантаження Р на підшипник. При закритих дроселях 14-16 пристрій працює як звичайний гідростатичний або аеростатичний підшипник. Збільшення навантаження Р приводить до зменшення розміру щілини 5, а відповідно і збільшення гідравлічного опору щілини. Внаслідок збільшення гідравлічного опору підвищується тиск в кармані 4 і в щілині, що компенсує збільшення навантаження Р. При цьому все робоче середовище, яке подається в карман 4, витікає через щілину. Для підвищення ефективності пристрою відкривається дросель 14 (Фіг. 2). При цьому рідина із щілини втікає в сопла 7 першого пояса і витікає в щілину через сопла 8 другого пояса. Течія рідини відбувається внаслідок наявності перепаду тиску в щілині між соплами першого і другого поясів. Плавне спряження отворів сопел із поверхнею опори зменшує втрати енергії та запобігає вихроутворенню в проточній частині пристрою. Течія рідини в каналах сопел приводить до виникнення зворотних течій в щілині підшипника (Фіг. З). Рідина, яка витікає із сопел 8 і 9, утворює зворотні потоки П1 П2, які направлені протилежно течії рідини в щілині. Зворотні потоки підвищують гідравлічний опір щілини. Тому, для забезпечення необхідної несучої здатності підшипника необхідно меншу витрату рідини із джерела живлення, а відповідно ефективність пристрою буде підвищено. Додаткові кармани 10 призначені для формування раціональної схеми течії в щілині. Вони забезпечують збільшення подачі рідини в сопла 7 першого пояса та формування рівномірної системи зворотних потоків П1, П2 на периферійній ділянці щілини. Наявність додаткових карманів 10, підключених через дросельні канавки 11 до центрального кармана 4, забезпечує вирівнювання тиску по площі щілини (Фіг. 4). Якщо внаслідок похибок геометрії розмір щілини  по периметру кармана 10 зменшується, це приводить до збільшення гідравлічного опору на виході кармана, а відповідно підвищення тиску в даному кармані. Це компенсує зниження тиску в щілині внаслідок похибок її геометрії. Запропонований пристрій забезпечує розширення функціональних можливостей, які полягають вгнучкому і ефективному регулюванні положення осі або вала. Воно здійснюється за допомогою регульованих дроселів 14-16 (Фіг. 1). Зміною опору дроселя 14 забезпечується пасивне регулювання положення осі або вала. Регулювання відбувається за рахунок зміни інтенсивності потоку рідини, який подається в щілину із сопла 8. Активне регулювання положення осі або вала здійснюється дроселями 15 або 16 за рахунок підводу робочого середовища від зовнішнього джерела живлення. При подачі середовища від джерела 17 дросель 15 регулюється положення осі або вала в різних режимах. Перший режим характеризується незначним відкриттям дроселя 14. В даному режимі джерело 17 служить для незначного по потужності додаткового живлення підшипника, яке здійснюється вводом у щілину додаткового робочого середовища із джерела 17 через сопла 7. В даному режимі є можливість 2 UA 71154 U 5 10 введення робочої рідини (мастила) в щілину аеростатичного підшипника. При цьому, джерело 6 підводить до підшипника стиснений газ, а джерело 17 - мастило. Другий режим характеризується значним відкриттям дроселя 15. При цьому в щілину опори подається значна кількість додаткового робочого середовища через сопла 7 і 8 і забезпечується ефективне регулювання положення осі або вала. Третій режим реалізується при відкритому дроселі 16 і частково або повністю закритих дроселях 14, 15. Даний режим потребує для керування підшипника джерела середовища низького тиску 18. В даному режимі відбувається регулювання потоку лише на виході щілини, що є найбільш ефективним. Джерела інформації: 1. Воскресенский В.А., Дьяков В.И., Зиле А.З. Расчет и проектирование опор жидкостного трения. - М.: Машиностроение, 1983. - 232 с. 2. Гідростатично-аеростатичний опорний вузол. Патент України №31194. МПК F16C32/06/ Яхно О.М., Струтинський С.В. Заявл. 20.12.2007. - №и200714415. Опубл. 25.03.2008, Бюл. № 6. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Регульований гідроаеростатичний підшипник, що містить рухому вісь або вал, навколо якого розташовані опори, поверхні яких утворюють з поверхнею осі або вала дросельні щілини гідростатичних або аеростатичних опор, причому дросельні щілини виконані регульованими в залежності від навантаження, що діє на вісь або вал, та мають в своїх центральних частинах центральні кармани, підключені через дроселі до джерела стисненого робочого середовища, а по периметру центрального кармана гідростатичних або аеростатичних опор встановлені нерухомі сопла, осі яких утворюють кут, менший 90°, із поверхнею рухомої осі або вала, який відрізняється тим, що сопла виконані безпосередньо в опорах, а їх отвори з'єднані із порожниною дросельної щілини, причому поверхні отворів плавно спряжені із поверхнею опори, при цьому сопла розміщені на різних відстанях від кармана по двох поясах, а на поверхні опори між отворами сопел першого пояса, які розташовані ближче до центрального кармана, виконані додаткові кармани, з'єднані із центральним карманом магістралями з дроселями, виконаними у вигляді дросельних канавок на поверхні опори, при цьому канали сопел першого пояса, розташованих ближче до центрального кармана, підключені через регульовані дроселі до каналів сопел другого пояса, які розташовані далі від центрального кармана, та канали всіх сопел підключені через регульовані дроселі до джерела стисненого робочого середовища. 3 UA 71154 U 4 UA 71154 U 5 UA 71154 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6