SE450727B - Hydrodynamiskt fluidfilmradiallager innefattande folieelement - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 4-50 727 tjocklekar. _ , Det är därför ett huvudsyfte med föreliggande uppfinning av åstadkomma ett förbättrat hydrodynamiskt fluidfiimlager, som har en insats av flerskiktfolie.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sådant lager, som har ökad motståndskraft mot folieglidning.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett sådant lager, som utmärks av enkelhet vid tillverkning liksom vid montering/demonte- ring och foliebyte.

Det är ännu ett syfte med uppfinningen att åstadkomma ett sådant lager, som har förhöjd coulombdämpning. I Dessa och andra syften, som kommer att framgå närmare av följande detaljerade beskrivning, tagen i samband med de anslutande patentkraven och de bifogade ritningarna, uppnås genom det hydrodynamiska fluidfilmlagret enligt _ uppfinningen, vilket innefattar ett stationärt hållarelement, ett roterande element som tillsammans med det stationära elementet avgränsar ett mellanrum, vilket upptar en insats omfattande minst ett slätt folieelement och ett elastiskt stödelement, som är fäst vid hållaren så att dessa element under torrfriktions- dämpning gnider i väsentligen omkretsriktningar för förhöjd energiavledning. Vid den föredragna utföringsformen innefattar lagret ett andra folieelement, som är koncentriskt med det första folieelementet och det elastiska stödelernentet, varvid de två folierna och stödelementet med hänsyn till tillverkningsenkelhet är formade till generellt öppna cylindriska former. Montering och demontering för utbyte av insatsen förbättras genom anordnandet av ett kilspår i det inre av hâllarelementet, varvid de två folierna och det elastiska stödelementet är fästa vid en enda lâskil, som upptas i kilspåret för kvarhållande av insatsen i lagret.

Användningen av tre separata element i insatsen istället för* ett enda lindat element eliminerar folieglidning. I 7 I de bifogade ritningarna är .

Figur 1 en ändvy av det hydrodynamiska fluidfilmlagret enligt föreliggan- de uppfinning, Figur 2 är en, förstorad deländvy av en alternativ utföringsform av det hydrodynamiska lagret enligt uppfinningen, Figur 3 är en ändvy av en andra alternativ utföringsform av det hydro- dynamiska lagret enligt uppfinningen, och Figur lf är en ändvy av en tredje alternativ utföringsform av det hydro- dynamiska lagret enligt uppfinningen.

Med hänvisning till Figur 1 innefattar ett hydrodynamiskt fluidfilmradial- lager 10 enligt föreliggande uppfinning ett stationärt hållarelement eller hylsa ,/ xß 10 15 20- 25 30 35 450 727 15, även känt som lagerfoder eller -hållare, som omsluter en roterande axel eller axeltapp 20 1 anordnad för anslutning till en höghastighetsrotor för sådan utrustning som elektriska höghastighetsmotorer eller skovelrotorer för använd- ning i godtycklig typ av höghastighets turbokompressor, t.ex. sådana som används i luftcirkulationsmaskineri för kylning och trycksättning av flygkabiner. Ett första slätt folieelement 25 är anordnat i mellanrummet eller spelrummet 30, varvid denna folie generellt har öppen eller uppslitsad (längs sidan) cylindrisk form och längs ena kanten av sin öppning är fäst vid en sida av en låskil 35, som är glidbart anordnad i ett kilspår 40 i hållarelementet 15. Ett korrugerat elastiskt stödelement eller en fjäder 45 är anordnad i spelrummet 30 mellan folien 25 och hållarelementet 15, varvid fjädern också generellt har öppen eller uppslitsad (längs sidan) cylindrisk form och, liksom folien 25, längs sin kant är fäst vid låskilen 35 på motsatt sida i förhållande till den, där folien är fastsatt. Denna fastsättning av folien och fjädern pâ lâskilen 35 förbättrar tillverkningsmöjlig- . heterna och lättheten vid översyn och reparation samt underlättar avlägsnande av folien och fjädern för utbyte mot folier och en fjäder med andra egenskaper för justering av lageregenskaper sådana som belastningskapacitet, dämpning och liknande. _ Lagret 10 arbetar enligt huvudprincipen med alstring av hydrodynamiskt tryck i den del av spelrummet 30, som finns mellan axeln 20 och folien 25. Under betingelser med teoretiskt ingen belastning sammanfaller de geometriska centra för axeln 20 och de av folien 25 bildade cylindrarna samt hållarelementet 15.

Under faktiska driftsbetingelser finns det dock alltid en viss-belastning på axeln 20, vilken excentriskt förskjuter centrum för detta element från centra för folien 25 och hâillarelementet 15, därigenom tillsammans med folien 25 avgränsande ett kilformat spelrum. Rotation av axeln medför att det geometriska centrat för axeln beskriver en bana kring foliens geometriska centrum, vilket medför att det kilformade spelrummet beskriver en bana kring foliecentrum. Såsom fackmannen inser orsakar den excentriska inställningen av axeln med avseende pâ folien och den kontinuerliga rotationen av axeln att områden med höga och låga tryck upprättas och bibehålls mellan axeln och folien, vilket medför att fluid strömmar från' högtryckszonen till lågtryckszonen, vilket resulterar) i *hopklämning av fluiden mellan axeln och folien, vilket fenomen definierar stödfluidfilmen, som tar radiella belastningar på lagret och förhindrar att axeln kommer i kontakt med folien. .

Fjädern fyller huvudsakligen två syften. Den bildar ett elastiskt, deformerbart stöd, som bidrar till bildandet av den ovan beskrivna bär- fluidfilmkilen genom att uppta vissa folienedböjningar beroende på trycksätt- 10 15 20 25 e 30' 35 450 7275 ningen därav genom filmen., Fjädern ger också en total lastbärande kapacitet och tar upp axelutlöpningar beroende på axelbelastning och -obalanser.

Såsom fackmannen inser dämpas störningar hos axeln 20 genom kompri- mering eller hopklämning av fluidfilmen mellan axeln och en intilliggande folie, hoptryckning av korrugeringarna i det elastiska stödelementet eller fjädern 45, och coulombdämpning. För förhöjd coulombdämpning har det varit praxis att anordna flerfolieskikt i lagerinsatsen mellan axeln och hållarelementet, varvid ett exempel på sådana multipla skikt beskrivs i ovannämnda US-A-ll 133 585 där en enda folie är anordnad i spolform. Fortfarande med hänvisning till Figur l är i' _ enlighet med uppfinningen, för förhöjd coulombdämpning, ett andra folieelement ' 50 anordnat radiellt innanför och koncentriskt med detförsta folieelementet 25 och fjädern 26. Som framgår har det andra folieelementet 50, liksom fjädern och det första folieelementet, öppen cylindrisk form och är vid en första ände därav fäst vid en inneryta av låskilen 35. Det kan sålunda noteras, att störningar på axeln 20 dämpas åtminstone delvis genom coulombdämpning mellan de första och andra folieelementen 25 och 50 liksom mellan det första folieelementet 25 och topparna på fjädern 45.

Genom föreliggande uppfinning ökas ovannämnda coulombdämpning betydligt genom montering av folieelementen och fjädern på. hållarelementet l5 på sådant sätt, att ett eller flera av dessa element från sin första (monterade) ände löper i omkretsriktningen i motsatt riktning mot utsträckningen hos ett intilliggande element. Man ser sålunda, att radiellt utåtriktat tryck från fluidfilmen mellan axeln 20 och den första folien 50 pressar detta folieelement utåt under öppning av den genom denna folie bildade cylindern, som ges en generellt medurs rörelse. Coulombdämpning uppnås genom gnidning av det andra j eller inre folieelementet 50 mot det första eller yttre folieelementet 25. Denna coulombdämpning ökas genom att det första folieelementet 25 sträcker sigri motsatt perifeririktning som det andra folieelementet. Fortfarande med hänvis- ning till Figur l framgår att medan trycksättningen av fluidfilmen pressar det andra folieelementet. utåt, så pressar detta i sin tur det första -(yttre) I folieelementet utåt och orsakar att folieelementet öppnas och rör_sig moturs, dvs. i motsatt riktning mot det andra folieelementet. Façkmannen inser, att folieelementens rörelse i motsatta riktningar i förhållande till varandra ger större energiavledning och dämpning än rörelse i samma perifeririktning, såsom skulle vara fallet när folieskikten löper i samma riktning från monteringen därav, eller ekvivalent där folierna omfattar intilliggande skikt av ett enda, lindat folieelement.

Fortfarande med hänvisning till Figur l framgår att foliernas rörelse utåt 54.» *l 10 15 20 25 30 35 450 727 under trycksättningen från fluidfilmen pressar folíerna mot fjädern, vilket leder till att denna öppnas utåt och rör sig i generellt medurs riktning. Eftersom emellertid, såsom angivits ovan, det första folieelementet, när det trycksätts, rör sig i generellt moturs riktning, så uppnås ökad coulombdämpning beroende på motsatt rörelse hos fjädern och det första folieelementet tack vare de motsatta riktningarna för periferisträckningen av dessa element från deras monterings- ställen.

Som angivits ovan är folíerna 25 och 50 samt fjädern 45 fixerade vid låskilen 35. Sättet att fästa dessa element vid låskilen beror, givetvis, pâ de material som används i folierna, fjädern och låskilen, varvid svetsning eller lödning är föredragna där elementen består av metalliska material. I den föredragna utföringsformen är folíerna och fjädern bildade av Incone låskilen är bildad av stål.

En alternativ utföringsform av det hydrodynamiska fluidfilmlagret enligt och uppfinningen visas i Figur 2. I denna utföringsform är innerfolien 50 fäst på den vänstra ytan av låskilen 35, och ytterfolien 25 är fäst vid den övre eller inre ytan av låskilen, med någon godtycklig av de ovanrskisserade lämpliga metoderna. Vid denna utföringsform hålls fjädern 45 fast genom ytkontakt med låskilen och hållarelementet 15 och är inte aktivt fäst vid något av dessa element. Det har befunnits, att sådan fjäderfasthållning minskar det kritiska i vinkelanordningen av det fixerade ändpartiet hos fjädern från återstoden därav .för korrekt lagerdrift, vilket sålunda bidrar till enkelheten vid lagertillverkningen. Även Figur 3 och i; illustrerar alternativa utföringsformer av uppfin- ningen. l Figur 3 är det första folieelementet anordnat radiellt innanför det andra folieelementet, i vilket fall endast de två folieelementen löper i omkretsmässigt motsatta riktningar i förhållande till varandra, varvid den andra (yttre) folien 50 löper i samma omkretsriktning som den intilliggande fjädern 45.

Man ser sålunda, att för en fjäder och folie med egenskaper identiska med de hos lagret enligt Figur 1, dessa element i lagret enligt Figur 3 kommer att uppvisa något lägre coulombdämpning, eftersom det yttre folieelementet och fjädern löper i samma perifeririktning när de öppnar under tryck. Givetvis kan det för vissa belastningar vara önskvärt med mindre dämpning, och man inser lätt att fastsättningen av fjädern och folíerna på låskilen 35 enkelt tillåter utbyte av lagerinsatser för att skräddarsy lagerdämpningen till lagerbelastningsbetingelser- na.

En andra alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning illustreras i Figur ll, där både det första och det andra folieelementet löper i medurs perifeririktning från sina monteringsställen på låskilen 35. Man ser följaktligen, 10 15 20 25 450 727 att endast fjädern 45 och det första folieelementet 25 löper i motsatta riktningar för förhöjd coulombdämpning,. vilken blir något mindre mellan de två folierna än som skulle uppnås med folier löpande i motsatta riktningar med avseende på varandra, såsom illustreras i Figurerna 1 och 2.

Dimensionerna på hållarelementet, axeln, folierna och fjädern beror, givetvis, på appliceringen och de förväntade belastningarna på lagret. När exempelvis lagret används i ett 50.000-l00.000 rpm turbokompressoraggregat för ett luftcirkulations luftkonditioneringssystem är folierna 25 och 50 av storleks- ordningen 0,0089-0,0lO2 cm (0,0035-0,00# tum) tjocka och fjädern 45 är ungefär 0,0l52-0,0l78 cm (0,006-0,007 tum) tjock. Lagret är ca 5,08 cm (2,0 tum) i diameter och 5,84 cm (2,3 tum) långt.

Det framgår sålunda, att man uppnår förhöjd coulombdämpning med konstruktionen av det hydrodynamiska fluidfilmradiallagret enligt uppfinningen.

Folieelementen och fjädern fästs enkelt vid låskilen 35 med någon lämplig teknik för enkelhet vid tillverkningen. De enkla, generellt öppet cylindriska formerna hos dessa element ökar också enkelheten och ekonomin vid tillverkningen. Som angivits ovan blir det genom låskil/slits-arrangemanget för monteringen av folie- och fjäderinsatsen enkelt att utbyta denna för förenkling vid skräddarsyning av lageregenskaperna för olika belastningsbetingelser. Eftersom folieelementen och fjädern är enskilda detaljer och inte är lindade av ett enda folieelement minimeras dessa detaljers glidning beroende på. axialbelastning, vilket kan resultera i skador på folierna genom gnidning med axeln. Användningen av separata folier istället för en enda, lindad folie medger dessutom användning av folier med varierande egenskaper vad gäller tjocklek, placering och liknande, vilket gör att man kan skräddarsy lageregenskaperna.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 450 727 7 PATENTKRAV

1. l. Hydrodynamiskt fluidfilmradiallager innefattande ett statíonärt hållar- element (15), en roterbar axel (20), som tillsammans med det stationära elementet avgränsar ett ringformigt mellanrum däremellan, ett första slätt, generellt cylindriskt folieelement (25) anordnat i mellanrummet, varvid axeln (20) uppbärs på ett trycksatt fluidfilmskikt, som upprätthålls genom relativ rotationsrörelse mellan axeln (20) och det första folieelementet (25), varvid axeln vidare innefattar ett generellt cylindriskt, elastiskt stödelement (45), som är anordnat i mellanrummet generellt koncentriskt med och radiellt utåt från det första folieelementet (25), varvid det första folieelementet (25) och det elastiska stödelementet (45) är fästa vid hållarelementet (15) och sträcker sig kring detta i motsatta perifeririktningar, varvid det elastiska stödelementet (45) upptar nedböjning av folieelementet (25) beroende pâ trycksättning därav genom fluidfilmskiktet samt avvikelser hos axeln beroende på belastning (20) och obalanser hos denna, k ä n n e t e c k n a t av att ett andra slätt, generellt cylindriskt folieelement (50) är fäst vid hållarelementet (15), löper kring detta i perifer riktning och är anordnat i mellanrummet (30) radiellt innanför det elastiska stödelementet (45) och koncentriskt med det första folieelementet (25) och det elastiska stödele- mentet (45), varigenom ökad coulombdämpning åstadkommas genom gnidkontakt i perifer riktning mellan ett av folieelementen (25, 50) och det elastiska stödelementet (45) och genom gnidkontakt i perifer riktning mellan de båda folieelementen (25, 50).

2. Hydrodynamiskt fluidfilmradiallager enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att det andra folieelementet (50) löper i motsatt perifeririktning till det första folieelementet (25) och är anordnat radiellt innanför detta.

3. Hydrodynamiskt fluidfilmradiallager enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att det andra folieelementet (50) löper i motsatt perifeririktning till det första folieelementet (25) och är anordnat radiellt utanför detta.

4. Hydrodynamiskt fluidfilmradiallager enligt patentkravet i, k ä n n e t e c k n a t av att det andra folieelementet (50) löper i motsatt perifeririktning till det elastiska stödelementet (45).

5. Hydrodynamiskt fluidfilmradiallager enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att de första och andra elastiska folieelementen (25, 10 15 450 727 50) löper i samma perifeririktning.

6. Hydrodynamiskt fluidfilmradiallager enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att hâllarelementet (15) är försett med ett spår (40), och att de första och andra folieelementen (25, 50) och det elastiska stödelementet (45) vid första ändar därav är monterade på en i nämnda spår (40) upptagen lâskil (35).

7. l-Iydrodynamiskt fluidfilmradiallager enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att hållarelementet (15) är försett med ett spår (40) och att de första och andra folieelementen (25, 50) vid första ändar därav är monterade på en i spåret (40) upptagen låskil (35), varvid det elastiska stödelementet (45) inte är fäst vid låskilen (35) utan vid en första ände därav hålls fast genom kontakt yta till yta i spåret (40).

8. Hydrodynamiskt fluidfilmradiallager enligt patentkravet I, l< ä n n e t e c k n a t av att de första och andra folieelementen (25, 50) och det elastiska stödelementet (45) är separata element. .vi