RU2208723C2

RU2208723C2 - Hydrostatic bearing

Info

Publication number: RU2208723C2
Application number: RU2001115676/28A
Authority: RU
Inventors: А.С. Курзаков
Original assignee: Красноярский государственный технический университет
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; liquid-or gas-lubricated bearings. SUBSTANCE: proposed hydrostatic bearing has body with radial passage communicated with lubricant delivery source, shaft and movable bush located in cavity between body and shaft. Bush forms slotted throttling clearance together with surface of shaft. Circular passages available in center plane of bearing on external and internal sides of bush are communicated with each other and with lubricant delivery source. External cylindrical surface of bush is provided with circular projections on both ends forming stepped throttling clearance between body and bush. Axial throttling clearances are formed between body and shaft and radial slotted throttling clearances are formed between end surfaces of bush and body. Drainage circular cavities are formed at point of their virtual intersection with stepped clearance. Proposed bearing provides for possibility of forming small, zero and negative pliability due to active compensation of lubricant consumption in bearing layer and retaining rotation of bush due to action of viscous friction forces in lubricant. EFFECT: enhanced efficiency and reliability. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в радиальных опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков и другого оборудования с быстровращающимися роторами при использовании в качестве смазывающей среды как жидкостей, так и газов. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in radial bearings of spindle assemblies of metal-cutting machines and other equipment with rapidly rotating rotors when both liquids and gases are used as a lubricating medium.

Известен гидростатический подшипник (пат. США 4,417,823, кл. F 16 С 32/06, 1983 г.), содержащий вал и корпус, у которого опорная шейка вала выполнена в виде втулки, корпус содержит два комплекта несущих карманов, расположенных по внутренней и внешней сторонам опорной шейки, а компенсация расхода смазки в несущих карманах осуществляется дросселями постоянного сопротивления (пассивная компенсация). Known hydrostatic bearing (US Pat. US 4,417,823, class F 16 C 32/06, 1983), containing a shaft and a housing, in which the journal shaft is made in the form of a sleeve, the housing contains two sets of load pockets located on the inside and outside sides of the support journal, and the lubricant consumption in the bearing pockets is compensated by constant-resistance chokes (passive compensation).

Недостатками подшипника являются большие потери на жидкостное трение при вращении вала с высокой скоростью, так как потери имеют место одновременно с внешней и внутренней сторон опорной шейки; пассивная компенсация расхода смазки в несущих карманах, что не позволяет достичь малой, нулевой и отрицательной податливости подшипника; а также значительные радиальные габариты подшипника. The disadvantages of the bearing are large losses of fluid friction during rotation of the shaft at high speed, since losses occur simultaneously from the outer and inner sides of the support journal; passive compensation of lubricant consumption in bearing pockets, which does not allow to achieve low, zero and negative compliance of the bearing; as well as significant radial dimensions of the bearing.

Наиболее близким аналогом изобретения является гидростатический подшипник с вращающейся втулкой, содержащий корпус, вал и подвижную втулку, расположенную в полости между корпусом и валом. Несущие карманы и пассивные дросселирующие каналы для подвода смазки выполнены внутри корпуса и вала и расположены с внешней и внутренней сторон втулки. При работе подшипника вращение вала частично передается втулке за счет действия сил вязкого трения в смазке (пат. США 4,381,126, кл. F 16 С 32/06, 1983 г.). The closest analogue of the invention is a hydrostatic bearing with a rotating sleeve containing a housing, a shaft and a movable sleeve located in the cavity between the housing and the shaft. Bearing pockets and passive throttling channels for lubrication are made inside the housing and shaft and are located on the outer and inner sides of the sleeve. During operation of the bearing, the rotation of the shaft is partially transmitted to the sleeve due to the action of viscous friction forces in the lubricant (US Pat. US 4,381,126, CL F 16 C 32/06, 1983).

Недостатком подшипника является невозможность получения малой, нулевой и отрицательной податливости, так как нагрузка воспринимается двумя последовательно расположенными несущими слоями с пассивной компенсацией расхода смазки. The disadvantage of the bearing is the impossibility of obtaining small, zero and negative compliance, since the load is perceived by two successive layers of layers with passive compensation of lubricant consumption.

Задачей изобретения является создание подшипника с малой, нулевой и отрицательной податливостью, обеспечиваемой за счет активной компенсации расхода смазки в несущем слое, и сохранение возможности вращения втулки за счет действия сил вязкого трения в смазке. The objective of the invention is to provide a bearing with low, zero and negative flexibility, provided by actively compensating for the consumption of lubricant in the carrier layer, and maintaining the possibility of rotation of the sleeve due to the action of viscous friction in the lubricant.

Поставленная задача достигается тем, что в гидростатическом подшипнике, содержащем корпус с радиальным каналом, сообщенным с источником нагнетания смазки, вал и подвижную втулку, находящуюся в полости между корпусом и валом и образующую с поверхностью вала щелевой дросселирующий зазор, согласно изобретению, в средней плоскости подшипника с внешней и внутренней стороны втулки выполнены кольцевые каналы, сообщенные между собой и с источником нагнетания смазки, на внешней цилиндрической поверхности втулки выполнены по обоим концам кольцевые выступы, образующие между корпусом и втулкой ступенчатый дросселирующий зазор, между корпусом и валом образованы осевые дросселирующие зазоры, а между торцевыми поверхностями втулки и корпусом - радиальные щелевые дросселирующие зазоры, в месте воображаемого пересечения которых со ступенчатым зазором образованы дренажные кольцевые полости. Кольцевые каналы могут быть выполнены либо в корпусе с внешней стороны втулки и во втулке с ее внутренней стороны, либо во втулке с внешней и внутренней стороны. The problem is achieved in that in a hydrostatic bearing comprising a housing with a radial channel in communication with a lubricant injection source, a shaft and a movable sleeve located in the cavity between the housing and the shaft and forming a slotted throttling clearance with the shaft surface, according to the invention, in the middle plane of the bearing from the external and internal sides of the sleeve there are made annular channels communicated with each other and with a lubricant injection source, on the outer cylindrical surface of the sleeve made at both ends of the rings axial throttling gaps between the housing and the sleeve, axial throttling gaps are formed between the housing and the shaft, and radial slotted throttling gaps are formed between the end surfaces of the sleeve and the housing, at the imaginary intersection of which with the step gap drainage annular cavities are formed. The annular channels can be made either in the housing on the outer side of the sleeve and in the sleeve on its inner side, or in the sleeve on the outer and inner sides.

Такой подшипник позволяет обеспечить малую, нулевую и отрицательную податливость за счет активной компенсации расхода смазки в несущем слое. Использование щелевых дросселирующих зазоров без несущих карманов между поверхностью вала и втулкой позволяет исключить возникновение турбулентности смазки при высоких частотах вращения и снижает потери мощности на трение. Кроме того, это позволяет использовать в качестве смазки не только жидкости, но и газы. Such a bearing makes it possible to ensure low, zero, and negative compliance due to the active compensation of the lubricant consumption in the carrier layer. The use of slotted throttling gaps without bearing pockets between the shaft surface and the sleeve eliminates the occurrence of lubricant turbulence at high rotational speeds and reduces friction power losses. In addition, this makes it possible to use not only liquids, but also gases as a lubricant.

На чертеже показан продольный разрез подшипника. The drawing shows a longitudinal section of the bearing.

Гидростатический подшипник состоит из корпуса 1 с выполненным в нем радиальным каналом 2, сообщенным с источником нагнетания смазки (на чертеже не показан), вала 3 и подвижной втулки 4, расположенной в полости между корпусом 1 и валом 3 и образующей с поверхностью вала 3 щелевой дросселирующий зазор 5. В средней плоскости подшипника с внешней стороны втулки 4 в корпусе 1 выполнен кольцевой канал 6, а с внутренней стороны втулки 4 - кольцевой канал 7 (кольцевые каналы могут быть выполнены во втулке 4 с внешней и внутренней стороны), сообщенные между собой радиальными каналами 8 и с источником нагнетания смазки радиальным каналом 2. На внешней цилиндрической поверхности втулки 4 по обоим концам выполнены кольцевые выступы 9, образующие между корпусом 1 и втулкой 4 ступенчатый дросселирующий зазор 10. Между корпусом 1 и валом 3 образованы осевые дросселирующие зазоры 11, а между торцевыми поверхностями втулки 4 и корпусом 1 - радиальные щелевые дросселирующие зазоры 12. Осевые щелевые зазоры 5 и 11 образуют несущий слой, поддерживающий вал 3. В месте воображаемого пересечения радиальных щелевых дросселирующих зазоров 12 со ступенчатым зазором 10 образованы кольцевые полости 13, сообщенные со сливными отверстиями 14, выполненными в корпусе 1. Кольцевые полости 13 образованы за счет наличия фасок 15 (либо за счет выполнения кольцевых канавок в корпусе 1, на чертеже не показаны). The hydrostatic bearing consists of a housing 1 with a radial channel 2 made therein, connected to a lubricant injection source (not shown in the drawing), a shaft 3 and a movable sleeve 4 located in the cavity between the housing 1 and the shaft 3 and forming a slotted throttle with the surface of the shaft 3 a gap 5. In the middle plane of the bearing, an annular channel 6 is made in the housing 1 on the outer side of the sleeve 4, and an annular channel 7 is made on the inner side of the sleeve 4 (ring channels can be made in the sleeve 4 from the outer and inner sides), communicated between a battle with radial channels 8 and with a lubricant injection source of radial channel 2. On the outer cylindrical surface of the sleeve 4, annular projections 9 are made at both ends, forming a step-like throttling clearance 10 between the body 1 and the sleeve 4. Axial throttling gaps 11 are formed between the body 1 and the shaft 3 and between the end surfaces of the sleeve 4 and the housing 1 - radial slotted throttling clearances 12. The axial slotted clearances 5 and 11 form a bearing layer supporting the shaft 3. At the point of imaginary intersection of the radial slotted 12 osseliruyuschih gaps with stepped gap 10 formed by annular cavity 13 communicated with drain holes 14 formed in the housing 1. The annular cavity 13 formed by the presence of the chamfers 15 (or by making the circumferential grooves in the housing 1, not shown).

Работа подшипника происходит следующим образом. The operation of the bearing is as follows.

При перемещении вала 3 под действием нагрузки уменьшаются (увеличиваются) осевые щелевые дросселирующие зазоры 5 и 11 в нагруженной (разгруженной) зоне подшипника, что вызывает увеличение (уменьшение) давления в этих зонах и в сопряженных с ними зонах радиальных щелевых зазоров 12. Под воздействием разности давлений в нагруженной и разгруженной зонах осевого щелевого зазора 5 втулка 4 перемещается вверх, чем достигается увеличение (уменьшение) зазора 5 в нагруженной (разгруженной) зоне. В результате нагнетание смазки в нагруженную (разгруженную) зону дополнительно увеличивается (уменьшается) и давление здесь еще более возрастает (падает), перемещая вал 3 навстречу нагрузке. За счет производимого таким образом активного управления нагнетанием смазки достигается малая, а также нулевая и даже отрицательная податливость подшипника. Поток смазки из кольцевого канала 6 через ступенчатый щелевой зазор 10 между корпусом 1 и подвижной втулкой 4 необходим для стабилизации радиального положения последней. Поток смазки через радиальные щелевые зазоры 12 необходим для стабилизации осевого положения подвижной втулки 4. When moving the shaft 3 under the action of the load, the axial slotted throttling clearances 5 and 11 decrease (increase) in the loaded (unloaded) zone of the bearing, which causes an increase (decrease) in pressure in these zones and in the zones of the radial slotted clearances associated with them 12. Under the influence of the difference pressure in the loaded and unloaded zones of the axial slotted gap 5, the sleeve 4 moves upward, thereby achieving an increase (decrease) in the gap 5 in the loaded (unloaded) zone. As a result, the injection of lubricant into the loaded (unloaded) zone additionally increases (decreases) and the pressure here even more increases (drops), moving the shaft 3 to meet the load. Due to the active control of lubricant injection produced in this way, a small, as well as zero and even negative compliance of the bearing is achieved. The flow of lubricant from the annular channel 6 through a stepped gap 10 between the housing 1 and the movable sleeve 4 is necessary to stabilize the radial position of the latter. The flow of lubricant through the radial gap 12 is necessary to stabilize the axial position of the movable sleeve 4.

Claims

1. A hydrostatic bearing comprising a housing with a radial channel in communication with a lubricant injection source, a shaft and a movable sleeve located in the cavity between the housing and the shaft and forming a slit throttling clearance with the shaft surface, characterized in that in the middle plane of the bearing with external and internal annular channels are made between the sides of the sleeve, interconnected with each other and with a lubricant injection source; on the outer cylindrical surface of the sleeve, annular protrusions are formed at both ends, forming between the housing and stepwise throttling gap, axial throttling gaps are formed between the housing and the shaft, and radial slotted throttling gaps are formed between the end surfaces of the sleeve and the housing, at the imaginary intersection of which with the step gap drainage annular cavities are formed.

2. The hydrostatic bearing according to claim 1, characterized in that the annular channels are made in the housing on the outside of the sleeve and in the sleeve on its inner side.

3. The hydrostatic bearing according to claim 1, characterized in that the annular channels are made in the sleeve from the outer and inner sides of the latter.