Гидродинамический подшипник: особенности применения и принцип работы. Гидростатические и гидродинамические подшипники Что значит гидродинамический подшипник на кулере

Гидродинамический подшипник – это машиностроительный узел. Основная нагрузка внутри этого элемента приходится на тонкий слой, состоящий из изолирующей смазывающей жидкости. В конструкцию она нагнетается при помощи смазываемого вала. Такие изделия часто называются ещё гидравлическими.

Об особенностях применения механизма

Есть ли недостатки?

В процессе эксплуатации есть вероятность утечки рабочей среды. Потому часто устанавливают две и больше цапфы с обеих сторон, чтобы возможные утечки предотвратить.

Немного о принципе действия

1. Гидростатические.
2. Газо- или гидродинамические. Расчёт у каждой разновидности будет своим.

• Свободная подача смазки.
• Достаточная скорость вращения.
• Геометрия.

Срок службы подшипника уменьшается, если такое происходит достаточно часто. И энергия уходит в больших количествах. Для предотвращения подобных проблем часто ставят дополнительный внешний насос, либо вторичный подшипник. Они включаются в работу в момент запуска, либо торможения системы. Расчёт это так же берёт во внимание.

Какие ошибки механики допускают чаще всего во время ремонта?

1. Они часто используют тормозные жидкости, параметры которых для этих систем не подходят.
2. Внутрь механизма во время работы попадает грязь.
3. Используются смазки или чистящие средства, способные повредить соединение.
4. Неправильно проводится прокачка системы. Например, много раз нажимают на педаль сцепления во время прокачки. В руководстве по ремонту всегда написано, что это надо делать только один раз.
5. Попытка прокачки внутренних цилиндров вручную. Из-за этого детали просто ломаются.
6. Устанавливают новое уплотнения, хотя элементы старого ещё остались внутри. Из-за этого гидравлическая жидкость не может течь в обратном направлении. Что приводит к утечкам, повреждению нового механизма.
7. Перетягиваются фиксирующие болты.
8. Неравномерная установка уплотнения. Из-за этого цилиндр начинает наклоняться. Расчёт становится неточным.

Подшипники скольжения и их расчёт

• Жидкостное.
• Смешанное
• Граничное.

Ещё о некоторых особенностях подшипников скольжения

О конструкциях и материалах

При изготовлении конструкции скольжения используются следующие материалы:

• Пластмасса
• Чугун
• Бронза

• Сферические.
• Плоские.
• Конические.
• Цилиндрические. Это тоже важно для тех, кто проводит расчёт.

В которых непосредственную нагрузку от вала воспринимает тонкий слой жидкости.

Гидравлические и пневматические подшипники часто используются при высоких нагрузках, высоких скоростях и при необходимости обеспечить точную посадку вала, когда обычные шарикоподшипники создают слишком большую вибрацию, слишком большой шум или не удовлетворяют условиям компактности оборудования или условиям долговечности. Они всё чаще и чаще используются вследствие снижающейся стоимости. Например, компьютерные жёсткие диски , у которых вал электродвигателя посажен на гидравлические подшипники, работают тише, и они дешевле, чем те же диски, содержащие шарикоподшипники.

Принцип действия

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Гидравлические и пневматические подшипники, в общем, имеют очень низкие коэффициенты трения - намного ниже, чем у механических подшипников. Основной источник трения - это вязкость жидкости или газа. Поскольку у газа вязкость ниже, чем у жидкости, то газостатические подшипники относятся к числу подшипников с наименьшими коэффициентами трения. Однако, чем меньше вязкость жидкости, тем выше утечки, что требует дополнительных затрат на нагнетание жидкости (или газа) в подшипник. Такие подшипники также требуют применения уплотнений и, чем лучше уплотнение, тем выше силы трения.

• При высоких нагрузках зазор между поверхностями в гидравлических подшипниках изменяется меньше, чем в механических подшипниках. Можно считать, что «жёсткость подшипника» является простой функцией среднего давления жидкости и площади поверхностей подшипника. На практике, когда нагрузка на вал велика и зазор между поверхностями подшипника уменьшается, давление жидкости под валом увеличивается, сила сопротивления жидкости сильно возрастает и таким образом поддерживается наличие зазора в подшипнике.
  Однако, в подшипниках с небольшой нагрузкой, таких как подшипники в приводах дисков, жёсткость подшипников качения составляет порядка 10 7 МН / , в то время как в гидравлических подшипниках ~10 6 МН/м. По этой причине для повышения жёсткости некоторые гидравлические подшипники, в частности, гидростатические подшипники, конструируют таким образом, чтобы они имели предварительную нагрузку.

• Вследствие принципа своей работы гидравлические подшипники часто имеют значительную демпфирующую способность.

• Гидравлические и пневматические подшипники, как правило, работают тише и создают меньшие вибрации , чем подшипники качения (вследствие более равномерно распределённых сил трения). Например, жёсткие диски , изготовленные с использованием гидравлических (пневматических) подшипников, имеют уровень шума подшипников/двигателей порядка 20-24 дБ , что не намного больше, чем фоновый шум в закрытой комнате. Диски с подшипниками качения как минимум на 4 дБ более шумные.

• Гидравлические подшипники дешевле обычных подшипников при одинаковых нагрузках. Гидравлические и пневматические подшипники достаточно просты по конструкции. В противоположность этому подшипники качения содержат в себе ролики или шарики, имеющие сложную форму и требующие высокой точности изготовления - очень трудно изготовить идеально круглые и гладкие поверхности качения. В механических подшипниках на высоких скоростях вращения поверхности деформируются вследствие центробежной силы, а гидравлические и пневматические подшипники являются самокорректирующимися по отношению к малым отклонениям в форме деталей подшипника.

• Гидростатические и многие пневматические подшипники более сложны и дороги, чем гидродинамические, вследствие наличия насоса .

Недостатки

• В гидродинамических подшипниках обычно рассеивается больше энергии, чем в шарикоподшипниках.

• Рассеивание энергии в подшипниках, а также жёсткость и их демпфирующие свойства очень сильно зависят от температуры, что усложняет разработку подшипников и их работу в широком температурном диапазоне.

• Гидравлические и пневматические подшипники могут внезапно заклинивать или разрушаться в критических ситуациях. Шарикоподшипники чаще выходят из строя постепенно, этот процесс сопровождается появлением слышимых посторонних шумов и люфта.

• Дисбаланс вала и других деталей в гидравлических и пневматических подшипниках больше аналогичного дисбаланса в шарикоподшипниках, что приводит к возникновению более сильной прецессии , ведущей к сокращению срока службы и подшипника и ухудшению его показателей качества [ ] .

• Ещё одним недостатком гидравлических и пневматических подшипников являются утечки жидкости или газа наружу подшипника; удержание жидкости или газа внутри подшипника может представлять значительные трудности. Цапфы гидравлических и пневматических подшипников часто устанавливают по две и по три друг за другом во избежание утечек с одной из сторон. Гидравлические подшипники, в которых используется масло, не применяются в тех случаях, когда утечки масла в окружающую среду недопустимы, или когда их обслуживание экономически нецелесообразно.

Применение гидродинамических подшипников

Гидродинамические подшипники получили наиболее широкое применение в машинах благодаря простоте конструкции, хотя в периоды пуска и остановки, на малых оборотах они работают в условиях граничного смазывания или даже «сухого» трения.

• Один из главных примеров гидродинамического режима трения из повседневной жизни - подшипники коленчатого и распределительного валов двигателя внутреннего сгорания, в которых при его работе за счёт вязкости масла и быстрого вращения вала постоянно удерживается масляный клин. Основной износ вала происходит в момент пуска и остановки двигателя, когда обороты вала недостаточны для поддержания масляного клина и трение переходит в граничное.
• В прецизионных современных станках, работающих при небольших нагрузках, особенно в шлифовальных
• Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных жёстких дисках даёт возможность регулировать скорость вращения шпинделей в широком диапазоне, уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволяя увеличить скорость передачи данных и обеспечить сохранность записанной информации, а также - создать более компактные жёсткие диски (0,8-дюймовые). Однако имеется и ряд недостатков: высокие потери на трение и, как следствие, пониженный коэффициент полезного действия (0,95 … 0,98); необходимость в непрерывной смазке; неравномерный износ подшипника и цапфы; использование для изготовления подшипников дорогих материалов.
• В насосах, например, в циркуляционном насосе реактора РБМК -1000.
• В вентиляторах для охлаждения персонального компьютера. Использование такого вида подшипников позволяет уменьшить шум и повысить эффективность системы охлаждения. Даже на начальном этапе гидродинамический подшипник работает тише, чем подшипник скольжения. После окончания определённого периода эксплуатации он не теряет своих акустических свойств и не становится более шумным, в отличие от других подшипников.

Применение газодинамических подшипников

Примечания

Литература

• Металлорежущие станки: Учебник / В. Э. Пуш, Москва: Машиностроение, 1986.- 564 с

Гидродинамический подшипник является машиностроительным узлом, в котором основная нагрузка приходится на тонкий слой изолирующей смывающей жидкости, нагнетаемой при помощи смазываемого вала в конструкцию. Часто изделие называют гидравлическим.

Современные гидродинамические подшипники применяют в различных прецизионных механизмах, особенно, когда обычные роликовые или шариковые разновидности не удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к ним для обеспечения работы отдельных узлов или конструкций.

К примеру, использование гидравлических элементов позволяет обеспечить минимальную вибрацию, малый при этом устройства обладают длительным сроком службы. Такие виды подшипников в процессе дальнейших усовершенствований и разработок приобретают все большую конкурентоспособность, поскольку себестоимость их производства постоянно снижается.

В отличии от гидростатических изделий, гидродинамический подшипник имеет несколько иной принцип работы. Если в первом случае рабочее производится посредством специального насоса, то в последнем варианте самосмазывание выполняется при вращении рабочего вала. Следует заметить, что сам по себе эффект самосмазывания происходит только при достижении определенных скоростей вращения вала, которые указываются в паспорте изделия.

В противном случае толщина смазки под валом будет недостаточной, что приведет к увеличению а в итоге вызовет преждевременный износ механизма. Таким образом, чтобы исключить данные ситуации, которые часто возникают, например, при запуске и остановке устройства, имеет смысл использование специального пускового насоса, который будет применяться в описанных переходных режимах.

Гидродинамический подшипник имеет ряд достоинств. Во-первых, изделия отличаются надежностью и простотой конструкции.

Обычно в своем устройстве они состоят из внутреннего и внешнего кольца с тороидальной формой, в местах стыков изделия имеют герметичные уплотнения. Благодаря усовершенствованной конструкции, гидродинамический подшипник практически не имеет затрат по эксплуатации (или они минимальны). Механизм характеризуется длительным периодом службы.

При производстве изделий предъявляемые требования к уровню точности намного ниже, чем при изготовлении шариковых или роликовых видов. Уровень шума от гидравлических устройств значительно ниже, чем звук, исходящий от Изделия производят минимальные вибрации. Благодаря конструктивным особенностям, обладают высокой демпфирующей способностью.

К недостаткам изделий можно отнести их высокую чувствительность к неточностям, возникающим при изготовлении валов. Кроме этого, они обладают значительной потерей энергии.

Гидродинамические подшипники нашли применение в компьютерных устройствах. С их помощью работает жесткий диск, а также вентиляторы охлаждения системного блока. Помимо этого, их используют в они приводят в действие элементы

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в упорных и опорных подшипниках с гидродинамическим смазочным слоем для машин и, в частности, для опор прокатных станов, где имеют место высокие окружные скорости и удельные нагрузки. Гидродинамический подшипник содержит карманы, выполненные на одной из рабочих поверхностей, образующих гидродинамический смазочный слой. При этом все карманы размещены только в части или по всей области слоя, где давление по длине слоя увеличивается, а карманы, начиная с подающего, из которого смазка поступает в слой, разделены между собой по длине слоя перегородками, имеющими заостренные вершины, заканчивающиеся уплотняющими кромками. Технический результат - увеличение минимальной толщины смазочного слоя, уменьшение тепловыделения, увеличение несущей способности подшипника, уменьшение износа. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в упорных и опорных подшипниках с гидродинамической (жидкой или газовой) смазкой для различных машин и в частности для опор прокатных станов, где имеют место высокие окружные скорости и удельные нагрузки. Известны устройства упорных и опорных подшипников с гидродинамической смазкой и вязкостным смазочным слоем, работающие по принципу Рейнольдса-Митчела, в которых образующие слой движущаяся и неподвижная рабочие поверхности выполнены гладкими, установлены между собой под некоторым углом, а давление в жидком (газовом) смазочном слое между ними создается благодаря затягиванию смазки в тонкий сужающийся слой клиновидной формы силами вязкости (силами жидкостного трения), создаваемыми движущейся рабочей поверхностью. На слой действуют и силы трения со стороны неподвижной поверхности, но они являются реакцией на движение слоя. При этом движении в слое возникают и силы инерции массы потока смазки, вызванные резким изменением (в том числе и перераспределением по сечению слоя) скоростей этого потока, в основном, под действием сил жидкостного трения со стороны неподвижной рабочей поверхности во входном участке слоя, однако эти силы существенны только у самого входа в слой на его длине (в направлении движения рабочей поверхности) не более 2 мм. Далее по длине слоя быстрых изменений скорости не происходит и существенные силы инерции не возникают. Поэтому в подшипниках, работающих по принципу Рейнольдса-Митчела, силы инерции практически не влияют на образование давления в смазочном слое. Тем более не влияют силы инерции, возникающие за смазочным слоем в его спутном потоке (в затопленной струе) в связи с ускорением вытекающей из слоя жидкости, приторможенной в нем неподвижной рабочей поверхностью. Следовательно, в смазочном слое Рейнольдса- Митчела практически действуют только вязкостные силы и вызванные ими силы гидродинамического давления. Последние раздвигают рабочие поверхности и создают между ними слой смазки определенной толщины. Недостатком подшипников, работающих по принципу Рейнольдса-Митчела, является то, что силы трения, действующие со стороны неподвижной рабочей поверхности в области слоя, где давление по его длине возрастает, непрерывно тормозят смазку при ее движении в слое. Это препятствует поступлению смазки в слой и дальнейшему ее там движению, т.е. уменьшает в нем скорости и расход смазки, что в свою очередь уменьшает минимальную толщину смазочного слоя, повышает его температуру и снижает несущую способность подшипника. Увеличивать угол клина (величину масляного зазора) для уменьшения указанного торможения - нельзя, т.к. любое его увеличение приводит к увеличению боковых утечек смазки из слоя, а увеличение угла клина свыше определенного размера - даже к возникновению у неподвижной рабочей поверхности обратного движения смазки в направлении к подающему карману (углублению в неподвижной рабочей поверхности, откуда смазка подается в слой). Известны устройства упорных (А. Камерон, "Теория смазки в инженерном деле" с. 67, Машгиз, М., 1962) и опорных подшипников, у которых на одной из образующей гидродинамический смазочный слой поверхностей выполнены масляные карманы в виде канавок, например, как у принятого за прототип устройства по авторскому свидетельству СССР N 796508, кл. F 16 С 33/04. В таких устройствах, вследствие увеличения толщины слоя в масляных карманах и уменьшения там по этой причине сил трения со стороны неподвижной рабочей поверхности, поток в карманах ускоряется (и завихряется) подвижной поверхностью, что улучшает смазку на пусковых режимах и при не высоких удельных нагрузках уменьшает выделение тепла. Но инерционные силы в этих устройствах подшипников также не способствуют повышению давления в слое, поскольку там карманы по длине слоя разделены между собой частями неподвижной рабочей поверхности, длина которых много больше длины входных участков, на которых еще существенны силы инерции, и они не в состоянии способствовать преодолению сопротивления протяженного участка слоя между карманами и увеличению расхода, смазки. Следовательно, из-за торможения со стороны этих частей поверхности полностью гасятся силы инерции и ускоренный в карманах поток смазки не сохраняет полученную в предыдущем кармане дополнительную скорость до следующего кармана. Поэтому, занимая полезную площадь рабочей поверхности, где образуется давление, такие карманы при высоких удельных нагрузках снижают рост давления в слое и уменьшают его минимальную толщину. Цель изобретения - увеличение несущей способности, снижение энергозатрат и износа подшипников. Указанная цель достигается тем, что, как и в прототипе, на одной из рабочих поверхностей, образующих гидродинамический смазочный слой, выполнены масляные карманы, не сообщающиеся между собой. Но кроме того, согласно изобретению, все карманы размещены только в части или по всей области слоя, где давление по длине слоя увеличивается, а карманы, - начиная с подающего кармана, из которого смазка поступает в слой, разделены между собой по длине слоя только перегородками, имеющими заостренные вершины, заканчивающиеся уплотняющими кромками. Также, согласно изобретению, размер карманов по ширине слоя больше, чем по длине. Кроме того, по ширине слоя между карманами имеются промежутки. Расстояния по ширине слоя от края рабочей поверхности до карманов возрастают по длине слоя. Размер карманов по длине слоя и величина заглубления уплотняющей кромки увеличиваются тем более, чем ближе расположен данный карман к подающему. Примыкающий к гребню слой смазки в карманах, начиная с подающего кармана, не испытывая в них большого торможения со стороны неподвижной рабочей поверхности, ускоряется движущейся рабочей поверхностью и приобретает дополнительные скорости по всей своей толщине. Далее, этот слой попадает в уплотнительную щель между карманами (между уплотняющей кромкой перегородки и другой рабочей поверхностью). Вследствие малой длины этой щели поток смазки проходит в ней путь меньший, чем длина входного участка, и силы инерции в слое, наиболее существенные именно в начальной части этого участка, преодолевая на этом малом пути силы трения со стороны кромки уплотнительной перегородки и перепад давления между карманами, в значительной степени способствуют сохранению до следующего кармана тех величин дополнительных скоростей по толщине слоя, которые были приобретены в предыдущем кармане. Таким образом обеспечивается увеличение расхода смазки в слое. Вследствие того, что аналогично сужающемуся клину толщины уплотнительных щелей на выходе из карманов меньше, чем на входе - увеличенные расходы смазки при тех же толщинах слоя создают и увеличенные в нем давления, а при той же нагрузке на подшипник - увеличивают толщину слоя. Следовательно, при всех прочих равных условиях, в смазочном слое подшипника согласно изобретению средняя скорость смазки, ее расход и минимальная толщина смазочного слоя (или давление) будут больше, чем в слое Рейнольдса-Митчела и в слое прототипа. Поскольку размер кармана по длине слоя выбирается не более такого, который требуется для восстановления в кармане части скорости потока, потерянной на преодоление сопротивления на пути между карманами в уплотнительной щели, то количество карманов по длине слоя будет оптимально большим, обеспечивающим многократное (многоступенчатое) использование инерционных сил для повышения скоростей смазки в слое. В области слоя, где давление не возрастает (достигло максимума или падает), в связи с отсутствием там карманов неподвижная поверхность максимально тормозит поток смазки, как это и требуется для уменьшения падения давления. Кроме того, расположение карманов вне зоны максимального износа, происходящего в месте минимальной толщины слоя, существенно снижает износ тонких вершин перегородок между карманами. Участки рабочей поверхности между карманами и у краев слоя в области расположения карманов в основном служат уплотнениями, уменьшающими боковые утечки, а образование в слое давления обеспечивается при переходе потока смазки через уплотняющие щели из одного кармана в другой. Поэтому заглубление уплотняющих кромок относительно уровня рабочей поверхности дает возможность образовывать различные толщины слоя в уплотнительных щелях и у рабочих поверхностей и создавать оптимальные их величины как для уменьшения боковых утечек, так и для увеличения расхода смазки. Кроме того, обеспечение увеличения ширины рабочей поверхности у краев слоя, по мере роста давления по его длине, уменьшает боковые утечки. В результате общего влияния указанных конструктивных факторов увеличивается более, чем в 2 раза, минимальная толщина смазочного слоя. Следовательно, во столько же раз уменьшается тепловыделение (энергозатраты) и более, чем в 4 раза возрастает несущая способность подшипника, а также уменьшается его износ. На фиг. 1 изображена в изометрии втулка опорного подшипника с рабочими поверхностями в промежутках, разделяющих карманы по ширине слоя. На фиг. 2 показано поперечное сечение втулки, изображенной на фиг. 1, и сечение вала. На фиг. 3 показано сечение по длине смазочного слоя Рейнольдса-Митчела и распределение скоростей смазки по толщине слоя. На фиг. 4 показано сечение по длине смазочного слоя подшипника согласно изобретению и распределение в нем скоростей по толщине слоя. На фиг. 5 изображена в плане подушка упорного подшипника с переменной шириной рабочей поверхности у краев слоя в области расположения карманов. На фиг. 6 показан разрез по А-А подушки на фиг. 5. На фиг. 7 показан разрез по Б-Б подушки на фиг. 5. На фиг. 8 показан разрез по А-А втулки на фиг. 2. На изображенной на фиг. 1 и 2 втулке 1 опорного подшипника показаны: карманы 2, рабочая поверхность 3 втулки, расположенная в области, где карманы отсутствуют" перегородки 4 между карманами и участки рабочей поверхности 5 и 6, расположенные соответственно по краям втулки и между карманами по ширине втулки, уплотняющие кромки 7, выполненные на заостренных вершинах перегородок 4 и имеющие размер 8 притупления или закругления. Размер карманов по ширине слоя больше, чем по длине, и больше, чем размер по ширине слоя участков рабочей поверхности в промежутках между карманами. На сечении, изображенном на фиг. 2, дополнительно показаны: вал 9, вращающийся с окружной скоростью 10 и имеющий рабочую поверхность 11, образующую с внутренними поверхностями втулки 1 части смазочного слоя 12 и 13 соответственно в области расположения карманов 2 и вне ее, и подающий карман 14. Также показана эпюра 15 распределения давлений в смазочном слое по его длине, угол 16 - центральный угол между местом расположения максимума давления в смазочном слое и перегородкой у подающего кармана и угол 17 - центральный угол, в пределах которого расположены карманы. На фиг. 3 показано сечение по длине смазочного слоя Рейнольдса-Митчела, образованного между неподвижной рабочей поверхностью 18 упорной подушки и движущейся со скоростью 10 рабочей поверхностью 11 упорного подшипника. В слое образуется давление, у которого эпюра 19 распределения аналогична эпюре в слое опорного подшипника без карманов. До точки 20 эпюры 19 давление возрастает, а далее - падает. Перед слоем в пространстве 22 между упорными подушками (или в подающем кармане опорного подшипника), откуда смазка подается в слой, по толщине потока, равной максимальной толщине 23 смазочного слоя, эпюра 24 распределения скоростей имеет прямоугольную или близкую к ней форму. В слое, пройдя его входной участок 25, поток приобретает достаточно установившееся (медленно изменяющееся по длине слоя) распределение скорости по толщине слоя, как это показано на эпюре 26. Такое изменение формы эпюры во входном участке (от 24 до 26) происходит вследствие торможения потока неподвижной рабочей поверхностью 18, что изменяет эпюру до треугольной формы 27, и из-за торможения образующимся в слое давлением, дополнительно изменяющим эпюру до формы вогнутого треугольника 26. Как видно из сравнения эпюр 24 и 26, площадь эпюры 24, а следовательно, и расход смазки перед входом в слой, более, чем в 2 раза превосходит площадь эпюры 26 и расход смазки в слое. Следовательно, поток смазки толщиной 23 не весь входит в слой, а большая часть его расхода, соответствующая разности площадей эпюр скоростей 23 и 26, остается в подающем кармане и уносится циркулирующим там вихрем 21. Далее, при движении потока в слое, форма эпюры его скоростей, медленно изменяясь, приобретает треугольную форму 28 в месте, где давление достигает максимума, и затем в области падения давления в слое - форму выпуклого треугольника 29, в связи с тем, что там давление ускоряет движение потока. Если не учитывать течение в слое по его ширине (боковые утечки), то все площади эпюр 26, 28, 29 и соответствующие расходы смазки - равны. В смазочном слое прототипа (в подшипнике с карманами), при входе потока в слой из каждого кармана, имеет место процесс, аналогичный рассмотренному выше при входе из подающего кармана в смазочный слой. Там, перед входом в смазочный слой распределение скоростей такое же, как в подающем кармане, соответствующее эпюре 24, а в слое между карманами, поскольку длина этого слоя больше длины входного участка, устанавливается распределение скоростей, соответствующее эпюре 26. Таким образом, в прототипе во всех карманах большая часть смазки прилегающего к гребню потока толщиной, равной толщине слоя, также не входит в него, а завихряется и остается в карманах. Недостатком подшипников, работающих по принципу Рейнольдса-Митчела, в том числе и подшипников прототипа, является то, что силы трения, действующие со стороны неподвижной рабочей поверхности в области слоя, где давление по его длине возрастает, непрерывно тормозят смазку при ее движении в слое. Это препятствует поступлению смазки в слой, т.е. уменьшает скорости и расход смазки в слое, что в свою очередь уменьшает минимальную толщину смазочного слоя, повышает его температуру и снижает несущую способность подшипника. Увеличивать угол клина (величину масляного зазора) для уменьшения указанного торможения - нельзя, т.к. любое его увеличение приводит к увеличению боковых утечек смазки из слоя, а увеличение свыше определенного размера - даже к возникновению у неподвижной рабочей поверхности обратного движения смазки в направлении к подающему карману. Что же касается области слоя, где давление не возрастает (достигло максимума или падает), то там торможение со стороны не подвижной рабочей поверхности полезно, т.к. оно снижает не только боковые, но и концевые утечки, препятствует уносу смазки из слоя рабочей поверхностью. На фиг. 4 в развернутом разрезе смазочного слое опорного подшипника согласно изобретению, изображенного на фиг.1 и фиг. 2 (изложенное ниже также справедливо и для упорного подшипника), показаны: втулка 1 опорного подшипника, несообщающиеся между собой карманы 2, которые размещены только в части 12 области слоя, где давление по длине слоя увеличивается. Кроме того, эти карманы, начиная с подающего кармана 14, из которого смазка подается в слой, разделены между собой по длине слоя не участками рабочей поверхности, тормозящими смазку, а только перегородками 4, имеющими заостренные вершины, заканчивающимися уплотняющими кромками 7, выполненными заподлицо с рабочей поверхностью 5 или заглубленными относительно этого уровня на величину 30 так, чтобы на входе смазки в карман толщина щели между уплотняющей кромкой 7 и другой рабочей поверхностью 11 была больше, чем эта толщина на выходе из кармана. Размер масляных карманов 31 и 32 по длине слоя должен быть не меньше величины, при которой поток, вошедший в карман из щели между уплотняющей кромкой и другой рабочей поверхностью 11, приобретает, пройдя карман, среднюю скорость больше 2/3 скорости движущейся рабочей поверхности. Это соответствует эпюре 34. Уплотняющие кромки имеют притупления или закругления размером 8, обеспечивающим минимальное торможение потока благодаря тому, что этот размер выполнен минимальным, не больше 2 мм и меньше величины, при которой средняя по толщине слоя скорость потока в щели уменьшается на выходе из нее до величины не меньше 1/2 скорости движущейся рабочей поверхности. Это соответствует эпюре 33. Размер карманов по длине слоя (расстояние между уплотнительными перегородками) увеличивается от величины 31 до величины 32 у подающего кармана. Величина заглубления уплотняющей кромки увеличивается тем более, чем ближе расположен данный карман к подающему. Там же показаны: рабочая поверхность 3 втулки, расположенная в области 13 слоя, где карманы отсутствуют; плоскость 6, соединяющая уплотняющие кромки и показывающая контур основного ламинарного потока; рабочие поверхности 5, расположенные по краям втулки и между карманами по ширине втулки, могут совпадать с плоскостью 5, как это показано на фиг. 1 и фиг. 2; вал 9, вращающийся с окружной скоростью 10, и имеющий рабочую поверхность 11, образующую с внутренними поверхностями втулки 1 части смазочного слоя 12 и 13. Также показана эпюра 15 распределения давлений в смазочном слое по его длине, где максимум давления расположен в точке, заданной углом 16. Аналогичный вид имел бы и смазочный слой упорного подшипника согласно изобретению. Если карманы с такими перегородками разместить и в области 13, где давление падает, то это также уменьшит торможение потока, но будет способствовать уносу смазки из слоя, а это не целесообразно. Поэтому карманы следует располагать только в той области слоя, где давление по его длине возрастает. Устройство согласно изобретению работает следующим образом. Смазка в подающем кармане, как и в рассмотренном выше слое Рейнольдса-Митчела, ускоряется движущейся рабочей поверхностью 11 и прилегающий к ней поток толщиной 23, равной максимальной толщине смазочного слоя, приобретает дополнительные скорости, как это показано на эпюре 24. При этом процесс передачи кинетической энергии смазке от гребня происходит с максимальной эффективностью, так как слой по всей его толщине 23 приобретает максимально возможную скорость (скорость движущейся поверхности). Далее этот поток попадает в область 12 (где расположены карманы) смазочного слоя, который согласно изобретению представляет из себя клиновой зазор между поверхностью 11 и поверхностью 5, а также плоскостью 6. Затем смазка попадает в карманы 2 и далее в слой области 13, где карманы отсутствуют. В области 12 поток сначала попадает в зазор между уплотняющей кромкой 7 первой перегородки и рабочей поверхностью 11 (зазор между карманами). Вследствие влияния этой кромки, несмотря на малую ее поверхность трения (малую величину 8 ее притупления или закругления), а также из-за перепада давления между первым карманом 2 и подающим карманом 4, изменяются скорости потока таким образом, что эпюра 24 этих скоростей перед уплотняющей кромкой преобразуется в эпюру 33 за уплотняющей кромкой. Как видно из сравнения этих эпюр, в устройстве согласно изобретению неподвижная деталь подшипника (втулка или упорная подушка) также оказывает какое-то сопротивление потоку, но это сопротивление, как видно из сравнения эпюры 33 на фиг. 4 и эпюры 26 на фиг. 3, существенно меньше сопротивления, которое оказывает потоку неподвижная деталь в слое Рейнольдса-Митчела и в слое прототипа, поскольку площадь первой эпюры при той же скорости 10 движущейся рабочей поверхности 11 существенно больше площади второй эпюры. Следовательно, расход смазки, вносимой из подающего кармана 4 в слой подшипника согласно изобретению, существенно (более, чем в два раза) больше, чем у подшипника Рейнольдса-Митчела и у прототипа. Хотя и не весь поток смазки, толщиной 23 входит из подающего кармана в слой, а часть его, соответствующая разности площадей эпюр скоростей 24 и 33, остается в подающем кармане в составе вихря 21. Далее в первом кармане поток, аналогично, как и в подающем кармане, ускоряется и по толщине потока (толщине между плоскостью 6 и поверхностью 11) эпюра скоростей приобретает перед второй перегородкой форму 34. Эта форма не является полным прямоугольником, как форма эпюры 24, вследствие меньших, чем у подающего кармана длины и глубины карманов 2. Эти размеры кармана и особенно его длина должны быть оптимальными, чтобы количество карманов не было очень малым, но и чтобы эпюра 34 скоростей потока приобрела в кармане достаточную полноту с целью накопления им кинетической энергии для преодоления сопротивления следующего зазора между карманами без большой потери расхода. Эта потеря все же имеет место и соответствует разности площадей эпюр скоростей по обе стороны от уплотняющей щели. Смазка, не вошедшая в уплотняющую щель, остается в кармане и циркулирует там в составе вихря, аналогично вихрю 21 в подающем кармане. Увеличение давления в карманах 2 происходит потому, что зазор между уплотняющей кромкой 7 и рабочей поверхностью (толщина уплотняющей щели) на выходе из карманов меньше, чем на входе. Таким образом, увеличение расхода смазки, вносимой движущейся поверхностью, а следовательно, и рост давления в слое согласно изобретению по сравнению со слоями Рейнольдса-Митчела и прототипа происходит в основном по двум причинам: во-первых, размер 7 притупления или закругления уплотняющей кромки выполняется существенно меньшим, чем длина входного участка, поэтому гидравлическое сопротивление уплотняющей щели между карманами будет меньше настолько, что эпюра скоростей потока еще не приобретет установившуюся форму, аналогичную 26 на фиг. 3, и силы инерции помогают преодолевать сопротивление этой уплотняющей щели; во-вторых, размеры карманов по длине слоя 31 и 32 выполняется такими, чтобы поток при его движении в каждом кармане успел приобрести увеличенные скорости по всей толщине указанной щели для преодоления ее сопротивления с максимальным расходом смазки, но эти размеры также должны быть по возможности меньшими для увеличения количества карманов, чтобы процесс ускорения потока в карманах был более многократным на всем протяжении слоя, где давление повышается. Рассмотренный принцип создания давления в смазочном слое согласно изобретению аналогичен принципу образования давления в роторной турбомашине: там в каждой ступени движущимся ротором передается рабочему телу кинетическая энергия, и далее, в неподвижном направляющем аппарате эта энергия преобразуется в энергию давления. Подобно этому процессу, в смазочном слое согласно изобретению в каждом кармане на протяжении его длины движущейся рабочей поверхностью передается потоку смазки кинетическая энергия, и далее, в уплотняющих щелях между карманами эта кинетическая энергия преобразуется в энергию давления в следующем кармане, поскольку в этом зазоре силы инерции потока и силы гидродинамического трения со стороны подвижной поверхности действуют против сил давления, соответствующих перепаду давления между карманами. Участки 5 рабочей поверхности между карманами и у краев слоя в основном служат уплотнениями, уменьшающими боковые утечки, образование в слое давления обеспечивается разностью толщин уплотняющих щелей на входе и выходе из карманов. Поэтому заглубление уплотняющих кромок относительно уровня рабочей поверхности дает возможность образовывать различные толщины слоя в уплотнительных щелях и у рабочих поверхностей и создавать оптимальные их величины как для уменьшения боковых утечек, так и для увеличения расхода смазки. Для чего, толщина смазочного слоя между поверхностями 5 и 11 принимается минимальной, меньшей на величину 30, чем толщины уплотняющих щелей. Такая конструктивная мера снижает боковые утечки, увеличивая при этом количество смазки, перемещаемой движущейся рабочей поверхностью. В области слоя, где давление не возрастает (достигло максимума или падает), в связи с отсутствием там карманов неподвижная поверхность максимально тормозит поток смазки, как это и требуется для уменьшения падения давления. Кроме того, расположение карманов вне зоны максимального износа, происходящего в месте минимальной толщины слоя, существенно снижает износ тонких уплотнительных перегородок между ними. В области расположения карманов ширина рабочей поверхности у краев слоя может возрастать по длине слоя, по мере роста давления в слое, что еще больше уменьшает боковые утечки. На фиг. 5 изображена в плане подушка упорного подшипника, у которой в области расположения карманов ширина рабочей поверхности у краев слоя возрастает по длине слоя. На фиг. 6 и фиг. 7 показаны сечения этой подушки соответственно по АА и по ББ. На этих фигурах показаны: область 12, где расположены карманы 2; область 13 на выходе из слоя, где карманы отсутствуют; эпюра 15 распределения давления по длине слоя; наименьший 35 и наибольший 36 размеры ширины рабочей поверхности у краев слоя; наименьший 37 и наибольший 38 размеры кармана по длине слоя (длина кармана); размер 39 кармана по ширине слоя (ширина кармана), эпюра 40 распределения давления по ширине слоя. На фиг. 8 показано сечение по АА (фиг. 2) по ширине втулки опорного подшипника, у которой кроме участков рабочей поверхности у краев слоя, имеющих размер 41, карманы 2 разделены между собой по ширине слоя участками рабочей поверхности, имеющими размер 42. Там же показана эпюра 43 распределения давления по ширине слоя. Устройство согласно изобретению, изображенное на фиг. 5-8, работает как и показанное на фиг. 4. Дополнительно к изложенному выше следует отметить, что увеличение ширины рабочей поверхности по длине слоя у его краев от размера 35 до размера 36 (фиг. 5) уменьшает величину утечек из слоя, поскольку большая ширина создается в месте возникновения большего давления (см. эпюру 15 на фиг. 6). Кроме того, увеличение размеров карманов по длине слоя от величины 37 до величины 38 (фиг. 6) у подающего кармана обеспечивает оптимальные условия для восстановления в карманах скоростей потока, уменьшенных в уплотняющих щелях на входе в карманы, поскольку, чем больше толщина щели (толще вносимый в карман поток), тем больше необходимо расстояние между уплотняющими щелями для восстановления скоростей потока. Из этого условия, а также учитывая реальные размеры толщин уплотнительных щелей и целесообразность образования, большего количества карманов, размеры карманов 39 (фиг. 7 и фиг. 8) по ширине слоя должны быть больше, чем по длине. Что же касается соотношения между размерами 39 (фиг. 8) карманов и размерами 42 участков рабочей поверхности в промежутках между карманами, то учитывая, что эти участки предназначены только для уменьшения перетекания смазки по ширине слоя из кармана в карман, - размеры 32 должны быть меньше размеров 39. В результате общего влияния указанных конструктивных факторов более, чем в 2 раза увеличивается минимальная толщина смазочного слоя. Следовательно, во столько же раз уменьшается тепловыделение (энергозатраты) и более, чем в 4 раза возрастает несущая способность подшипника, а также уменьшается его износ.

Полезная модель относится к узлам и деталям машин, обеспечивающим нормальную эксплуатацию машин и установок, а именно, к подшипникам скольжения для вращательного движения. Заявленное устройство может быть использовано в шпиндельных опорах шлифовальных станков. Технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является повышение технологичности гидродинамического подшипника, путем упрощения системы регулировки монтажного зазора между подшипником и валом шпинделя станка. Указанная задача решается за счет того, что гидродинамический подшипник, установленный на валу шпинделя станка, содержит два опорных кольца, соединенных штифтами с установленными между ними прокладкой и тремя опорными самоустанавливающимися вкладышами, каждый из которых содержит сферическую опору. При этом на каждом из опорных колец со стороны их соединения выполнена кольцевая фаска, а каждый из трех опорных самоустанавливающихся вкладышей содержит полусферическую канавку. Техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является повышение технологичности гидродинамического подшипника, вследствие особенностей предложенной конструкции самоустанавливающихся вкладышей и упрощения регулировки зазора между опорными кольцами, способом подбора толщины прокладки.

Полезная модель относится к узлам и деталям машин, обеспечивающим нормальную эксплуатацию машин и установок, а именно, к подшипникам скольжения для вращательного движения. Заявленное устройство может быть использовано в шпиндельных опорах шлифовальных станков.

Из уровня техники известна конструкция подшипника качения (а.с. SU 1557382, МПК F16C ЗЗ/38, опубл. 15.04.90, бюл. 14), содержащего внутреннее и наружное кольца, размещенные между ними тела качения и разделяющий их сепаратор в виде торцовых шайб с выступами. Свободное пространство между кольцами заполнено твердосмазочным антифрикционным заполнителем.

Недостатком известной конструкции подшипника качения является его низкая рабочая скорость вращения.

Известен гидродинамический радиальный сегментный подшипник скольжения (а.с. 1516640, МПК F16C 17/24, опубл. 23.10.89, бюл. 39), содержащий установленные на опорных элементах самоустанавливающиеся сегменты, объединенные в замкнутый контур жестко связанными с ними упругими элементами, а также систему контроля и управления нагрузкой, включающую датчик и соединенный с ним усилитель.

Недостатком конструкции гидродинамического подшипника является сложность его эксплуатации, связанная с необходимостью ручной настройки монтажного зазора для каждого из вкладышей. Кроме этого, известный гидродинамический подшипник обладает низкой технологичностью вследствие наличия в его конструкции сложных элементов автоматики.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является повышение технологичности гидродинамического подшипника, путем упрощения системы регулировки монтажного зазора между подшипником и валом шпинделя станка.

Указанная задача решается за счет того, что гидродинамический подшипник, установленный на валу шпинделя станка, содержит два опорных кольца, соединенных штифтами с установленными между ними прокладкой и тремя самоустанавливающимися вкладышами, каждый из которых содержит сферическую опору. При этом на каждом из опорных колец со стороны их соединения выполнена кольцевая фаска, а каждый из трех самоустанавливающихся вкладышей содержит полусферическую канавку.

Техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является повышение технологичности гидродинамического подшипника, вследствие особенностей предложенной конструкции самоустанавливающихся вкладышей и упрощения регулировки зазора между опорными кольцами, способом подбора толщины прокладки.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан гидродинамический подшипник, на фиг. 2 - расположение опорных самоустанавливающихся вкладышей и положение гидродинамического подшипника на шпинделе станка.

Гидродинамический подшипник, установленный на валу шпинделя станка, содержит два опорных кольца 1, соединенных штифтами 2 с установленными между ними прокладкой 3 и тремя самоустанавливающимися вкладышами 4, каждый из которых содержит сферическую опору 5. При этом на каждом из опорных колец со стороны их соединения выполнена кольцевая фаска 6, а каждый из трех самоустанавливающихся вкладышей содержит полусферическую канавку 7.

В каждом из трех самоустанавливающихся вкладышей 4 подшипника выполнены радиусные канавки на глубину h 1 и h 3 , соответственно, что необходимо для шлифования полусферических канавок 7 и обеспечения точной установки сферических опор 5 диаметром D C в самоустанавливающиеся вкладыши на глубину h 2 . Паз радиусом R выполнен в опорных кольцах для закрепления сферических опор 5, и предотвращения их перемещения вдоль фасок в опорных кольцах 1.

Отверстие диаметром d 1 в сферических опорах предназначено для того, чтобы обеспечить полное их погружение в масляную прослойку и исключить взаимное трение колец и вкладышей. Сферические опоры фиксируются двумя опорными кольцами, наружный диаметр которых равен D 1 , а внутренний - D 2 . Между опорными кольцами устанавливается прокладка 3, регулирующая диаметральный зазор на величину . Упомянутые выше конструктивные элементы подшипника соединяют в единый сборочный узел с помощью штифтов 2, диаметром D 3 и длиной L, равной ширине подшипника. Установка штифтов выполняется в отверстия, центр которых находится на расстоянии D Ш от центра подшипника, и на расстоянии t в поперечном сечении от края самоустанавливающегося вкладыша (фиг. 2).

Подшипник устанавливается на вал шпинделя 8, при этом требуемый монтажный зазор определяет расстояние H от верхней точки сферической опоры до вала шпинделя станка, (фиг. 1).

Гидродинамический подшипник работает следующим образом.

Предварительно проводят регулировку требуемой величины диаметрального зазора между опорными кольцами 1 с помощью подбора толщины прокладки 3.

Далее выполняют настройку монтажного зазора между валом шпинделя 8 и самоустанавливающимися вкладышами 4. Настройку осуществляют на валу, диаметр которого равен диаметру вала шпинделя. При помощи прокладки 3 между опорными кольцами 1 осуществляют сдвиг, перемещающий сферические опоры 5 вверх или вниз, в зависимости от требуемой величины монтажного зазора. Предварительная настройка монтажного зазора необходима вследствие сложности его регулировки непосредственно на валу шпинделя станка.