RU2064613C1

RU2064613C1 - Hydrostatic support

Info

Publication number: RU2064613C1
Application number: RU93011192A
Authority: RU
Inventors: В.О. Яблонский; Н.В. Тябин; В.М. Ящук
Original assignee: Волгоградский Политехнический Институт
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1996-07-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: hydrostatic support has top and bottom disk bearing surfaces provided with hollows at the central parts. The surfaces form a chamber for supplying a lubricant. The top disk can move in the vertical direction and rotate, the bearing surfaces being still parallel. The bottom disk is rigidly secured to the fixed base. The bearing surfaces are wavelike in the radial direction. The shape of the sinusoidal wave is the same in each radial cross-section. The amplitude and frequency are increased from the center of the disk to its periphery. The height of the space between the bearing surfaces is constant. EFFECT: increased longevity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции гидростатических опор и может найти применение в различных отраслях промышленности, где необходимо поддержание с высокой точностью определенного положения вертикальных медленно вращающихся валов механизмов и обеспечение минимального трения в опорах. The invention relates to the construction of hydrostatic bearings and can find application in various industries where it is necessary to maintain with high accuracy a certain position of the vertical slowly rotating shafts of the mechanisms and ensure minimal friction in the bearings.

Известна конструкция ступенчатого гидростатического подшипника, в котором для улучшения гидродинамических характеристик опоры между опорными поверхностями размещается резиновое кольцо, уменьшающее расход смазки /1/. A known design of a stepped hydrostatic bearing, in which, to improve the hydrodynamic characteristics of the support, a rubber ring is placed between the supporting surfaces, which reduces the lubricant consumption / 1 /.

Недостатком описанной конструкции является то, что установка резинового кольца в смазочном слое ограничивает диапазон изменения высоты рабочего зазора при изменении нагрузки на опору, что ведет к снижению несущей способности. The disadvantage of the described design is that the installation of a rubber ring in the lubricating layer limits the range of changes in the height of the working gap when the load on the support changes, which leads to a decrease in bearing capacity.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению, выбранной в качестве прототипа, является конструкция гидростатической опоры, состоящей из подвижной и неподвижной поверхностей, в зазор между которыми подается смазка под давлением от внешнего источника. На одной из опорных поверхностей выполнены ячейки в виде углублений, обеспечивающие резкое изменение потока смазочного материала в направлении его движения из подводящего отверстия. Опора при постоянном минимальном зазоре имеет уменьшенный расход смазочного материала, а при постоянном расходе смазочного материала увеличенный минимальный зазор. Аналогичный эффект может быть достигнут при выполнении канавок прямоугольного сечения на обеих опорных поверхностях опоры, имеющих разное направлений /2/. Closest to the proposed technical solution, selected as a prototype, is the design of a hydrostatic support, consisting of movable and fixed surfaces, into the gap between which lubricant is supplied under pressure from an external source. On one of the supporting surfaces, cells are made in the form of recesses, providing a sharp change in the flow of lubricant in the direction of its movement from the supply hole. A bearing with a constant minimum clearance has a reduced consumption of lubricant, and with a constant consumption of lubricant an increased minimum clearance. A similar effect can be achieved by making rectangular grooves on both bearing surfaces of the support having different directions / 2 /.

Недостатками описанной конструкции являются распределение давления по опорной поверхности опоры, не обеспечивающее высоких значений коэффициента несущей способности опоры, равного отношению среднего давления на опорной поверхности к давлению подаваемой смазки, и, соответственно, высокие значения затрат мощности на прокачку. The disadvantages of the described design are the distribution of pressure on the support surface of the support, which does not provide high values of the coefficient of bearing capacity of the support, equal to the ratio of the average pressure on the support surface to the pressure of the supplied lubricant, and, accordingly, high values of power consumption for pumping.

Техническим результатом является повышение несущей способности, снижение расхода смазки и затрат мощности на прокачку в режиме работы опоры с фиксированным рабочим зазором, характерным для технологических аппаратов, и увеличение рабочего зазора в режиме с постоянным расходом смазки, характерным для большинства упорных гидростатических подшипников, что позволяет снизить технологические требования к обработке опорных поверхностей. The technical result is to increase the bearing capacity, reduce lubricant consumption and power consumption for pumping in the operation mode of the support with a fixed working clearance typical for technological devices, and increase the working clearance in the mode with a constant lubrication characteristic for most thrust hydrostatic bearings, which allows to reduce technological requirements for the processing of supporting surfaces.

Технический результат достигается тем, что в гидростатической опоре, содержащей верхний и нижний диски с опорными поверхностями и с цилиндрическими выемками в центральной части, образующими камеру для подачи смазки, нижний из которых жестко закреплен на неподвижном основании, а верхний смонтирован с возможностью вертикального перемещения и вращения с сохранением параллельности опорных поверхностей, опорные поверхности дисков в радиальном направлении выполнены волнообразными синусоидального профиля с переменными амплитудой и частотой, увеличивающимися от центра дисков к периферии, и одинаковой формой волн в радиальных сечениях. The technical result is achieved by the fact that in the hydrostatic support containing the upper and lower disks with supporting surfaces and with cylindrical recesses in the central part, forming a lubricant supply chamber, the lower of which is rigidly mounted on a fixed base, and the upper one is mounted with the possibility of vertical movement and rotation while maintaining the parallelism of the supporting surfaces, the supporting surfaces of the disks in the radial direction are made in the form of a sinusoidal waveform with variable amplitude and often that increasing from the center of the disks to the periphery, and the same waveform in radial sections.

На чертеже показано устройство гидростатической опоры предлагаемой конструкции. The drawing shows a hydrostatic support device of the proposed design.

Опора состоит из верхнего 1 и нижнего 2 дисков с наружным радиусом r_II, имеющих посередине цилиндрические выемки, образующие центральную камеру 3 с радиусом r_I, в которую по трубопроводу 4 подается смазка под давлением от внешнего источника. Верхний диск 1 смонтирован с возможностью вертикального перемещения под действием нагрузки Р и вращения с угловой скоростью ω при сохранении параллельности опорных поверхностей 5 и 6 дисков, причем опорные поверхности выполнены волнообразными синусоидального профиля в радиальном направлении, амплитуда волн которого является величиной переменной, причем амплитуда первой волны А₁ больше, чем амплитуда второй А₂, а периоды также переменны t₁<t₂, что соответствует возрастанию амплитуды и частоты волн, определяемой по формуле

, в направлении от центра дисков к периферии. Нижний диск 2 жестко закреплен на неподвижном основании 7. Зазор между дисками равен h. При подаче смазки под давлением в центральную камеру 3 верхний диск 1 всплывает на смазочном слое. Введенное в смазочный слой гидростатической опоры дополнительное гидравлическое сопротивление в виде волн синусоидального профиля распределяется по радиальной координате исходя из условия обеспечения максимальной наполненности эпюры давления смазки на опорную поверхность, то есть максимального значения коэффициента несущей способности гидростатической опоры, которое соответствует минимуму затрат мощности на прокачку смазки. Ввиду того что гидравлическое сопротивление канала, по которому течет смазка, пропорционально его длине и количеству имеющихся в нем местных сопротивлений (поворотов), удельное гидравлическое сопротивление радиальной щели синусоидального профиля, приходящееся на единицу длины радиальной координаты, возрастает с увеличением амплитуды и частоты волн поверхности. В соответствии с этим и градиент давления по радиальной координате возрастает за счет создания волнообразного профиля, пропорционального амплитуде и частоте волн поверхности. Следовательно, если амплитуда и частота волн возрастают по направлению от центра опоры к периферии, максимальные значения градиента давления имеют место на периферии опорной поверхности, благодаря чему эпюра давления смазки на опорную поверхность становится более наполненной, повышается коэффициент несущей способности гидростатической опоры, равный отношению среднего давления на опорной поверхности к давлению в центральной камере, и снижаются затраты мощности на прокачку. В режиме работы опоры с фиксированным рабочим зазором это ведет к повышению давления в смазочном слое и несущей способности при постоянном расходе смазки и к снижению расхода смазки и затрат мощности на прокачку при фиксированной несущей способности. В режиме работы с постоянным расходом смазки при одинаковой несущей способности это дает возможность увеличить рабочий зазор и снизить технологические требования к обработке опорных поверхностей.The support consists of upper 1 and lower 2 disks with an outer radius r _II , having cylindrical recesses in the middle, forming a central chamber 3 with a radius r _I , into which pressure lubrication from an external source is supplied via line 4. The upper disk 1 is mounted with the possibility of vertical movement under the action of the load P and rotation with an angular velocity ω while maintaining the parallelism of the supporting surfaces 5 and 6 of the disks, and the supporting surfaces are made in the form of a sinusoidal wave profile in the radial direction, the wave amplitude of which is a variable, the amplitude of the first wave A _{1 is} greater than the amplitude of the second A ₂ , and the periods are also variable t ₁ <t ₂ , which corresponds to an increase in the amplitude and frequency of the waves, determined by the formula

, in the direction from the center of the discs to the periphery. The lower disk 2 is rigidly fixed to the fixed base 7. The gap between the disks is equal to h. When applying lubricant under pressure to the Central chamber 3, the upper disk 1 floats on the lubricating layer. The additional hydraulic resistance introduced into the lubricating layer of the hydrostatic support in the form of sinusoidal waves is distributed along the radial coordinate based on the condition for ensuring the maximum filling of the lubricant pressure diagram on the supporting surface, that is, the maximum value of the bearing capacity coefficient of the hydrostatic support, which corresponds to the minimum power consumption for pumping the lubricant. Due to the fact that the hydraulic resistance of the channel through which the lubricant flows is proportional to its length and the number of local resistances (turns) present in it, the specific hydraulic resistance of the radial gap of the sinusoidal profile per unit length of the radial coordinate increases with increasing amplitude and frequency of the surface waves. In accordance with this, the pressure gradient along the radial coordinate increases due to the creation of a wavy profile proportional to the amplitude and frequency of the surface waves. Therefore, if the amplitude and frequency of the waves increase in the direction from the center of the support to the periphery, the maximum values of the pressure gradient occur on the periphery of the support surface, due to which the diagram of the lubricant pressure on the support surface becomes more full, the load-bearing capacity of the hydrostatic support is increased, which is equal to the ratio of the average pressure on the supporting surface to the pressure in the Central chamber, and reduced power costs for pumping. In the operation mode of the support with a fixed working clearance, this leads to an increase in pressure in the lubricating layer and bearing capacity with a constant flow of lubricant and to a decrease in lubricant consumption and power consumption for pumping at a fixed bearing capacity. In the mode of operation with a constant flow rate of lubricant with the same bearing capacity, this makes it possible to increase the working clearance and reduce the technological requirements for the processing of supporting surfaces.

Предложенная конструкция гидростатической опоры позволяет значительно повысить несущую способность без увеличения габаритов опорной поверхности, что делает целесообразным ее применение для валов с большими осевыми нагрузками и при ограниченных габаритах рабочего пространства для установки опоры. The proposed design of the hydrostatic support can significantly increase the bearing capacity without increasing the dimensions of the supporting surface, which makes it suitable for use with shafts with large axial loads and with limited dimensions of the working space for installing the support.

Claims

A hydrostatic support, containing the upper and lower disks with supporting surfaces and with cylindrical recesses in the central part, forming a lubricant supply chamber, the lower of which is rigidly mounted on a fixed base, and the upper one is mounted with the possibility of vertical movement and rotation, while maintaining the parallelism of the supporting surfaces of the support, characterized in that the supporting surfaces of the disks in the radial direction are made wavy sinusoidal profile with variable amplitude and frequency, increasing from the center of the disks to the periphery, and the same waveform in radial sections.