SE419366B - FLUID BEARING DEVICE - Google Patents
FLUID BEARING DEVICEInfo
- Publication number
- SE419366B SE419366B SE7710297A SE7710297A SE419366B SE 419366 B SE419366 B SE 419366B SE 7710297 A SE7710297 A SE 7710297A SE 7710297 A SE7710297 A SE 7710297A SE 419366 B SE419366 B SE 419366B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- bowl
- bearing
- shaft
- cups
- bowls
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 36
- 239000010408 film Substances 0.000 description 19
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 11
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[Cr+3] UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
- F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
- F16C17/03—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Support Of The Bearing (AREA)
Description
'7710297-8 pensering för axelrörelserna. Folierna kan i enlighet med US PS 3 434 762 vara så tunna som ca 0,025 mm eller enligt US PS 3 215 480 ha en tjocklek, som uppgår till ca 0,006 x lagerdiametern. '7710297-8 brushing for the shoulder movements. The films may be as thin as about 0.025 mm in accordance with US PS 3,434,762 or have a thickness of about 0.006 x the bearing diameter in accordance with US PS 3,215,480.
Vi har funnit, att foliernas tunnhet sätter en gräns för funktionen_ hos denna typ av lager. Det maximala trycket i fluidfilmen, som upp- bär lagret, uppbygges i området med minimal tjocklek på gapet.We have found that the thinness of the foils sets a limit to the function of this type of layer. The maximum pressure in the fluid film, which supports the bearing, is built up in the area with a minimum thickness of the gap.
Så snart som trycket börjar uppbyggas mellan axeln och folien, böjs folien bort från axeln utom i den omedelbara närheten av stöden. Last- uppbärningskapaciteten hos lagret är en funktion av produkten av de alstrade trycken och arean, över vilken dessa tryck verkar. Eftersom trycken endast kan verka i den omedelbara närheten av stöden. verkar de endast på en liten del av lagerfoliernas area. Höga tryck krävs därför för att uppbära de relativt höga arbetslasterna vid ett kraf- tigt belastat lager, exempelvis i en gasturbinmotor, och detta nöd- vändiggör mycket små mellanrum, vilket begränsar lagerkapaciteten på grund av för tidig kontakt med axeln eller för stark värmealstring.As soon as the pressure begins to build up between the shaft and the foil, the foil bends away from the shaft except in the immediate vicinity of the supports. The load-bearing capacity of the bearing is a function of the product of the generated pressures and the area over which these pressures act. Because the pressure can only act in the immediate vicinity of the supports. they act only on a small part of the area of the layer foils. High pressures are therefore required to withstand the relatively high working loads at a heavily loaded bearing, for example in a gas turbine engine, and this necessitates very small gaps, which limits the bearing capacity due to premature contact with the shaft or too strong heat generation.
Problemet ligger därför i hur man skall kunna förhindra utböjningar, som minskar lagrets kapacitet, och samtidigt ge tillräcklig fjädring i lagret för att upptaga kretsrörelser hos axeln samt kompensera för olika termiska utvidgningar av de olika komponenterna.The problem therefore lies in how to prevent deflections, which reduce the bearing's capacity, and at the same time provide sufficient suspension in the bearing to accommodate circular movements of the shaft and compensate for different thermal expansions of the various components.
Detta problem löses enligt föreliggande uppfinning genom utbyte av de tunna folierna resp. de stela lagerblocken vid kända lager med re- lativt tjocka men ändå fjädrande skålar och införing av kontrollerad böjning av skâlarna under lagrets driftsförhållanden för att optimera lastuppbärningskapaciteten hos lagret.This problem is solved according to the present invention by replacing the thin foils resp. the rigid bearing blocks in known bearings with relatively thick but still resilient cups and the introduction of controlled bending of the bowls under the operating conditions of the bearing in order to optimize the load-bearing capacity of the bearing.
I föreliggande beskrivning avses med uttrycket "fjädrande skål" en platta, ett block eller liknande, vilket kan vara krökt eller plant och vars tjocklek i relation till dess övriga dimensioner är sådan, att det kan böjas på väsentligen samma sätt som en styv balk under inverkan av gastryckslaster och de koncentrerade stöd- eller reaktions- lasterna, men vilket är stelt nog för att motstå lokala höjningar på grund av de höga fluidtrycklasterna, som alstras under drift under dess ounderstödda längd mellan lastreaktionspunkter, så att det är i _ stånd att upprätthålla en väsentligen enhetlig fluidfilmtjocklek över den ounderstödda längden mellan lastreaktionspunkterna. 7710297-8 I detta avseende verkar lagret på ett helt annorlunda sätt än ett fo- liegaslager. Jämförelse mellan en sådan folie och en skål visar, att skålen kan vara av storleksordningen 10 x tjockleken hos en folie för ett motsvarande lager för tung drift och sålunda av storleksordning- en tusen gånger stelheten.In the present description, the term "resilient cup" means a plate, a block or the like, which may be curved or flat and whose thickness in relation to its other dimensions is such that it can be bent in substantially the same way as a rigid beam under impact. of gas pressure loads and the concentrated support or reaction loads, but which is rigid enough to withstand local elevations due to the high fluid pressure loads generated during operation during its unsupported length between load reaction points, so that it is able to maintain a substantially uniform fluid film thickness over the unsupported length between the load reaction points. 7710297-8 In this respect, the bearing acts in a completely different way than a film gas bearing. Comparison between such a foil and a bowl shows that the bowl can be of the order of 10 x the thickness of a foil for a corresponding layer for heavy operation and thus of the order of one thousand times the rigidity.
En ytterligare fördel med skållagret är att skålarna, som är relativt tjocka, kan beläggas med friktionsnedsättande högtemperaturbeläggnin- gar, såsom kobolt- eller kromoxider, genom plasmasprutning, vilket ic- ke var möjligt vid de tunna folierna.A further advantage of the bowl bearing is that the bowls, which are relatively thick, can be coated with friction-reducing high-temperature coatings, such as cobalt or chromium oxides, by plasma spraying, which was not possible with the thin foils.
Enligt föreliggande-ugmännfl¶; åstadkommes en fluidlageranordning, vil- ken innefattar ett par element, som är rörligt lagrade i förhållande till varandra på en fluidfilm, vilken bildas till följd av den rela- tiva rörelsen mellan en lageryta på ett av elementen och lagerytor på ett flertal eftergivliga skålar, vilka är uppburna på ställen längs desamma mellan elementen, varvid det för uppfinningen speciellt utmär- kande är att varje eftergivlig skål har en tjocklek, som i förhållande till dess övriga dimensioner är sådan, att skålen är oförmögen att lo- kalt utböjas på ounderstödda ställen till följd av ökningar i trycket hos fluidfilmen, och att lastreaktionsorgan är monterade mellan varje skål och det element, på vilket skålarna är monterade, varvid varje lastreaktionsorgan är anordnat att anligga mot det element, på vilket skålarna är monterade, vid en fast stödpunkt, belägen mellan mittpunk- ten hos skålen och en bakre kant av densamma, samt i beroende av ök- ningar i fluidfilmstrycket åstadkomma minst två reaktionskrafter på skålen, varav en första pålägges bakkanten av skålen och en andra på- lägges en punkt som ligger mellan mittpunkten hos skålen och den främ- re kanten av densamma och som även ligger på den sida av resultanten för trycket i fluidfilmen som är motsatt den första reaktionskraften, för att böja varje skål såsom en styv balk och ändra skålarnas for- mer så att lagerytorna på skålarna närmare ansluter sig till lagerytan på ett av elementen i zoner med» minimal fluidfilmstjocklek för att öka lagrets lastupptagningskapacitet.According to the present-ugmänn fl¶; a fluid storage device is provided, which comprises a pair of elements movably mounted relative to each other on a fluid film, which is formed as a result of the relative movement between a bearing surface on one of the elements and bearing surfaces on a plurality of resilient cups, which are supported in places along the same between the elements, it being particularly characteristic of the invention that each resilient bowl has a thickness which, in relation to its other dimensions, is such that the bowl is incapable of locally deflecting in unsupported places as a result. of increases in the pressure of the fluid film, and that load loading means are mounted between each bowl and the element on which the bowls are mounted, each load reaction means being arranged to abut against the element on which the bowls are mounted, at a fixed support point, located between midpoints the bottom of the bowl and a trailing edge thereof, and depending on increases in the fluid film pressure to produce at least two reactions forces, of which a first is applied to the trailing edge of the bowl and a second is applied to a point which lies between the center of the bowl and the leading edge thereof and which also lies on the side of the resultant of the pressure in the fluid film opposite the first reaction force, to bend each bowl like a rigid beam and change the shapes of the bowls so that the bearing surfaces of the bowls adhere more closely to the bearing surface of one of the elements in zones of minimal fluid film thickness to increase the bearing capacity of the bearing.
Det ovan beskrivna skållagret enligt uppfinningen kan användas som axellager, både för radiella belastningar och tryckbelastningar på axlarna, eller kan användas vid ett linjärt lager.The bowl bearing according to the invention described above can be used as a shaft bearing, both for radial loads and compressive loads on the shafts, or can be used with a linear bearing.
Fluidfilmen, som åstadkommes i lagret, kan utgöras av en vätske- el- ler gasfilm, i de flesta applikationerna består emellertid fluidfil- 7719297-8 men av en luftfilm, som alstras under relativ rörelse mellan de två elementen.The fluid film produced in the bearing may be a liquid or gas film, however, in most applications the fluid film consists of an air film which is generated during relative movement between the two elements.
Vid en utföringsform av uppfinningen utgörs de två elementen av ett hus och en axel, varvid axeln är roterbart lagrad i huset.In an embodiment of the invention, the two elements consist of a housing and a shaft, the shaft being rotatably mounted in the housing.
Lastreaktionsorganen kan utgöras av en fjädrande mekanism, exempelvis fjädrar eller deras pneumatiska eller hydrauliska ekvivalenter eller hävarmsmekanismer.The load reaction means may be a resilient mechanism, for example springs or their pneumatic or hydraulic equivalents or lever mechanisms.
Ytterligare särdrag hos lageranordningen enligt uppfinningen framgår av efterföljande patentkrav.Further features of the bearing device according to the invention appear from the following claims.
Exempel på föreliggande uppfinning skall nu beskrivas mera i detalj med hänvisning till bifogade ritning. Fig. 1 är en schematisk sek- tionsvy av ett lager, uppbyggt-i enlighet med principerna för förelig- gande uppfinning, fig. 2a, 2b och 2c visar kurvor, som åskådliggör spaltprofilerna vid det obelastade tillståndet och det belastade till- ståndet hos ett typiskt lager enligt uppfinningen resp. lufttrycket i spalten under drift. Fig. 3 är en perspektivisk sprängvy av ett skâl- lager enligt uppfinningen. Fig. 4-är en tvärsektionsvy av lagret en- ligt fig. 3 med lagret i sammansatt tillstånd. Fig. S är en sektions- vy, vilken visar lagerhuset och en del av axeln. Fig. 6 är en tvär- sektionsvy av ett parti av en alternativ lagerkonstruktion, vilken vi- sar skâllagret utformat ekvivalent med ett vippblockslager.Examples of the present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing. Fig. 1 is a schematic sectional view of a bearing constructed in accordance with the principles of the present invention; Figs. 2a, 2b and 2c show curves illustrating the gap profiles at the unloaded state and the loaded state of a bearing. typical stock according to the invention resp. the air pressure in the gap during operation. Fig. 3 is an exploded perspective view of a shell bearing according to the invention. Fig. 4-is a cross-sectional view of the bearing according to Fig. 3 with the bearing in assembled condition. Fig. S is a sectional view showing the bearing housing and part of the shaft. Fig. 6 is a cross-sectional view of a portion of an alternative bearing construction, showing the shell bearing formed equivalent to a rocker block bearing.
I fig. 1 visas schematiskt ett axellager, i vilket en axel 10 uppbära för rotation i ett hus 12 med hjälp av en fluidfilm, som bildats un- der drift mellan axelns yta och ytorna på fyra skålar 14. Den främre kanten på varje skål stöds på den bakre kanten på den föregående skâ- len för att bilda en avsats, så att en spalt 16 bildas mellan axelns och skâlarnas ytor, vilken spalt avsmalnar i riktning mot den bakre kanten på varje skål..Fig. 1 schematically shows a shaft bearing in which a shaft 10 supports for rotation in a housing 12 by means of a fluid film formed during operation between the surface of the shaft and the surfaces of four bowls 14. The leading edge of each bowl is supported on the rear edge of the preceding bowl to form a ledge, so that a gap 16 is formed between the surfaces of the shaft and the cups, which gap tapers towards the rear edge of each bowl.
Under drift med axeln 10 roterande i riktningen av pilen R insuges luft i de avsmalnande spalterna, och allteftersom rotationshastighe- ten ökar, ökas trycket i luftfilmen, tills denna lyfter skålen fri från axeln och axeln löper helt uppburen på luftfilmen.During operation with the shaft 10 rotating in the direction of the arrow R, air is drawn into the tapered slots, and as the rotational speed increases, the pressure in the air film increases until it lifts the bowl free from the shaft and the shaft runs completely supported on the air film.
För att optimera lastuppbärningskapaciteten hos lagret är anordnade lastreaktionsorgan i form av fjädrande hävstänger 18, vilka verkar '7710297-8 mellan skâlarna och huset för att överföra lufttryckslaster på skå- larna till huset och därvid ge upphov till reaktionslaster tillbaka på skâlarna för att modifiera formen hos skâlarna i förhållande till deras form i obelastat tillstånd. I Lägena för lastreaktionspunkterna är beräknade för att ge upphov till en form hos varje stål, vilken form mera noggrant överenstämmer med formen hos axeln för att upprätthålla en optimal spaltprofil under skålen för en avsedd driftshastighet och en avsedd belastning av axeln.In order to optimize the load bearing capacity of the bearing, load reaction means are provided in the form of resilient levers 18, which act between the shells and the housing to transfer air pressure loads on the shells to the housing and thereby give rise to reaction loads back on the shells to modify the shape of the bowls in relation to their shape in the unloaded state. The positions of the load reaction points are calculated to give rise to a shape of each steel, which shape more accurately corresponds to the shape of the shaft in order to maintain an optimal gap profile under the bowl for an intended operating speed and an intended load on the shaft.
Beträffande belastningarna på en skål ger lufttrycket i spalten upp- hov till en distribuerad last på undersidan av skålen, vilken last varierar med tjockleken hos spalten, varvid det maximala trycket alst- ras, där spalttjockleken är minst. För analysändamâl kan denna last betraktas suuem.enda resulüænflast (A) på skålen, vilken last verkar nä- ra tryckpiken.Regarding the loads on a bowl, the air pressure in the gap gives rise to a distributed load on the underside of the bowl, which load varies with the thickness of the gap, whereby the maximum pressure is generated where the gap thickness is least. For analytical purposes, this load can be considered suuem.enda resultüæn fl ast (A) on the bowl, which load acts near the pressure spike.
Denna last A överföres till huset via fjäderhävstängerna 18, vilka anligger mot skâlarna vid reaktionspunkter B, C och huset vid D. Ef- fekten av reaktionerna på skâlarna vid B, C är att böja skâlarna på samma sätt som en balk, så att dess krökning mera noggrant ansluter sig till den hos axeln än den gjorde i skålens obelastade tillstånd.This load A is transmitted to the housing via the spring levers 18, which abut the shells at reaction points B, C and the housing at D. The effect of the reactions on the shells at B, C is to bend the shells in the same way as a beam, so that its curvature more closely adheres to it at the shaft than it did in the unloaded state of the bowl.
En ytterligare reaktion, som kompletterar skåljämvikten, sker vid E, där de två skâlarna överlappar varandra.A further reaction, which complements the bowl equilibrium, takes place at E, where the two bowls overlap.
Verkan av de kombinerade gastryckbelastningarna och de olika reaktio- nerna pâ skålen kan genom lämplig placering av punkterna B och D bil- das att alstra en optimal spaltprofil under skålen för en avsedd drifts- hastighet och en avsedd belastning av axeln. Detta ger i sin tur upp- hov till en större lastuppbärningskapacitet för ett givet maximitryck. 1 Eftersom skâlarna verkar som elastiska balkar och värdena på luft- trycken, som alstras för varje given spaltprofil, kan beräknas, kan dimensionerna på fjädrarna och lägena och-värdena för reaktionerna beräknas för optimering av lastuppbärningskapaciteten hos lagret ge- nom lämplig böjning av skâlarna.The effect of the combined gas pressure loads and the different reactions on the bowl can, by appropriate placement of points B and D, be formed to generate an optimal gap profile under the bowl for a intended operating speed and a intended load on the shaft. This in turn gives rise to a greater load-bearing capacity for a given maximum pressure. 1 Since the trays act as elastic beams and the values of the air pressures generated for each given gap profile can be calculated, the dimensions of the springs and the positions and values of the reactions can be calculated to optimize the load bearing capacity of the bearing by appropriate bending of the trays.
Givetvis kan många variationer utföras i konstruktionen av skâllagret för optimering av dess prestanda. Exempelvis kan minispalttjockleken ' arrangeras för att bli förlagd vid den bakre kanten på varje skål, när skâllagret är ur drift, så att den kvarhålles nära den bakre kan- ten under drift. Vidare behöver skâlarna icke överlappa varandra vid 7710297-8 ändarna och bortsett från reaktionspunkten vid B, vilken måste vara belägen mellan skâlarnas ändar, kan andra reaktionspunkter anordnas på avstånd från eller vid skålens ändar.Of course, many variations can be made in the design of the shell bearing to optimize its performance. For example, the mini gap thickness' can be arranged to be located at the rear edge of each bowl, when the bowl bearing is out of operation, so that it is retained near the rear edge during operation. Furthermore, the bowls do not have to overlap at the ends and apart from the reaction point at B, which must be located between the ends of the bowls, other reaction points can be arranged at a distance from or at the ends of the bowl.
Fig. 2a, 2b, 2c visar kurvor för den speciella lagerkonstruktion som beskrives i det följande med hänvisning till fig. 3-5. Fig. 2a visar spaltprofilen under en skål vid nollbelastning och ingen rotation av axeln. Det framgår, att spalten minskas till noll vid den bakre kan- ten på skålen. Fig. 2b visar spaltprofilen vid den avsedda belastnin- gen och det framgår, att spalttjockleken på grund av de skålen böjan- de reaktionslasterna vid B, C och E bibehålles väsentligen ensartat över en väsentlig del av skålens längd framför den bakre kanten. Fig. 2c visar den flacka tryckprofilen hos luftfilmen under skålen, vilken möjliggör att avsevärt ökade laster kan uppbäras av skållagret enligt föreliggande uppfinning i jämförelse med konventionella lager under motsvarande förhållanden.Figs. 2a, 2b, 2c show curves for the special bearing construction described in the following with reference to Figs. 3-5. Fig. 2a shows the gap profile under a bowl at zero load and no rotation of the shaft. It appears that the gap is reduced to zero at the rear edge of the bowl. Fig. 2b shows the gap profile at the intended load and it can be seen that the gap thickness due to the bowl-bending reaction loads at B, C and E is maintained substantially uniformly over a substantial part of the length of the bowl in front of the rear edge. Fig. 2c shows the flat pressure profile of the air film under the bowl, which enables considerably increased loads to be supported by the bowl bearing according to the present invention in comparison with conventional bearings under corresponding conditions.
Lagerkonstruktionen, från vilken de ovan beskrivna kurvorna erhållits, visas i fig. 3-5. I dessa figurer visas en axel 20, som är monterad 'för rotation i ett hus 22 och som uppbäres för sådan rotation i fyra skålar 24 (endast tre visade), av vilka var och en sträcker sig 900 runt axelns omkrets.The bearing construction, from which the curves described above are obtained, is shown in Figs. 3-5. These figures show a shaft 20 mounted for rotation in a housing 22 and supported for such rotation in four cups 24 (only three shown), each of which extends 90 ° around the circumference of the shaft.
Varje skål har en fast krökningsradie, som med ett litet mätt AR över- stiger radien R hos axeln, och vid varje ände är varje skål försedd med en urskärning för bildning av en avsats 26, så att vid sammansätt- ningen närbelägna ändar av skâlarna överlappar varandra. Avsatshöj- derna h1 och h2 hos de radiellt inre partierna av avsatserna är olika vid de motsatta ändarna av varje skål. I det sammansatta lagret upp- bäres sålunda den främre kanten på varje skål fri från axeln för att ge upphov till en fast spalt g vid denna ände mellan skålens radiellt inre yta och den radiellt yttre ytan på axeln. Eftersom den bakre kan- ten på varje skål är i kontakt med axeln eller under lagrets drift har ett mycket ringa avstånd till axeln, avgränsas en avsmalnande spalt mellan skålen och axeln. Den avsmalnande spalten är anordnad att kon- vergera i riktningen av axelns rotation, dvs i riktning mot den bakre kanten av skålen, så att rotation av axeln orsakar att luft komprime- ras under skålarna och alstrar en lyftkraft för att uppbära axeln på en film av luft under axelns rotation. '7710297-8 Vid detta speciella exempel är axelns R radie 47,015 mm och är AR lika med 0,102 mm. Avsatshöjden g vid den främre kanten utan belast- ning på axeln (annat än en initiell förbelastning) och utan rotation av axeln är sålunda 0,102 mm.Each bowl has a fixed radius of curvature which with a small measured AR exceeds the radius R of the shaft, and at each end each bowl is provided with a cut-out to form a ledge 26, so that at the assembly adjacent ends of the bowls overlap each other. The ledge heights h1 and h2 of the radially inner portions of the ledges are different at the opposite ends of each bowl. Thus, in the composite bearing, the leading edge of each bowl is supported free of the shaft to give rise to a fixed gap g at this end between the radially inner surface of the bowl and the radially outer surface of the shaft. Since the rear edge of each bowl is in contact with the shaft or during the operation of the bearing has a very small distance to the shaft, a tapered gap is defined between the bowl and the shaft. The tapered gap is arranged to converge in the direction of the rotation of the shaft, i.e. in the direction of the rear edge of the bowl, so that rotation of the shaft causes air to be compressed under the bowls and generates a lifting force to support the shaft on a film of air during shaft rotation. In this particular example, the radius R of the shaft is 47.015 mm and the AR is equal to 0.102 mm. The landing height g at the front edge without load on the shaft (other than an initial preload) and without rotation of the shaft is thus 0.102 mm.
Skålarna själva uppbäres i sin tur i huset 22 med hjälp av krökta fjäderhävstänger 28. Var och en av fjäderhävstängerna är lokalisera- de i förhållande till en skål, och hela aggregatet av skålar och fjä- derhävarmar i huset hindras från att rotera med hjälp av fyra tappar 30, vilka sträcker sig genom huset och fjäderhävstängerna samt upp- tages i hål 32 i skâlarna. Varje fjäderhävstång 28 har radiellt inåt riktade ribbor 34, 36, en invid vardera änden, vilka sträcker sig axi- ellt utmed hävstången. Ribborna anligger mot de yttre ytorna på skå- larna, och hävstängerna är så anordnade att en av ribborna anligger mot en skål invid de varandra överlappande ändarna och den andra rib- ban anligger mot den närbelägna skålen vid ett ställe mellan ändarna -av skålen. Varje fjäderhävstâng har också en liknande ribba 38 på sin radiellt yttre yta, vilken ribba är anordnad att stå i kontakt med det yttre huset. Fjäderhävstängerna kan sålunda påföra den erforder- liga förbelastningen på skâlarna för att lokalisera axeln i dess vi- loläge.The cups themselves are in turn supported in the housing 22 by means of curved spring levers 28. Each of the spring levers is located relative to a bowl, and the entire assembly of cups and spring levers in the housing is prevented from rotating by means of four pins 30, which extend through the housing and the spring levers and are received in holes 32 in the bowls. Each spring lever 28 has radially inwardly directed ribs 34, 36, one at each end, which extend axially along the lever. The ribs abut the outer surfaces of the bowls, and the levers are arranged so that one of the ribs abuts a bowl adjacent the overlapping ends and the other rib abuts the adjacent bowl at a location between the ends of the bowl. Each spring lever also has a similar rib 38 on its radially outer surface, which rib is arranged to be in contact with the outer housing. The spring levers can thus apply the required preload to the shells to locate the shaft in its rest position.
I drift uppbygges lufttrycket under var och en av skålarna på det ovan beskrivna sättet och medför en tryckdistribution, vilken har ett maxi- mum på ett kort avstånd från den bakre kanten av varje skål, där spalten har mimimal tjocklek.In operation, the air pressure under each of the bowls is built up in the manner described above and results in a pressure distribution which has a maximum at a short distance from the rear edge of each bowl, where the gap has a minimum thickness.
Så snart tillräckligt tryck uppbyggts för att övervinna förbelast- ningen på skålarna, lyftes skålarna bort från axeln vid de bakre kan- terna för att ge upphov till en tunn film av luft under skålarna, på vilken den roterande axeln uppbäres, såsom beskrivits ovan.As soon as sufficient pressure has been built up to overcome the preload on the bowls, the bowls are lifted away from the shaft at the trailing edges to give rise to a thin film of air under the bowls on which the rotating shaft is supported, as described above.
När en radiell last påföres axeln under lagrets drift, verkar fjäder- hävstängerna på följande šätt: Varje radiell rörelse hos axeln tenderar initiellt att ändra den rin- ga spalttjockleken mellan skålarna och axeln, vilket direkt ändrar trycket i luftfílmen under skålarna. Rörelsen hos axeln överföres därför till skålen via lufttrycket, och skålen tenderar att röra sig radiellt. På grund av skålarnas överlappningsarrangemang åstadkommer rörelse av den bakre kanten av en skål en motsvarande rörelse av den 7ï1ü297~8 främre kanten av den närbelägna skålen, vilken uppbäres därpå, och avsatshöjden g hos skålarna kan ej ändras. Skålarna kommer därför att sträva att röra sig gemensamt i riktningen av axelrörelsen under ök- ning av fjäderbelastningen på ena sidan av lagret och minskning av Å fjäderbelastning på den andra sidan. ' Eftersom skålarna påverkas av ribban 34 på varje fjäderhävstång, vil- ken ribba anligger direkt mot skålen, och av ribban 36, som anligger mot skålen via den närbelägna skålen, kommer rörelse av skålarna att förorsaka rörelse av fjäderhävstängernas reaktionspunkter, dvs rib- borna 34 och 36. Detta förorsakar i sin tur böjning av hävstângsarmar- na mellan ribborna 34, 36 och hävstängernas svängningspunkter 38 re- lativt huset. Det sålunda alstrade böjmomentet i fjädern ger upphov till reaktioner på skålen via ribborna 34, 36. Eftersom dessa reaktio- ner är lokaliserade på motsatta sidor av den resulterande lufttrycks- belastningen, böjer de skålen för att bringa den att mera noggrant formansluta sig till axeln nära den bakre kanten.When a radial load is applied to the shaft during bearing operation, the spring levers act as follows: Each radial movement of the shaft initially tends to change the small gap thickness between the cups and the shaft, which directly changes the pressure in the air film under the cups. The movement of the shaft is therefore transmitted to the bowl via the air pressure, and the bowl tends to move radially. Due to the overlapping arrangement of the bowls, movement of the rear edge of a bowl causes a corresponding movement of the leading edge of the adjacent bowl, which is supported thereon, and the ledge height g of the bowls cannot be changed. The cups will therefore strive to move together in the direction of the shaft movement while increasing the spring load on one side of the bearing and decreasing the spring load on the other side. Since the bowls are affected by the rib 34 on each spring lever, which rib abuts directly against the bowl, and by the rib 36, which abuts the bowl via the adjacent bowl, movement of the bowls will cause movement of the reaction points of the spring levers, i.e. the ribs 34 and 36. This in turn causes bending of the lever arms between the ribs 34, 36 and the pivot points 38 of the levers relative to the housing. The bending moment thus generated in the spring gives rise to reactions on the cup via the ribs 34, 36. Since these reactions are located on opposite sides of the resulting air pressure load, they bend the cup to make it more accurately form fit to the shaft close to the rear edge.
Genom att välja längderna på hävstângsarmarna mellan ribborna 34, 36 och ribban 38 samt styvheten hos skâlarna och fjädrarna på lämpligt sätt, kan reaktionslasterna på skâlarna bringas att ändra krökningen hos skålarna relativt axelns radie och därigenom spaltprofilen för att optimera densamma, såsom visas i fig. 2b, till att alstra en ut- planad tryckdistribution, såsom visas i fig. 2c, vilken kan ha ett maximitryck, som är mindre än det topptryck, som skulle alstras vid den omodifierade spaltprofilen. Detta tryck över en avsevärd längd av skålytorna ökar starkt lastuppbärningskapaciteten hos lagret.By selecting the lengths of the lever arms between the ribs 34, 36 and the rib 38 and the stiffness of the shells and springs appropriately, the reaction loads on the shells can be caused to change the curvature of the shells relative to the axis radius and thereby the slit profile to optimize it. 2b, to produce a flattened pressure distribution, as shown in Fig. 2c, which may have a maximum pressure which is less than the peak pressure which would be generated at the unmodified gap profile. This pressure over a considerable length of the bowl surfaces greatly increases the load-bearing capacity of the bearing.
Det framgår sålunda, att skålarna vid det ifrågavarande lagret icke är underkastade den starka lokala distortion eller formförändring som sker vid mycket tunna folier i folielager, eftersom deras styvhet är sådan, att de kan motstå fluidtrycklasterna mellan reaktionspunkterna på fjädrarna, och därmed en mera allmän deformation av skålen åstad- kommes.It thus appears that the cups at the bearing in question are not subject to the strong local distortion or deformation which occurs with very thin foils in foil layers, since their rigidity is such that they can withstand the fluid pressure loads between the reaction points on the springs, and thus a more general deformation. of the dish is achieved.
Såsom framgår av fig. 5 fullföljes monteringen av skålarna i huset med hjälp av ringar 40, som ingriper med i omkretsriktningen förlöpan- de utsprång 42 vid de axiella ändarna av varje skål, och ringarna kvar- hålles i huset med hjälp av låsringar 44. Huset, skålarna och fjäder- hävstängerna bildar sålunda ett fullständigt lagerelement, i vilket axeln kan inpassas. 7710297-8 Teorin visar, att större lyftkraft kan uppnås genom användning av ett litet antal skålar med större längd, och även om vilket som helst an- tal skålar mellan exempelvis 3 och 12 kan väljas, har det befunnits att ett lämpligt antal är fyra. Med fyra delcylindriska skålar kommer, om i det obelastade tillståndet för lagret radieskillnaden AR mellan' skålens inneryta och axelns ytteryta är lika med avsatshöjden vid de 'främre kanterna på skâlarna, tangentpunkterna där skålarna berör axeln att vara belägna vid de bakre kanterna hos skâlarna i det obelastade tillståndet.As shown in Fig. 5, the assembly of the cups in the housing is completed by means of rings 40, which engage with circumferentially extending projections 42 at the axial ends of each bowl, and the rings are retained in the housing by means of locking rings 44. , the cups and the spring levers thus form a complete bearing element, in which the shaft can be fitted. 7710297-8 The theory shows that greater lifting force can be achieved by using a small number of bowls of greater length, and although any number of bowls between, for example, 3 and 12 can be selected, it has been found that a suitable number is four. With four sub-cylindrical bowls, if in the unloaded state of the bearing the radius difference AR between the inner surface of the bowl and the outer surface of the shaft is equal to the ledge height at the front edges of the bowls, the tangent points where the bowls touch the shaft will be located at the rear edges of the bowls. unloaded condition.
Fastän skâlarna beskrivits ha konstant krökningsradie, kan de givet- vis i sitt fria tillstånd vara förhöjda enligt vilken som helst lämp- lig lag, exempelvis en kubisk lag, och avsatshöjden skulle därvid väl- jaa på motsvarande sätt.Although the bowls have been described as having a constant radius of curvature, they can of course in their free state be elevated according to any suitable law, for example a cubic law, and the height of the ledge would then choose accordingly.
Vid det ovan beskrivna exemplet är skåltjockleken 3,56 mm och är axel- _hastigheten, för vilken lagret är konstruerat, blott 10 000 rpm. För högre hastigheter och högre belastningar är skåltjockleken av stor- leksordningen 0,060 cm per cm axeldiameter.In the example described above, the bowl thickness is 3.56 mm and the shaft speed for which the bearing is constructed is only 10,000 rpm. For higher speeds and higher loads, the bowl thickness is of the order of 0.060 cm per cm shaft diameter.
Vid alternativa utföringsformer kan lastreaktionsorganen ha olika former. Exempelvis kan fjäderhävstängerna ersättas av fjädrande last- reaktionselement med olika fjädringsförmâga, vilka ej är förbundna med varandra, för att alstra proportionella reaktioner.vid de olika stäl- lena, när skâlarna rör sig radiellt, för att åstadkomma den lämpliga böjningen av skålen. Alternativt kan fjäderhävstängerna ersättas av stela hävstänger, varvid de proportionella belastningarna åstadkommas genom de olika vridmomenten hos hävstängsarmarna till följd av olika längd hos dessa.In alternative embodiments, the load reaction means may have different shapes. For example, the spring levers can be replaced by resilient load reacting elements with different resilience, which are not connected to each other, to produce proportional reactions at the different places, when the cups move radially, to achieve the appropriate bending of the bowl. Alternatively, the spring levers can be replaced by rigid levers, the proportional loads being produced by the different torques of the lever arms due to different lengths of these.
Ett elastiskt fjäderhävstångsystem, såsom det ovan beskrivna, föredra- ges emellertid, eftersom styvheten hos skålarna då kan beräknas på basis av att fjäderhävstängerna kommer att ge upphov till den erfor- derliga fjädringen för att kompensera_för axelutböjningar och vibra- tioner, medan skålens fjädring kommer att bidraga i ringa grad till denna funktion. Givetvis måste styvheten hos skålarna och hävstänger- na avpassas efter varandra, men större konstruktionsflexibilitet upp- nås.However, an elastic spring lever system, such as the one described above, is preferred because the stiffness of the cups can then be calculated on the basis that the spring levers will give rise to the required suspension to compensate for shaft deflections and vibrations, while the suspension of the bowl will contribute little to this function. Of course, the rigidity of the bowls and the levers must be adjusted one after the other, but greater design flexibility is achieved.
Fig. 6 visar en alternativ utföringsform av uppfinningen, vid vilken skâlarna är monterade oberoende av varandra och ej överlappar varand- ?71Û29'?~8 10 ra. I detta avseende liknar lagret snarare ett vippblockslager än ett folielager, men skillnaden är att skålarna har viss elasticitet och stöden utövar kontrollerad böjpåkänning på skålarna för att opti- mera lastuppbärningskapaciteten. Komponenter överensstämmande med de i fig. 3-5 visade är âsatta samma hänvisningsbeteckningar.Fig. 6 shows an alternative embodiment of the invention, in which the trays are mounted independently of each other and do not overlap each other. In this respect, the bearing is more like a rocker block bearing than a foil bearing, but the difference is that the bowls have a certain elasticity and the supports exert a controlled bending stress on the bowls to optimize the load-bearing capacity. Components corresponding to those shown in Figs. 3-5 are assigned the same reference numerals.
Skâlarna 24 uppbäres i fjädrande lokaliseringshävstänger 54, vilka är lagda runt ändarna av skâlarna. Ribbor 34 och 36 är anordnade pâ var och en av de fjädrande lokaliseringshävstängerna för att stå i direkt kontakt med skâlarna, och en ytterligare ribba 38 är anordnad pâ bak- sidan av fjäderhävstången för att stå i kontakt med huset 22. Ribban 38 är belägen mittför resultanten för gastrycksbelastningarna och, såsom ovan beskrivits, rör sig ribborna 34 och 36 radiellt, när skålen rör sig under inverkan av gastrycklaster, och utövar böjpâkänningar i ' hävstángsarmarna mellan desamma och ribban 38. Ribban 38 överför tryck- lasterna till huset, och reaktionerna på skålarna vid ribborna 34 och 36, som är belägna på var sin sida av ribban 38, böjer skålen till en form med större lastuppbärningskapacitet. Vid detta exempel alstras en ytterligare reaktion genom att fjädern står i beröring med skålen un- der den främre kanten, och detta medför pâläggning av ett medursmoment pâ skålen utöver de andra reaktionerna för att underlätta uppnâende av den optimala deformationen av skålen.The bowls 24 are supported in resilient locating levers 54, which are laid around the ends of the bowls. Ribs 34 and 36 are provided on each of the resilient locating levers to be in direct contact with the cups, and a further rib 38 is provided on the rear of the spring lever to communicate with the housing 22. The rib 38 is located opposite the resultant of the gas pressure loads and, as described above, the ribs 34 and 36 move radially as the cup moves under the action of gas pressure loads, exerting bending stresses in the lever arms between them and the rib 38. The rib 38 transfers the pressure loads to the housing, and the reactions of the bowls at the ribs 34 and 36, which are located on either side of the rib 38, bend the bowl into a shape with greater load-bearing capacity. In this example, a further reaction is generated by the spring being in contact with the bowl below the leading edge, and this results in the application of a clockwise moment on the bowl in addition to the other reactions to facilitate the attainment of the optimal deformation of the bowl.
Ytterligare fördelar vid uppfinningen är att med en lämplig tjocklek på skålen, vilken kan vara ca 3,8 mm vid ett ca 75 mm lager, kan en metalloxid sprutas på skâlarna för att minska friktionen mellan skå- larna och axeln. Lämpliga oxider för arbete vid förhöjda temperaturer, exempelvis 500°C, är kromoxid, koboltoxid eller en kombination av nickel- och kromoxider, och oxidskiktet kan ha en tjocklek av ca 0,05 - 0,15 mm. En oxidbeläggning kan också anbringas på axelytan, om så önskas. För användning av lagret vid lägre temperaturer kan andra lämpliga, kända friktionsnedsättande beläggningar användas.Further advantages of the invention are that with a suitable thickness of the bowl, which can be about 3.8 mm at a bearing of about 75 mm, a metal oxide can be sprayed on the bowls to reduce the friction between the bowls and the shaft. Suitable oxides for work at elevated temperatures, for example 500 ° C, are chromium oxide, cobalt oxide or a combination of nickel and chromium oxides, and the oxide layer may have a thickness of about 0.05 - 0.15 mm. An oxide coating can also be applied to the shaft surface, if desired. For use of the bearing at lower temperatures, other suitable, known friction-reducing coatings may be used.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7710297A SE419366B (en) | 1977-09-14 | 1977-09-14 | FLUID BEARING DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7710297A SE419366B (en) | 1977-09-14 | 1977-09-14 | FLUID BEARING DEVICE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE7710297L SE7710297L (en) | 1979-03-15 |
| SE419366B true SE419366B (en) | 1981-07-27 |
Family
ID=20332257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE7710297A SE419366B (en) | 1977-09-14 | 1977-09-14 | FLUID BEARING DEVICE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE419366B (en) |
-
1977
- 1977-09-14 SE SE7710297A patent/SE419366B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE7710297L (en) | 1979-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4118079A (en) | Fluid bearings with conforming shells | |
| US10161259B2 (en) | Flexible film-riding seal | |
| US5529398A (en) | Compliant foil hydrodynamic fluid film thrust bearing | |
| US4102602A (en) | Rotor for an axial turbine | |
| CN104603480B (en) | Radial gas foil bearing | |
| US4277111A (en) | Support element for compliant hydrodynamic thrust bearing | |
| US9359908B2 (en) | Film riding seal assembly for turbomachinery | |
| US6997613B2 (en) | Foil bearing | |
| US9631556B2 (en) | Foil bearing | |
| EP1337761B1 (en) | Compliant foil thrust bearing | |
| US6158892A (en) | Fluid film thrust bearing having integral compliant foils | |
| US10228015B2 (en) | Hybrid dynamic pressure gas radial bearing | |
| JP2703750B2 (en) | Adjusting ring and compressor with adjusting ring | |
| EP3001048B1 (en) | Journal air bearing with air-film-supply vent | |
| EP2669538B1 (en) | Journal pad bearing for turbine | |
| US20180156267A1 (en) | Hybrid dynamic pressure gas thrust bearing | |
| GB2197915A (en) | Fluid bearings | |
| JPS6192316A (en) | Leaf type foil thrust bearing | |
| JPS6125930B2 (en) | ||
| WO2015157052A1 (en) | Foil thrust bearing for oil free turbocharger | |
| CN102242762B (en) | Dynamic pressure gas radial ceramic bearing | |
| US5205652A (en) | Nonlinear spring supported hydrodynamic bearing | |
| US7530742B2 (en) | Foil bearing | |
| CN113107966B (en) | Hydrodynamic gas thrust bearings and components | |
| SE419366B (en) | FLUID BEARING DEVICE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 7710297-8 Effective date: 19910409 Format of ref document f/p: F |