PL220500B1 - Konstrukcja wewnętrzna gazostatycznego łożyska poprzecznego otworowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja wewnętrzna gazostatycznego łożyska poprzecznego otworowego.

Łożyska gazostatyczne są szeroko stosowanymi układami łożyskowania szybkobieżnych zespołów napędowych. Bywają stosowane w niemal każdej dziedzinie techniki.

Ich cechą charakterystyczną jest prosta budowa i możliwość otrzymania wyższych prędkości obrotowych w stosunku do łożysk tocznych, a zwłaszcza olejowych.

W łożyskach tych czynnik nośny (gaz) z zewnętrznego źródła zasilania wpływa, przez otwór doprowadzający (dławik), do komory, zaś z komory wpływa do szczeliny. Przepływając przez szczelinę pokonuje opory tarcia wiskotycznego stopniowo i jego ciśnienie maleje aż do ciśnienia otoczenia na wypływie z łożyska. Ciśnienie powstałe w szczelinie wytwarza siłę nośną równoważącą obciążenie zewnętrzne i likwiduje bezpośredni styk obu powierzchni, co gwarantuje pracę w warunkach tarcia płynnego.

W celu doprowadzenia czynnika nośnego do łożyska, w panwi są wykonywane kanały prowadzące, najczęściej kanały otworkowe, komorowe i z rowkami rozprowadzającymi. Celem uniknięcia powstawania drgań samowzbudnych wymiary tych komór muszą być niewielkie (mniejsze niż w łożyskach hydraulicznych), a także mniejsza jest wielkość szczeliny. Większość znanych łożysk tego typu charakteryzuje się niewielkimi gabarytami. W związku z tym dużym problemem jest spełnienie wymagań technicznych niezbędnych do wytworzenia tych łożysk. Do wykonywania skomplikowanych układów komór wewnątrz panwi trzeba stosować nieraz specjalnie do tego celu wykonywane narzędzia.

Z opisu ochronnego wzoru użytkowego nr 62605 jest znany zespół łożyskowy do mocowania wału maszyny wirnikowej, zawierający aktywne łożysko wzdłużne magnetyczne, które stanowi tuleja złączona nierozłącznie z tarczą umieszczoną między dwoma elektromagnesami, charakteryzujące się skomplikowaną konstrukcją.

Z opisu zgłoszenia patentowego P 269957 jest znane łożysko powietrzne wyposażone w panewkę osadzoną w korpusie, na której zewnętrznej powierzchni jest podtoczenie z wylotami kanałów doprowadzających do łożyska powietrze oraz wloty kanałów doprowadzających powietrze na nośne powierzchnie łożyska, powierzchnię walcową wrzeciona i czoło tarczy złączonej z wrzecionem. Naprzeciw drugiego czoła tarczy, w korpusie łożyska jest osadzona płytka z wylotami kanałów doprowadzających powietrze na czoło tarczy.

Z opisu patentowego 89640 jest znane łożysko powietrzne wałka przenoszącego siły poprzeczne i wzdłużne do jego osi geometrycznej. Łożysko jest wyposażone w panewkę, na której zewnętrznej powierzchni są podtoczenia z wylotami kanałów doprowadzających do łożyska powietrze oraz wloty kanałów doprowadzających powietrze na powierzchnie nośne.

Z opisu patentowego 93562 jest znany wrzeciennik ściernicy szlifierki z łożyskami powietrznymi, w których na zewnętrznych powierzchniach panewek są wykonane podtoczenia tworzące, wraz z podtoczeniami części wewnętrznej korpusu wrzeciennika, komory, z których kanałami wykonanymi w panewkach powietrze jest doprowadzane na cylindryczną powierzchnię łożyskowanego wrzeciona. W korpusie wrzeciennika są natomiast kanały do doprowadzania powietrza do tych komór. W panewkach łożysk są także kanały do odprowadzania z wrzeciennika sprężonego powietrza spływającego z łożysk.

Wszystkie te rozwiązania cechuje skomplikowany układ kanałów doprowadzających powietrze zasilające łożyska.

Z opisu patentowego 112483 jest znany wrzeciennik ściernicy szlifierki wyposażony w łożyska aerostatyczne przenoszące zarówno siły poprzeczne jak i wzdłużne, w których jest ułożyskowane wrzeciono o dwóch stożkowych czopach łożyskowych o przeciwnych zwrotach zbieżności. Panewki łożysk są zawieszone na membranach w tulejach wciśniętych w korpus wrzeciennika. Powierzchnie wewnętrzne tych tulei i powierzchnie zewnętrzne panewek tworzą komory zasilające łożyska aerostatyczne. Rozwiązanie to cechuje wysoki koszt wytworzenia skomplikowanego układu membranowo-stożkowego łożysk. Ponadto wielką niedogodnością zastosowanych membran jest celowe wprowadzenie dużej podatności do układu łożyskowego, a tym samym znaczne obniżenie dokładności ruchu podpartego wrzeciona.

Konstrukcja wewnętrzna gazostatycznego łożyska poprzecznego otworowego, którą stanowi wał umieszczony w cylindrycznej panewce, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na zewnętrznej powierzchni środkowej części wału jest obwodowe podtoczenie i wał jest umieszczony

PL 220 500 B1 w panewce tak, iż między jego powierzchnią zewnętrzną i powierzchnią wewnętrzną panewki jest szczelina, której grubość między końcami wału i panewką jest mniejsza od jej grubości między środkową częścią wału z podtoczeniem i panewką. W panewce, w połowie jej długości, jest co najmniej jeden wieniec przelotowych, promieniowych otworów rozmieszczonych równomiernie na obwodzie panewki, korzystnie dwa wieńce jednakowo odległe od pionowej osi symetrii konstrukcji.

Konstrukcję wewnętrzną gazostatycznego łożyska poprzecznego według wynalazku cechuje prostota i łatwa technologia jej wykonania. Konstrukcja według wynalazku jest przeznaczona do łożysk przeznaczonych do wirników maszyn i urządzeń, a szczególnie do szybkoobrotowych wrzecion obrabiarek.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono konstrukcję wewnętrzną łożyska w przekroju wzdłużnym.

Konstrukcja wewnętrzna łożyska zawiera wał 4, który na zewnętrznej powierzchni części środkowej posiada obwodowe podtoczenie. Wał 4 jest umieszczony w cylindrycznej panewce 1 tak, iż między powierzchnią zewnętrzną wału 4 i powierzchnią wewnętrzną panewki 1 jest szczelina. Grubość części 6 i 7 szczeliny między końcami wału 4 i panewką 1 jest mniejsza od grubości części 5 szczeliny między środkową częścią wału 4 z podtoczeniem i panewką 1. W panewce 1, w połowie jej długości, są dwa wieńce 2, 3 przelotowych, promieniowych otworów rozmieszczonych równomiernie na obwodzie panewki, jednakowo odległe od pionowej osi symetrii konstrukcji.

Gaz lub powietrze jest doprowadzane z zewnątrz, pod jednakowym ciśnieniem, do wszystkich otworów rozmieszczonych wzdłuż wieńców 2, 3. Gaz przepływając przez te otwory ulega częściowemu zdławieniu, a następnie przy braku obciążenia opływa wokoło wał 4 z tym samym ciśnieniem pomiędzy wieńcami 2, 3 otworów. Po wypłynięciu z otworów wieńców 2, 3 gaz płynie w części 5 szczeliny w dwóch kierunkach wzdłuż osi konstrukcji, w kierunku części 6 i części 7 szczeliny, po czym z części 6, 7 szczeliny wypływa na zewnątrz. Wskutek przepływu gazu w pierścieniowej szczelinie następuje zmniejszenie jego ciśnienia, przy czym obniżenie ciśnienia jest tym większe im mniejsza jest grubość szczeliny. Ciśnienie gazu przemieszczającego się w obie strony wzdłuż poziomej osi symetrii konstrukcji obniża się według dwóch charakterystyk z wartości maksymalnej do wartości minimalnej na jej końcach. Dzięki zastosowaniu promieniowych otworów rozmieszczonych wzdłuż wieńców 2, 3, wał 4 konstrukcji jest częściowo zabezpieczony przed pochylaniem się względem panewki 1.

Po przyłożeniu siły poprzecznej do wału 4 w jego środku następuje jego poprzeczne przemieszczenie. Wskutek tego grubość części szczeliny przeciwstawiającej się obciążeniu ulega zmniejszeniu, zaś grubość części szczeliny po drugiej stronie wału 4 ulega powiększeniu zgodnie z działającym obciążeniem. Zmniejszenie grubości szczeliny jest przyczyną wzrostu ciśnień i odwrotnie, przy wzroście grubości szczeliny zmniejsza się ciśnienie przepływającego gazu. Wytworzona różnica ciśnień po obu stronach wału 4 równoważy przyłożoną siłę poprzeczną. W ten sposób zostaje wytworzona poprzeczna siła nośna łożyska.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Konstrukcja wewnętrzna gazostatycznego łożyska poprzecznego otworowego, którą stanowi wał umieszczony w cylindrycznej panewce, znamienna tym, że na zewnętrznej powierzchni środkowej części wału (4) jest obwodowe podtoczenie i wał jest umieszczony w panewce (1) tak, iż między jego powierzchnią zewnętrzną i powierzchnią wewnętrzną panewki (1) jest szczelina, której grubość między końcami wału (4) i panewką (1) jest mniejsza od jej grubości między środkową częścią wału (4) z podtoczeniem i panewką (1), nadto w panewce (1), w połowie jej długości, jest co najmniej jeden wieniec przelotowych, promieniowych otworów rozmieszczonych równomiernie na obwodzie panewki (1), korzystnie dwa wieńce jednakowo odległe od pionowej osi symetrii konstrukcji.