RU2171924C1

RU2171924C1 - Gas-static bearing

Info

Publication number: RU2171924C1
Application number: RU99127543A
Authority: RU
Inventors: А.В. Космынин; Е.М. Лямкина; В.С. Виноградов
Original assignee: Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Filing date: 1999-12-31
Publication date: 2001-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering, particularly machines and apparatus with movable parts working during gas- lubrication conditions. SUBSTANCE: bearing shell is of a gas impermeability bushing with inserts secured to it. The inserts are made from the heat treated sapwood. In doing so, a distance between the end face of the bearing and periphery of each insertion is 0.1-0.3 of the bearing length, and the insert width is 0.15-0.25 of the bearing diameter. EFFECT: reduced consumption of lubricating material. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно может использоваться в машинах и аппаратах с движущимися деталями, работающими в условиях газовой смазки. The invention relates to the field of mechanical engineering, mainly it can be used in machines and apparatus with moving parts operating in gas lubricated conditions.

Уровень техники заявляемого изобретения известен из устройства, содержащего камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью, и пористый элемент, закрывающий камеру корпуса. При этом наружный участок первой опорной поверхности выполнен коническим, а другая поверхность на конце пористого элемента пропитана таким образом, что предотвращается утечка газов (заявка Японии N 62-177315, F 16 C 32/20, опубл. 1987). The prior art of the claimed invention is known from a device containing a camera in communication with the supply line, and a porous element that closes the camera body. The outer portion of the first abutment surface is conical, and the other surface at the end of the porous element is impregnated in such a way that gas leakage is prevented (Japanese Application No. 62-177315, F 16 C 32/20, publ. 1987).

Условием нормальной работы газового подшипника является оптимальный режим, который сочетает достижение необходимой несущей способности с возможно меньшим расходом смазочного материала. The condition for the normal operation of the gas bearing is the optimum mode, which combines the achievement of the necessary bearing capacity with the lowest possible consumption of lubricant.

В известном устройстве пористый элемент полностью закрывает камеру, сообщающуюся с подводящей магистралью, поэтому вся масса смазочного материала, поступающая в камеру по подводящей магистрали, перетекает в зазор между поверхностью подшипника и поверхностью вала. Таким образом в известном устройстве не выдерживается оптимальный режим, т.е. при большей несущей способности газовый подшипник имеет больший расход смазочного материала, иными словами, известный гаэостатический подшипник является неэкономичным, что и является его недостатком. In the known device, the porous element completely covers the chamber in communication with the supply line, therefore, the entire mass of lubricant entering the chamber through the supply line flows into the gap between the bearing surface and the shaft surface. Thus, in the known device, the optimum mode is not maintained, i.e. with a greater load-bearing capacity, the gas bearing has a greater consumption of lubricant, in other words, the known gaeostatic bearing is uneconomical, which is its drawback.

Задачей заявляемого изобретения является создание гаэостатического подшипника, отвечающего условию оптимального режима работы. The task of the invention is the creation of a gaeostatic bearing that meets the condition of optimal operation.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении экономичности газостатического подшипника. Требуемый технический результат достигается оптимальными соотношениями параметров вкладыша подшипника и параметров самого подшипника, а также геометрической формой и материалом, из которого выполнен вкладыш подшипника
Существенные признаки, характеризующие газостатический подшипник: корпус, камера, сообщающаяся с подводящей магистралью, внутри корпуса установлен вкладыш подшипника, закрывающий камеру.The technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the efficiency of the gas-static bearing. The required technical result is achieved by optimal ratios of the parameters of the bearing shell and the parameters of the bearing itself, as well as the geometric shape and material of which the bearing shell is made
Salient features characterizing a gas-static bearing: housing, chamber communicating with the supply line, a bearing shell covering the chamber is installed inside the housing.

Признаки, отличающие заявляемой устройство от известного: вкладыш подшипника состоит из втулки, выполненной из газонепроницаемого материала, в отверстиях которой установлены пористые вставки, по крайней мере более двух, имеющие форму шпонки, при этом расстояние от торца подшипника до крайней точки вставки l равно 0,1-0,3 длины подшипника L, ширина каждой вставки t равна (0,15-0,25) диаметра подшипника D, а в качестве пористого материала используют термически обработанную заболонную часть древесины. Signs that distinguish the claimed device from the well-known: the bearing shell consists of a sleeve made of a gas-tight material, in the openings of which are installed porous inserts of at least two, having the shape of a dowel, while the distance from the end of the bearing to the insertion extreme point l is 0, 1-0.3 length of the bearing L, the width of each insert t is equal to (0.15-0.25) of the diameter of the bearing D, and a heat-treated sapwood part of the wood is used as the porous material.

Вкладыш подшипника, состоящий из деталей, выполненных из газонепроницаемого и пористого материалов, обеспечивает необходимую несущую способность подшипника, так как величина несущей способности зависит в частности от нагрузки на подшипнике, давления наддува и общей длины подшипника. The bearing shell, consisting of parts made of gas-tight and porous materials, provides the necessary bearing capacity, since the magnitude of the bearing capacity depends in particular on the load on the bearing, boost pressure and the total length of the bearing.

Заявляемые соотношения параметров пористых вставок и параметров подшипника позволяют снизить расход смазочного материала за счет уменьшения пористой площади поверхности вкладыша подшипника, не уменьшая необходимой величины несущей способности подшипника. Расход смазочного материала зависит от количества смазочного материала, протекающего в единицу времени через единицу площади. Согласно изобретению, площадь поверхности пористых вставок, через которую протекает смазочный материал в зазор между вкладышем подшипника и поверхностью вала, намного меньше общей площади поверхности вкладыша подшипника, закрывающего камеру, благодаря чему расход смазочного материала уменьшается. The claimed ratio of the parameters of the porous inserts and the parameters of the bearing can reduce the consumption of lubricant by reducing the porous surface area of the bearing shell without reducing the required value of the bearing capacity of the bearing. Lubricant consumption depends on the amount of lubricant flowing per unit time through a unit area. According to the invention, the surface area of the porous inserts through which the lubricant flows into the gap between the bearing shell and the shaft surface is much smaller than the total surface area of the bearing shell covering the chamber, thereby reducing the consumption of lubricant.

Заявляемая геометрическая форма пористых вставок способствует более благоприятному распределению давлению в смазочном слое. The inventive geometric shape of the porous inserts contributes to a more favorable distribution of pressure in the lubricating layer.

Выполнение пористых вставок из термически обработанной заболонной части древесины обеспечивает стабильную и однородную проницаемость за счет строгого однонаправленного расположения капилляров, обусловленного одинаковой плотностью годовых колец по всему поперечному сечению древесной заготовки, что также направлено на снижение расхода смазочного материала. The implementation of porous inserts from a heat-treated sapwood part of the wood provides stable and uniform permeability due to the strict unidirectional arrangement of capillaries, due to the same density of annual rings over the entire cross section of the wood billet, which also aims to reduce the consumption of lubricant.

Снижение расхода смазочного материала в зависимости от геометрической формы вставок и соотношения параметров вставок и параметров самого подшипника подтверждается экспериментально. Reducing the consumption of lubricant depending on the geometric shape of the inserts and the ratio of the parameters of the inserts and the parameters of the bearing itself is confirmed experimentally.

Для эксперимента были изготовлены подшипники равной длины, работающие при одинаковом давлении наддува, но с разными размерами вставок и их количеством. Проведены стендовые испытания по определению необходимой величины несущей способности от величины раскола смазочного материала, проистекающего через пористые вставки. For the experiment, bearings of equal length were manufactured, operating at the same boost pressure, but with different sizes of inserts and their number. Bench tests were carried out to determine the required value of the bearing capacity from the magnitude of the splitting of the lubricant flowing through the porous inserts.

На фиг. 1 представлены результаты эксперимента, где C_Q - коэффициент несущей способности подшипника, равный отношению величины несущей способности к ее максимальному значению (C_Q = F/F_max, где F - нагрузка на подшипнике, F_max - максимальная нагрузка на подшипнике); G - относительный расход смазочного материала, равный отношению расхода смазочного материала подшипника к максимальному (G = G/G_max).In FIG. 1 shows the results of the experiment, where C _Q is the bearing coefficient of bearing equal to the ratio of the bearing capacity to its maximum value (C _Q = F / F _max , where F is the bearing load, F _max is the maximum bearing load); G is the relative consumption of lubricant equal to the ratio of the lubricant consumption of the bearing to the maximum (G = G / G _max ).

A₁ - типоразмер подшипника, в котором ширина каждой вставки равна 0,1-0,2 диаметра подшипника, расстояние от торца подшипника до края каждой вставки равно 0,1-0,3 длины подшипника, количество вставок - 6;
A₂ - типоразмер подшипника, в котором ширина каждой вставки равна 0,05-0,09 диаметра подшипника, расстояние от торца подшипника до края каждой вставки равно 0,05-0,08 длины подшипника, количество вставок - 8;
A₃ - типоразмер подшипника, в котором ширина вставки равна 0,25-0,35 диаметра подшипника, расстояние от торца подшипника до края каждой вставки равно 0,25-0,35 длины подшипника, количество вставок - 4.A ₁ - bearing size, in which the width of each insert is 0.1-0.2 of the diameter of the bearing, the distance from the end of the bearing to the edge of each insert is 0.1-0.3 of the bearing length, the number of inserts is 6;
A ₂ - bearing size, in which the width of each insert is 0.05-0.09 of the diameter of the bearing, the distance from the end of the bearing to the edge of each insert is 0.05-0.08 of the bearing length, the number of inserts is 8;
A ₃ - bearing size, in which the insert width is 0.25-0.35 of the bearing diameter, the distance from the end of the bearing to the edge of each insert is 0.25-0.35 of the bearing length, the number of inserts is 4.

Как видно из графика, оптимальный режим работы - необходимая несущая способность при наименьшем расходе смазочного материала - обеспечивается подшипником с типоразмерным рядом A₁.As can be seen from the graph, the optimal mode of operation - the necessary bearing capacity at the lowest lubricant consumption - is provided by a bearing with a size range A ₁ .

На фиг. 2 представлен чертеж заявляемого газостатического подшипника, где цифрами обозначены следующие позиции: 1 - корпус, 2 - камера, сообщающаяся с подводящей магистралью, 3 - подводящая магистраль, 4 - пористая вставка; 5 - газонепроницаемая втулка. In FIG. 2 shows a drawing of the inventive gas-static bearing, where the numbers indicate the following positions: 1 - housing, 2 - camera in communication with the supply line, 3 - supply line, 4 - porous insert; 5 - gas-tight sleeve.

Работа газостатического подшипника осуществляется следующим образом. The gas-static bearing is as follows.

Через подводящую магистраль смазочный материал под давлением поступает в камеру. Через пористые вставки, установленные в отверстиях газонепроницаемой детали, смазочный материал поступает в зазор между вкладышем подшипника и валом. Поскольку смазочный материал обладает определенным коэффициентом вязкости, то в процессе вращения вала слои смазочного материала, непосредственно прилегающие к поверхности вала, "прилипают" к этой поверхности и вращаются вместе с ней, а промежуточные слои смазочного материала скользят друг по другу. Таким образом создается смазочный слой. Подъемная сила подшипника создается за счет разности давлений в нагруженной (нижней) и ненагруженной (верхней) частей подшипника. Поскольку в заявляемом газостатическом подшипнике вкладыш выполнен частично газонепроницаемым, т.е. с ограниченной заявляемым соотношением площадью поверхности вставок, то в зазор перетекает только такое количество смазочного материала, которое необходимо для обеспечения несущей способности подшипника, т.е. заявляемый подшипник является более экономичным, чем известный. Through the supply line, lubricant under pressure enters the chamber. Through porous inserts installed in the holes of the gas-tight part, the lubricant enters the gap between the bearing shell and the shaft. Since the lubricant has a certain viscosity coefficient, during the rotation of the shaft the layers of the lubricant immediately adjacent to the shaft surface “stick” to this surface and rotate with it, and the intermediate layers of the lubricant slide along each other. Thus, a lubricating layer is created. The lifting force of the bearing is created due to the pressure difference in the loaded (lower) and unloaded (upper) parts of the bearing. Since in the inventive gas-static bearing, the liner is made partially gas-tight, i.e. limited by the claimed ratio of the surface area of the inserts, only such an amount of lubricant flows into the gap that is necessary to ensure the bearing capacity of the bearing, i.e. The claimed bearing is more economical than the known.

Claims

Gas-static bearing, consisting of a housing, a chamber communicating with the supply line, with a bearing shell installed inside the housing, covering the chamber, characterized in that the liner consists of a sleeve made of gas-tight material, in the openings of which porous inserts of at least more than two having the shape of a key, the distance from the end of the bearing to the edge of each insert is 0.1-0.3 of the bearing length, the insert width is 0.15-0.25 of the diameter of the bearing, and as a porous material, Use the heat-treated sapwood portion of the wood.