DK155961B - Hydrodynamisk fluidfilmleje - Google Patents

Description

- i -

DK 155961B

Den foreliggende opfindelse angår et hydrodynamisk fluidfilmleje af den i krav l's indledning angivne art. Et sådant hydrodynamisk fluidfilmleje kendes fra US 4.195.395.

5 Kendte fluidfilmlejer af denne art anvender overlappende folieelementer, hvor hvert element radialt understøtter en del af et naboelement. Sådanne lejer arbejder tilfredsstillende under visse forhold, men det har vist sig, at under andre driftsbetingelser og med overlappende folieoriente-10 ring vil nabofolieelementer søge at påvirke hinandens virke for så vidt angår dannelsen og opretholdelsen af den smørende fluidfilms geometri; ofte med ustabil lejevirkning som resultat. De flere lag af folieelementer og lag af friktionsnedsættende belægninger på folierne ved 15 sådanne overlappende arrangementer mindsker også ventilationskølingen af lejet og dermed dettes levetid og pålidelighed.

En måde at undgå disse ulemper i forbindelse med 20 overlappende folier på, er at anbringe folieelementerne i ikke overlappende tilstand, hvorved hvert folieelement er fastgjort i den ene ende til en holder og radialt understøttet i den anden ende af et afstandselement eller lignende, som er fastgjort til eller i ét med holderen. Et 25 sådant arrangement er vist i US-PS 3.635.534, fig. 13 og 14. Et sådant arrangement gør ikke blot lejet mere kompliceret, men hindrer også, at optimal fluidfilmgeometri kan opnås.

30 Det er også, eksempelvis fra US-PS 4.195.395 og 4.415.280, kendt at fastgøre folieenderne til kiler med kvadratisk eller rektangulært tværsnit, hvilke kiler optages i modsvarende slidsker i holderen. Dette arrangement medfører imidlertid store bøjningsmomenter som følge af lejetrykket.

35 Dette indebærer betydelig risiko for i det mindste partiel løsgørelse af kilerne i slidserne, således at optimal

DK 155961 B

- 2 - fluidfilmgeometri ikke kan opretholdes. Ved forøgelse af foliespændingen kan man i nogen grad kompensere for det store bøjningsmoment, men forøget forspænding medfører, at lejets lastbærende evne forringes, og startmomentet skal 5 være større for at overvinde statisk friktion i lejet.

Et andet arrangement, som kunne overvinde problemet med kilernes løsgørelse fra de tilhørende slidser, er fastgør-relse af folieenderne direkte til holderen ved eksempelvis 10 lodning. Et leje, hvor folieelementerne er fastgjort ved lodning, kendes fra US-PS 4.462.700. Ved dette arrangement er der risiko for kastninger i folieelementerne og nedsat lastbæreevne.

15 Formålet med opfindelsen er at anvise et hydrodynamisk fluidfilmleje uden de ulemper, som er forbundet med overlappende folieelementer, såsom ustabilitet under drift som følge af, at optimal fluidfilmgeometri ikke opretholdes, og ventilationskøleproblemer, hvorved det skal sikres, 20 at kilerne ikke løsgøres under de store bøjningsmomenter, folieelementerne udsættes for, uden at det er nødvendigt at øge foliernes forspænding, og uden at folierne fastloddes til den stationære holder.

25 Dette opnås ifølge opfindelsen ved den i krav 1 anviste konstruktion.

Også ifølge US-PS 4.195.395 fastholdes folieelementerne af kiler, der er indsat i slidsen i den stationære holder, men 30 der opnås ingen radial fastholdelse, da slidserne er rektangulære.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse, med tegningen, hvor 35 fig. 1 viser et endebillede af det hydrodynamiske fluid-filmleje fra den foreliggende opfindelse, og

DK 155961 B

- 3 - fig. 2 et forstørret brudstykkevist endebillede af opfindelsen, og som viser detaljer af dennes konstruktion.

5 Idet der henvises til fig. 1, indbefatter det hydrodynami- ske fluid-film akseltap-leje 10 fra den foreliggende opfindelse en stationær holder 15, der også er kendt som en skal eller et hylster, som omslutter en roterende aksel eller akseltap 20, der er tilpasset til forbindelse med en 10 højhastighedsrotor for sådant udstyr som elektriske motorer eller turbokompressorer såsom dem, der er anvendt i luftcirkulationsmaskineri for køling og overtryksdannelse i flyvemaskinekabiner. Holder 15 og akseltap 20 fastlægger et ringformet gab 25 derimellem, hvor gab 25 optager en 15 cirkulær fordeling af ikke-overlappende, glatte folieele menter 30 derom. Hvert af folieelementerne udvider væsentligt hele længden af lejet (i en retning vinkelret på tegningen) og bliver, som det bedst ses i fig. 2, modtaget i en ende deraf mellem en kile 35 med svalehaletværsnit og 20 en tilsvarende langsgående slids 40, i hvilken kilen bliver modtaget. Folierne bliver indsat mellem en af de skrå, sidegående overflader for kilen og en dertil svarende skrå overflade af slidsen, uden at det er nødvendigt at bruge svejsning, slaglodning, adhæsionsbinding eller lignende.

25

Hvert folieelement 30 ligger over et eftergivende beklædningselement (bølgefjeder)45, der er indsat med den ene ende mellem kilen og slidsen, som støder op til den kile og slids, mellem hvilken det overliggende glatte folie er 30 monteret. Dette får hvert glat folieelement og underliggende, eftergivende beklædningselement til at strække sig i modsatte periferiretninger fra positionen, hvorfra disse elementer er monteret, med henblik på forbedret coulombdæmpning.

Grejet 10 fungerer efter det grundlæggende princip at frembringe hydrodynamisk tryk i den del af spillerummet 25, 35 - 4 -

DK 155961B

der ligger mellem lejetap 20 og folie 30. i en teffrstisls ubelastet tilstand falder de geometriske centre for lejetap 20 og holdeelement 15 i almindelighed sammen. Onder virke-lige arbejdsforhold er der imidlertid altid en vis belast-5 ning på lejetappen 20, som excentrisk forskyder centret af dette element fra centret af holder 15, hvorved der fastlægges kileformede mellemrum mellem lejetappen og folierne. Drejning af lejetappen får det geometriske centrum for lejetappen til at kredse om det geometriske centrum for 10 holderen, hvilket får de kileformede mellemrum til at kredse om holderens centrum. Som fagfolk vil erkende, og under antagelse af, at lejet arbejder i luft, bevirker den excentriske positionering af akslen i forhold til folierne og den vedvarende rotation af akslen etablering og opret-15 holdelse af områder med højt og lavt lufttryk mellem akslen og folierne, hvilket forårsager en strøm af luft fra højtrykszonerne til lavtrykszonerne, hvilket resulterer i en sammentrykning af luften mellem akslen og folierne, og dette fænomen definerer en smørende luftfilm, der bærer 20 radiale belastninger på lejet og forhindrer lejetappen i at berøre folierne.

Bølgefjedre 45 tjener grundlæggende to formål. De tilvejebringer eftergivende, deformerbar beklædning, som hjælper 25 ved dannelsen af de bærende luftfilmkiler, der er beskrevet i det foregående, ved at tilpasse bestemte folieudbøjnin-ger, takket være den af luften forårsagede overtryksdannelse. Fjedrene tilvejebringer også en total belastningsevne og tilpasning over for lejetapudsving forårsaget af leje-30 tapbelastning og ubalance. Som fagfolk vil anerkende, bliver forstyrrelser af lejetappen 20 dæmpet ved hjælp af sammentrykning eller -presning af den fluide film mellem lejetappen og tilstødende folier, sammentrykning af riflingerne i bølgefjedre 45 og coulombdæmpning (gnidningskon-35 takt) mellem folierne og beklædningselementerne, når foli erne komprimeres derimod. Af hensyn til forbedret coulombdæmpning udstrækker folierne og beklædningselementerne sig

DK 155961 B

- 5 - i modsatte periferiretninger fra enderne, ved hvilke disse komponenter er fæstnet til holder 15. Det ses således, at radialt udadgående tryk fra den fluide film mellem lejetappen og folierne tvinger folierne udad imod riflingerne på 5 bølgefjedrene, hvorved folierne åbnes i en retning, som almindeligvis er med uret. Eftersom bølgefjedrene og folierne er fæstnet til holder 15 i modsatte ender, bevirker sammentrykning af bølgefjedrene ved hjælp af folierne, at bølgefjedrene ekspanderer i modsat retning af urets gang.

10 Denne modsatrettede periferibevægelse mellem folierne og fjedrene maksimerer gnidningskontakten mellem disse to elementer, hvorved energitabet derimellem og dæmpningen af radiale lejetapbevægelser forbedres.

15 Ved den foretrukne udførelse er folierne og fjedrene £ udformet af Inconel , og kilen er dannet af stål. Dimensionerne af holdeelementet, lejetappen, folierne og fjedrene vil naturligvis afhænge af anvendelsen og den forventede belastning af lejet. Hvor lejet f.eks. bliver anvendt i et 20 95000 omdr./min. turbokompressoraggregat til et luftcirku lationssystem, er folierne 30 af størrelsesordenen 0,1 mm (0,004 tommer) tykke, og fjedrene er omtrent 0,125 mm (0,005 tommer) tykke, lejet er omtrent 3,2 cm (1,25 tommer) i diameter og 4,5 cm (1,75 tommer) i længde.

25

Det vil derfor anerkendes, at der med konstruktionen af det hydrodynamiske fluidfilmleje i den foreliggende opfindelse bliver opnået forbedrede coulombdæmpningsegenskaber og derfor forbedret stabilitet ved hjælp af en mang-30 foldighed af enkelte folier cirkulært fordelt omkring mellemrummet mellem de stationære og roterende lejeelementer. Monteringen af folierne og beklædningselementerne ved hjælp af de svalehaleformede kiler i dertil svarende slidser sikrer lejets strukturelle integritet, fordi kilerne og 35 folierne forbliver fanget i slidserne trods maksimale fo liebøjningsbelastninger. En sådan fast befæstigelse af folierne og beklædningselementerne tillader lejets forbe-

DK 155961B

- 6 - lastning at blive minimaliseret. Denne reduktion i forbelastning sænker det her krævede startmoment og optimerer kapaciteten af lejet, mens det minimaliserer spillerumstabet, der er forbundet med normal lejefunktion. Fastgørelse 5 af folierne til kilerne tillader folierne at blive bearbejdet nemt (justeringer i formen foretaget) før indsætningen deraf i holderen. Dette forøger naturligvis fabrikationsegnetheden af lejet. Undgåelse af overlapning i foliearrangementet forbedrer lejekoblingen.

10 15 20 25 30 35

Claims (6)

1. Et hydrodynamisk fluidfilmleje, der omfatter en stationær holder (15), et drejeligt element (20), som er fastlagt ved nævnte holder, et gab (25) derimellem, flere glatte folieelementer (30), som er anbragt inde i nævnte gab (25) 5 og periferimæssigt fordelt derom, og hvor nævnte drejelige element er støttet af et under tryk værende fluidfilmlag, der opretholdes ved hjælp af relativ drejende bevægelse mellem nævnte drejelige element (20) og nævnte folieelementer, hvor hvert af nævnte folieelementer ligger over et 10 eftergivende beklædningselement (45), der er anbragt i nævnte gab (25), og hvor nævnte eftergivende beklædningselementer (45) tilpasser sig udbøjninger af nævnte folieelementer (30) forårsaget af trykpåvirkning deraf ved hjælp af nævnte fluidfilmlag og udsving af nævnte drejelige 15 element (20), forårsaget af belastning og ubalance for det, hvilken holder (15) er forsynet med flere slidser (40) og kiler (35), hvorved hver af nævnte kiler modtages i en af nævnte slidser i nævnte holder, og hvor en endedel af hver af nævnte glatte folieelementer (30) bliver fastholdt 20 mellem en slids og den tilsvarende kile med henblik på anbringelse af nævnte folier i en kredsmæssig orientering inde i nævnte leje, kendetegnet ved, at slidserne (40) og kilerne (35) har svalehaleformet tværsnit og, at slidserne (40) er placeret med en indbyrdes afstand, der 25 er mindst lige så stor som periferilængden af nævnte folieelementer med henblik på anbringelse af folieelementerne (30) på ikke overlappende måde.

2. Hydrodynamisk fluidfilmleje ifølge krav 1, kende - 30 tegnet ved, at en del af hvert af nævnte eftergivende beklædningselementer (45) er fastholdt mellem en slids (40) og den kile (35), der modtages deri.

3. Hydrodynamisk fluidfilmleje ifølge krav 1, kende 35 DK 155961 B - 8 - t e g net ved, at en endedel af hvert eftergivende beklædningselement (45) er fastholdt mellem en slids (40) og den kile (35), der er anbragt deri, og hvor nævnte slids og kile støder op til den slids og den kile, mellem hvilke 5 en endedel af et overliggende glat folieelement (30) bliver fastholdt, hvorved nævnte beklædningselement (45) og overliggende glatte folieelement (30) udstrækker sig i modsatte kredsmæssige retninger fra nævnte endedele deraf med henblik på forøget coulombdæmpning af udsving af nævnte 10 drejelige element (20) under driften af nævnte leje.

4; Hydrodynamisk fluidfilmleje ifølge krav 1, kende -t e g net ved, at nævnte endedele af nævnte glatte folieelementer (30) er fæstnet til nævnte kiler (35) uden 15 binding dertil.

5. Hydrodynamisk fluidfilmleje ifølge krav 4, kende t e g n e t ved, at nævnte kiler (35) er forsynet med modsatstillede, skrå sideoverflader, hvortil nævnte glatte 20 folieelementer (30) er fæstnet.

6. Hydrodynamisk fluidfilmleje ifølge krav 2, kende tegnet ved, at nævnte eftergivende beklædningselementer (45) ikke er fæstnede til nævnte slidser (40) og nævnte 25 kiler (35). 30 35