PL220513B1 - Konstrukcja wewnętrzna gazostatycznego łożyska poprzeczno-wzdłużnego otworowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja wewnętrzna gazostatycznego łożyska poprzeczno-wzdłużnego 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 wypływa 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, gwarantując 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 P269957 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 poprzeczno-wzdłużnego otworowego, którą stanowi wał, którego końce są wyposażone w kołnierze, między którymi jest umieszczona cylindryczna panewka otaczająca wał, według wynalazku charakteryzuje się tym, że panewka, w wewnętrznej powierzchni jej środkowej części, posiada obwodowe wytoczenie i wał jest umieszczony w panewce

PL 220 513 B1 tak, iż między jego powierzchnią zewnętrzną i powierzchnią wewnętrzną panewki jest szczelina, której grubość między końcami panewki i wałem jest mniejsza od jej grubości między środkową częścią panewki z wytoczeniem i wałem. Kołnierze wału mają postać usytuowanych pionowo, osadzonych sztywno na wale tarcz o jednakowych średnicach zewnętrznych równych średnicy zewnętrznej panewki. W czołach panewki są pierścieniowe wybrania o osi symetrii pokrywającej się z osią symetrii panewki. Między czołami panewki i kołnierzami wału są szczeliny czołowe, których grubość między częścią czoła panewki z wybraniem i kołnierzem jest większa od ich grubości między częścią czoła panewki bez wybrania i kołnierzem. 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 łożyska 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 jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konstrukcję wewnętrzną łożyska w przekroju wzdłużnym, zaś fig. 2 - konstrukcję wewnętrzną łożyska w przekroju wzdłużnym, wraz z charakterystykami rozkładów ciśnień działających na wał konstrukcji.

Konstrukcja wewnętrzna łożyska zawiera wał 4, którego końce są wyposażone w kołnierze 8, 9 w postaci usytuowanych pionowo tarcz, osadzonych sztywno na wale 4. Między kołnierzami 8, 9 wału jest umieszczona cylindryczna panewka 1 otaczająca wał 4. Średnice zewnętrzne kołnierzy 8, 9 są jednakowe i równe średnicy zewnętrznej panewki 1. W wewnętrznej powierzchni środkowej części panewki 1 jest obwodowe wytoczenie. Wał 4 łożyska jest umieszczony w panewce 1 tak, iż między jego powierzchnią zewnętrzną oraz powierzchnią wewnętrzną panewki 1 jest szczelina. Grubość części 6, 7 tej szczeliny między końcami panewki 1 i wałem 4 jest mniejsza od grubości części 5 tej szczeliny między środkową częścią panewki 1 z wytoczeniem i wałem 4. W czołach panewki 1 są pierścieniowe wybrania o osi symetrii pokrywającej się z jej osią symetrii. Między czołami panewki 1 i kołnierzami 8, 9 wału 4 są szczeliny czołowe. Grubość części 10, 12 szczelin czołowych między częścią czoła panewki 1 z wybraniem i kołnierzami 8, 9 jest większa od grubości części 11, 13 szczelin czołowych między częścią czoła panewki 1 bez wybrania i kołnierzami 8, 9. W panewce 1, w połowie jej długości, są dwa wieńce przelotowych, promieniowych otworów rozmieszczonych równomiernie na obwodzie panewki 1, jednakowo odległe od pionowej osi symetrii konstrukcji.

Gaz lub powietrze jest doprowadzane z zewnątrz, pod jednakowym ciśnieniem, do wszystkich otworów w wieńcach 2, 3. Gaz, przepływając przez te otwory ulega częściowemu zdławieniu do wartości ciśnienia p_z, a następnie przy braku obciążenia opływa wokoło wał 4 z tym samym ciśnieniem p_z pomiędzy wieńcami 2, 3 otworów. Począwszy od wieńców 2, 3 otworów gaz płynie na zewnątrz w dwóch kierunkach, najpierw wzdłuż części 5 szczeliny o większej grubości, a potem wzdłuż części 6, 7 szczeliny o mniejszej grubości. Następnie gaz przepływa promieniowo do otoczenia przez szczeliny czołowe, przez część 10 o większej grubości, a następnie przez część 11 o mniejszej grubości jednej szczeliny czołowej lub przez część 12 o większej grubości, a następnie przez część 13 o mniejszej grubości drugiej szczeliny. Ciśnienie gazu, w wyniku jego przepływu przez szczeliny czołowe, ulega zmniejszeniu. Obniżenie ciśnienia jest tym większe im mniejsza jest grubość szczelin. Bez obciążenia wału 4 rozkłady ciśnień działających na wał 4 oraz kołnierze 8, 9 są jednakowe względem osi symetrii konstrukcji. Ciśnienie gazu przemieszczającego się w obu kierunkach wzdłuż osi wzdłużnej konstrukcji (łożysko poprzeczne) obniża się według dwóch charakterystyk z wartości p_z do wartości p_w na jego brzegu. Ciśnienie gazu przemieszczającego się promieniowo w konstrukcji (łożysko wzdłużne-oporowe) obniża się również według dwóch charakterystyk z wartości p_w do wartości p_n na jego wyjściu. Dzięki zastosowaniu dwóch wieńców 2, 3 otworów oraz kołnierzy 8, 9 sztywno osadzonych na wale 4 zabezpieczono konstrukcję przed pochylaniem się jej osi wzdłużnej.

Po przyłożeniu siły poprzecznej do wału 4 w jego środku następuje jego poprzeczne przemieszczenie. Wskutek tego część szczeliny między wałem 4 i panewką 1 przeciwstawiająca się obciążeniu ulega zmniejszeniu, a część szczeliny po drugiej stronie wału 4 powiększa się zgodnie z działającym obciążeniem. Zmniejszenie szczeliny jest przyczyną wzrostu ciśnień i odwrotnie w powiększonej szczelinie 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.

PL 220 513 B1

Po przyłożeniu siły wzdłużnej do wału 4 działanie konstrukcji jest analogiczne jak w przypadku siły poprzecznej, z tym że zmianie ulega grubość szczelin czołowych konstrukcji. Natomiast wytworzona różnica ciśnień po obu stronach panewki 1 równoważy przyłożoną siłę wzdłużną.

Claims (1)

1. Konstrukcja wewnętrzna gazostatycznego łożyska poprzeczno-wzdłużnego otworowego, którą stanowi wał, którego końce są wyposażone w kołnierze, między którymi jest umieszczona cylindryczna panewka otaczająca wał, znamienna tym, że panewka (1), w wewnętrznej powierzchni jej środkowej części, posiada obwodowe wytoczenie i wał (4) jest umieszczony w panewce (1) tak, iż między jego powierzchnią zewnętrzną i powierzchnią wewnętrzną panewki (1) jest szczelina, której grubość między końcami panewki (1) i wałem (4) jest mniejsza od jej grubości między środkową częścią panewki (1) z wytoczeniem i wałem (4), kołnierze (8, 9) wału (4) mają postać usytuowanych pionowo, osadzonych sztywno na wale tarcz o jednakowych średnicach zewnętrznych, równych średnicy zewnętrznej panewki (1), nadto w czołach panewki (1) są pierścieniowe wybrania o osi symetrii pokrywającej się z osią symetrii panewki (1) i między czołami panewki (1) i kołnierzami (8, 9) wału (4) są szczeliny czołowe, których grubość między częścią czoła panewki (1) z wybraniem i kołnierzami (8, 9) jest większa od ich grubości między częścią czoła panewki (1) bez wybrania i kołnierzami (8, 9), 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.