Скоростная камневая опора скольжения закрытого типа для осей приборов

Скоростная камневая опора скольжения закрытого типа для осей приборов

Реферат

 

Изобретение относится к точному приборостроению, в частности к опорным узлам приборов, и может найти применение для радиально-упорной опоры закрытого типа с жидкой смазкой для подвижных систем приборов, вращающихся с угловой скоростью до 100000 об/мин и выше. Техническим результатом предложения является повышение радиальной устойчивости подвижного узла прибора и ресурса работы. Технический результат достигается тем, что скоростная камневая опора скольжения закрытого типа, содержащая запрессованные в оправу сквозной камень и накладной элемент со сферической выемкой, цилиндрическую цапфу со сферической пятой, проходящую через отверстие сквозного камня, и заполненные смазочным маслом капиллярные зазоры, образованные между поверхностью цилиндрической цапфы и соответствующими поверхностями камня и накладного элемента, снабжена элементом для охвата цапфы, установленным соосно со сквозным камнем, цилиндрическая цапфа проходит соосно через отверстие элемента для охвата цапфы, диаметр и длина отверстия которого больше диаметра и длины отверстия сквозного камня. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к точному приборостроению, в частности к опорным узлам приборов, и может найти применение для радиально-упорной опоры закрытого типа с жидкой смазкой для подвижных систем приборов, вращающихся с угловой скоростью до 100000 об/мин и выше.

Известна камневая опора скольжения закрытого типа с осевым натягом, содержащая сквозной камень, запрессованный в оправу, цилиндрическую цапфу со сферической пятой и накладной элемент со сферической выемкой на рабочем торце, контактирующей со сферической пятой цапфы [1].

Также известна камневая опора скольжения закрытого типа для осей приборов [2] , содержащая запрессованные в оправу сквозной камень и накладной элемент со сферической выемкой на рабочем торце и цилиндрическую цапфу со сферической пятой, проходящую через отверстие сквозного камня, заполненные смазочным маслом капиллярные зазоры, образованных между поверхностью цилиндрической цапфы и соответствующими поверхностями камней и накладного элемента.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа.

В известных камневых опорах сквозной камень и накладной элемент (подпятник) изготавливаются, например, из корунда, рубина, лейкосапфира, твердых сплавов, керамики, агата и т.п., цапфа - из твердых сплавов. Подвижный узел прибора на таких опорах работает с радиальным зазором, а осевая контактная пара может работать как с осевым зазором, так и с осевым натягом. Режим трения в таких опорах с жидким смазочным маслом - контактно-гидродинамический ввиду использования специфических высокотвердых материалов, малых размеров опоры и больших контактных давлений.

При эксплуатации таких опор, например, при работе с осевым натягом может быть обеспечена высокая стабильность центра масс (осевая стабильность) в осевом направлении, но в радиальном направлении она недостаточна.

Известно, что область возникновения и существования вибраций зависит от множества факторов. Например, на интенсивность и характер вибрации вала влияют уравновешенность системы, жесткость вала, жесткость подшипников, их симметричность, конструктивные особенности, вид нагрузки и частота ее приложения.

Для классической конструкции опоры, содержащей вал, масляный слой и подшипник, радиальная устойчивость зависит, в первую очередь, от таких параметров как относительный эксцентриситет, рабочая поверхность охвата подшипником цапфы, величина радиального зазора, нагрузка, скорость вращения, вязкость смазочного материала. Варьируя этими параметрами, можно регулировать радиальную устойчивость.

Эффективным методом для уменьшения вибраций и обеспечения стабильности положения вращения, в частности, при малых эксцентриситетах и малых нагрузках является выполнение спиральных канавок на одной из поверхностей.

Работа таких подшипников основывается на том, что при вращении поверхности с канавками относительно поверхности без канавок масло нагнетается за счет "насосного эффекта" канавок в зазор подшипника.

Это насосное действие может быть направлено к центру опоры или от него в зависимости от направления вращения и наклона канавок. В опоре с цилиндрической цапфой канавки имеют винтовую форму, что обеспечивает подвод смазочного масла и удаление продуктов износа из зоны трения.

Техническим результатом заявленного предложения является повышение радиальной устойчивости подвижного узла прибора, а также увеличение ресурса работы.

Технический результат достигается тем, что в скоростную камневую опору скольжения, содержащую запрессованные в оправу сквозной камень и накладной элемент со сферической выемкой на рабочем торце, цилиндрическую цапфу со сферической пятой, проходящую через отверстие сквозного камня, и заполненные смазочным маслом капиллярные зазоры, образованные между поверхностью цилиндрической цапфы и соответствующими поверхностями камня и накладного элемента, введен элемент для охвата цапфы, установленный соосно со сквозным камнем, цилиндрическая цапфа проходит через отверстие элемента для охвата цапфы, диаметр и длина которого больше диаметра и длины отверстия сквозного камня.

На цилиндрической поверхности цапфы в месте размещения элемента для охвата цапфы выполнены спиральные канавки с возможностью подвода смазочного масла в зону трения и с возможностью удаления продуктов износа.

Кроме того, на сферической поверхности цилиндрической цапфы выполнена кольцевая проточка для стабилизации вращения.

Предложение будет более понятно из приведенных ниже чертежей.

На фиг.1 представлена скоростная камневая опора скольжения в предпочтительном варианте реализации; на фиг.2 - сечение А-А цилиндрической цапфы на фиг. 1; на фиг.3 и 4 - варианты систем смазки предложенной опоры; на фиг.5 и 6 - варианты выполнения цилиндрической цапфы и расположения элемента для охвата цапфы предложенной опоры.

Камневая опора скольжения содержит оправу 1, в которую запрессованы сквозной камень 2 с цилиндрическим или оливированным отверстием 3, с рабочей поверхностью 4₁ сквозного камня 2, соосно с которым установлен элемент 5 для охвата цапфы с отверстием 6, и рабочей поверхностью 4₂. Радиальный зазор 7₁ между цилиндрической цапфой 8 и отверстием 3 сквозного камня 2 выбирают, исходя из заданной точности центрирования. Радиальный зазор 7₂ между цапфой 8 и отверстием 6 элемента для охвата цапфы больше, чем радиальный зазор 7₁.

Накладной элемент 9 (камень) служит для восприятия осевых нагрузок и контактирует со сферической пятой 10 цапфы 8, которая проходит через отверстия 3 и 6 соответственно сквозного камня 2 и элемента 5. Для создания гидродинамической подъемной силы на рабочем торце 11 накладного камня 9 выполнена сферическая выемка 12, радиус которой выбирают, исходя из конкретных условий работы опоры. Кольцевая проточка 13 на рабочем торце 11 накладного камня 9 предназначена для размещения смазочного масла как дополнительный резервуар. Смазочное масло размещено в опоре в капиллярных зазорах соответственно 14₁ - между рабочим торцем накладного камня 9 и одним рабочим торцем элемента для охвата цапфы, 14₂ - между другим рабочим торцем последнего и рабочим торцем сквозного камня 2, 14₃ - между цилиндрической поверхностью цапфы 8 и отверстием 3 сквозного камня 2 и 14₃ - между цилиндрической поверхностью цапфы 8 и отверстием 6 элемента 5. Эти капиллярные зазоры являются сообщающейся системой. Чтобы обеспечить подвод масла в зону трения (14₃ и 14₄) торцы деталей, формирующих капиллярные зазоры (14₁) могут иметь криволинейный контур.

В одном из вариантов выполнения систем смазки (фиг.3) оба рабочих торца элемента для охвата цапфы выполнены плоскими. В этом случае рабочий торец накладного элемента 9 выполнен в форме конической поверхности 15, угол конусности которой выбирается, исходя из условия обеспечения равновесия масла в капиллярной системе с учетом поверхностных и центробежных сил, действующих на масло (фиг.3).

В варианте выполнения системы смазки на фиг.4 оба рабочих торца элемента для охвата цапфы выполнены сферическими.

На фиг. 5 и 6 приведены варианты выполнения поверхности цилиндрической цапфы 8, на которой выполнены спиральные канавки 16. На фиг.5 посредством канавок 16, выполненных на цилиндрической поверхности цапфы в месте размещения, например, элемента для охвата цапфы 5 масло циркулирует и нагнетается в капиллярный зазор 14₁, повышая осевую грузоподъемность контактной пары, и через радиальную проточку 17 в оправе 1 и капиллярный зазор 14₂ в рабочий зазор 14₃.

На фиг. 6 показано нанесение спиральных канавок 16 на цилиндрическую поверхность средней части цапфы 8 в месте размещения элемента для охвата цапфы 5 для варианта установления сквозного камня 2 между накладным элементом 9 и элементом 5. Масло нагнетается непосредственно в рабочий зазор 14₃ и далее с продуктами износа, если такие появятся, выносится в проточки 17 через каналы 18.

Проточки 17 и каналы 18 изготавливаются в оправе 1. Спиральные канавки 16 в поперечном сечении могут быть различной формы - прямоугольной, треугольной, криволинейной. Существуют оптимальные значения глубины канавок, угла ее наклона, отношения между шириной канавки и глубиной, при которых обеспечивается максимальная грузоподъемность и устойчивость и минимальная утечка масла.

Выполненное на торцевой поверхности накладного элемента 9 углубление в форме конической поверхности 19 предназначено для снижения контактных давлений в осевой паре за счет замены точечного контакта на линейный по форме окружности основания конуса. Выполнение кольцевой проточки 20 на сферической пяте цилиндрической цапфы 8 приводит к стабилизации рабочего положения вращающейся части прибора (фиг.2).

В соответствии с предложенной конструкцией опоры были изготовлены элементы для охвата цапфы, рабочая площадь охвата цапфы которых на порядок больше рабочей площади охвата сквозного камня, а радиальный зазор в 3-5 раз больше, чем у рабочего сквозного камня. Это позволило увеличить не менее, чем в два раза маслоемкость опоры, что значительно повышает ресурс работы прибора. Установка элемента для охвата цапфы не приводит к увеличению момента трения, так как его радиальный зазор между цапфой больше, чем в первом рабочем сквозном камне. При этом виброактивность опоры, уровень шума и амплитуда вибраций снизилась. Элемент для охвата цапфы может быть выполнен не только из минералов, но из любого твердого и износостойкого материала, например твердых сплавов.

Предложенная конструкция не имеет ограничений на место установки сквозного камня и элемента для охвата цапфы, сквозной камень может быть установлен и между накладным элементом и элементом для охвата цапфы, при этом процесс циркуляции смазочного масла в капиллярных зазорах будет аналогичным описанному выше.

Формула изобретения

1. Скоростная камневая опора скольжения закрытого типа для осей приборов, содержащая запрессованные в оправу сквозной камень и накладной элемент со сферической выемкой на рабочем торце, цилиндрическую цапфу со сферической пятой, проходящую через отверстие сквозного камня, и заполненные смазочным маслом капиллярные зазоры, образованные между поверхностью цилиндрической цапфы и соответствующими поверхностями камня и накладного элемента, отличающаяся тем, что опора снабжена элементом для охвата цилиндрической цапфы, установленными соосно со сквозным камнем, цилиндрическая цапфа проходит через отверстие элемента для охвата цилиндрической цапфы, диаметр и длина отверстия которого больше диаметра и длины отверстия сквозного камня.

2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что на цилиндрической поверхности цапфы в месте размещения элемента для охвата цилиндрической цапфы выполнены спиральные канавки с возможностью подвода смазочного масла в зону трения и удаления продуктов износа.

3. Опора по п.1, отличающаяся тем, что на сферической пяте цилиндрической цапфы выполнена кольцевая проточка для стабилизации вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6