ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИК

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к производству подшипников.
Известна конструкция подшипника [RU №2087763], содержащего внутреннее металлическое кольцо и наружное кольцо, выполненное из литейного материала, например, полиамида, заключенное в тонкостенную металлическую оболочку, имеющую монтажные размеры.
Недостатком данной конструкции является повышенный расход материала, высокая трудоемкость изготовления внутреннего кольца и недостаточно высокая прочность рабочей поверхности наружного кольца.
Известна конструкция подшипника, состоящего из пластмассовых колец, имеющих кольцевые канавки, в которых заделаны металлические кольца, металлические кольца имеют дорожки качения, а между дорожками качения размещены шарики [RU №2391568]. Металлические кольца сформированы путем навивки из малоразмерного металлического проката, металлический прокат используют в термоупрочненном хрупкопластическом состоянии, перед укладкой витков осуществляют его пластический изгиб, укладку витков осуществляют с натяжением, вызывающем напряжения растяжения, близкие к пределу упругости материала проката, после или в процессе навивки формируемую деталь подвергают раскатке с обеспечением необходимой плотности волокон, заданной формы и размеров детали.
Недостатком данной конструкции является высокая трудоемкость изготовления и необходимость использования специального малоразмерного металлического проката, что затрудняет производство подшипника.
Известна конструкция подшипника, содержащего кольца, пространство между которыми заполнено твердым антифрикционным твердосмазочным материалом [RU №1442733]. В качестве антифрикционного твердосмазочного материала используется АФЗ-3, который после заполнения пространства между колец подвергается термообработке и отверждению при вращении одного из колец и монолитного блока.
Недостатком данной конструкции подшипника является необходимость выполнения сложной процедуры заливки антифрикционного материала между кольцами и последующей энергоемкой термообработки и необходимость вращения кольца и монолитного блока в процессе отверждения наполнителя, что требует больших затрат времени и усложняет производство подшипника. Другим недостатком подшипника является то, что материал АФЗ-3 является хрупким, он очень чувствителен к ударным нагрузкам и вибрациям, что снижает качество подшипника. Точечный характер контакта дорожек качения с шариками также делает подшипник чувствительным к ударным нагрузкам, а под действием вибраций механизма, в котором установлен подшипник, возникает эффект ложного бринелирования, что приводит к преждевременному разрушению подшипника.
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности признаков к заявляемому является опорный подшипник, содержащий пластмассовые кольца, имеющие концентрично расположенные кольцевые канавки, в которых между кольцами установлена вставная кольцевая деталь, выполненная из антифрикционного твердосмазочного материала [RU №2016140362 13.10.2016]. Кольцевые канавки верхнего и нижнего колец имеют прямоугольный профиль, вставная кольцевая деталь имеет цилиндрическую форму, а боковые зазоры вставной делали с канавками колец установлены в пределах допуска на соосность колец подшипника.
Недостатком данной конструкции является наличие радиального люфта в подшипнике на величину зазора между вставной деталью и канавками колец подшипника, что приводит к повышению трудоемкости изготовления подшипника за счет необходимости повышения точности сопрягаемых деталей, и к снижению качества работы подшипника из-за возможности возникновения вибраций в процессе работы подшипника, наличия несоосности колец и возможности появления трения между нерабочими частями колец подшипников.
Задачей изобретения является снижение трудоемкости изготовления подшипника и повышение его качества.
Техническим результатом является устранение радиального люфта в подшипнике и обеспечение соосности его колец.
Поставленная задача достигается тем, что в известной конструкции опорного подшипника, содержащего кольца, имеющие концентрично расположенные кольцевые канавки, в которых между кольцами установлена вставная кольцевая деталь, выполненная из антифрикционного твердосмазочного материала, по дну профиля кольцевых канавок колец и по краям профиля вставной кольцевой детали выполнены закругления с обеспечением их плотного прилегания в местах их сопряжения под рабочей нагрузкой, а радиус закругления равен r=(0,5-0,65)⋅b, где b - ширина профиля вставной кольцевой детали, мм.
Так как по дну профиля кольцевых канавок колец и по краям профиля вставной кольцевой детали выполнены закругления с обеспечением их плотного прилегания в местах их сопряжения под рабочей нагрузкой, то это предотвращает осевой люфт в подшипнике, обеспечивает соосность колец, повышает виброустойчивость и в целом качество подшипника. При радиусе округления равном ширине профиля вставной кольцевой детали обеспечивается наиболее благоприятное условия для центрирования колец. При радиусе меньшим этой величины условия центрирования нарушается, а при радиусе большим 0,65 ширины кольцевой вставки глубина профиля сопрягаемых канавок существенно уменьшается, что также отражается неблагоприятно на возможности центрирования колец. Так как изготовление закруглений по дну профиля канавок колец и по краям профиля вставной детали не представляет никакой технологической трудности и позволяет увеличить допуск на боковые зазоры между сопрягаемыми деталями, то это обеспечивает снижение трудоемкости изготовления подшипника.
Сущность изобретения поясняется рисунком, где на фиг. 1 показан вариант конструкции опорного подшипника.
На рисунке использованы следующие обозначения:
1 - верхнее кольцо;
2 - нижнее кольцо;
3 - кольцевая канавка верхнего кольца;
4 - кольцевая канавка нижнего кольца;
5 - вставная кольцевая деталь.
Подшипник состоит из верхнего кольца 1, нижнего кольца 2 и вставной кольцевой детали 5. Верхнее кольцо 1 и нижнее кольцо 2 выполнены из стеклонаполненого полиамида, что обеспечивает высокую прочность колец. Вставная кольцевая деталь 5 выполнена из антифрикционного материала типа фторопласта или полиуретана с наполнителями, которые обладают низким коэффициентом трения. Кольца 1 и 2 во внутренней части имеют концентрично расположенные кольцевые канавки 3 и 4, в которых размещена вставная кольцевая деталь 5, а также лабиринтные канавки на внутренней части и на периферии для защиты от пыли и загрязнений и замок на внутренней части для предотвращения непроизвольного разъема колец подшипника. Между боковыми поверхностями канавок колец 1 и 2 и вставной кольцевой деталью 5 имеется зазор для предотвращения излишнего трения между вставной кольцевой деталью 5 и канавками 3 и 4 колец 1 и 2.
Особенностью конструкции подшипника является то, что профиль дна канавок 3 и 4 колец 1 и 2 выполнен в виде вогнутой дуги окружности радиусом r, а профиль вставной детали 5 по краям выполнен в виде выпуклой дуги окружности с радиусом r, равным радиусу профиля дна канавок. Величина радиуса используется равной r=(0,54÷0,65)⋅b, где b - ширина профиля вставной кольцевой детали 5. При r<0,5b по краям дуги окружности профиля получаются буртики, которые мешают взаимодействию вставной детали и колец. При r>0,656 глубина кругового профиля деталей существенно снижается, что снижает устойчивость их сопряжения при наличии вибраций подшипника или под действием внешней радиальной нагрузки.
Работает подшипник следующим образом. На подшипник действует рабочая осевая нагрузка Р и радиальная нагрузка R, а одному из колец придается вращение или качательные движения. Внешняя нагрузка воспринимается вставной кольцевой деталью 5, которая своим выпуклым боковым поверхностями контактирует с вогнутой донной частью канавок 3 и 4. Плотное прилегание сопрягаемых поверхностей канавок 3 и 4 колец 1 и 2 и вставной кольцевой детали 5 под нагрузкой обеспечивает соосность колец 1 и 2, в подшипнике выбираются не только осевой, но и радиальный зазоры. За счет этого повышается жесткость подшипника, устраняется возможность трения колец своими лабиринтными частями и замковой частью, устраняется возможность вибраций. Кроме того, такой подшипник способен успешно воспринимать не только осевую, но и радиальную нагрузку. Все это повышает качество подшипника. К тому же снижается трудоемкость и затраты при изготовлении деталей, так как при этом резко снижаются требования к величине допуска на боковой зазор между канавками 3 и 4 и вставной кольцевой деталью 5, который обычно получают путем введения дополнительной операции механической обработки. Вогнутая форма дна канавок 3 и 4 автоматически получается на стадии отливки колец 1 и 2, а выпуклая форма боковых поверхностей вставной кольцевой детали 5 получается автоматичски при ее формировании и не требует дополнительной механической обработки.
Так как вставная кольцевая деталь изготовлена из антифрикционного твердосмазочного материала, имеющим малый коэффициентом трения - 0,05-0,1 и ниже, то при вращении подшипника обеспечивается малый момент сопротивления вращению.
Пример. Рассмотрим конструкцию подшипника 1118-2902840, используемого в верхней опоре передней подвести автомобилей семейства ВАЗ-Калина, Приора, Гранта. В настоящее время эти подшипники имеют верхний и нижний кожухи, изготавливаемые из стеклонаполненного полиамида. Габаритные размеры подшипника: отверстие d=62 мм, наружный монтажный диаметр D=80 мм, высота Н=12±0,25 мм. Рабочая осевая нагрузка на подшипник составляет Р=3760 Н, радиальная нагрузка составляет R=446 Н.
ν
ν
Вставную деталь выполнили из фторопласта Ф4. Коэффициент трения этого материала по стеклонаполненному полиамиду ƒ=0,10-0,08. Размер вставной детали: внутренний диаметр d=70 мм, наружный диаметр D=80 мм, высота h=8 мм.
ν
ν
Радиус округления профиля боковых поверхностей вставной кольцевой детали и профиля дна определяем из условия r=(0,54÷0,65)⋅b, где b=0,5(D-d)=5 мм. Тогда r=2,54÷3,25 мм. Приняли r=3±0,2 мм. Допуск на величину бокового зазора между боковыми поверхностями канавок и вставной деталью устанавливали равным 0,1-0,4 мм. Указанные допуски обеспечивались в процессе формирования деталей подшипника и не требовали дополнительной механической обработки. Под действием внешней нагрузки сопрягаемые поверхности, за счет упругих свойств, плотно прилегли друг к другу, компенсируя возможные погрешности их изготовления.
Но за счет криволинейного контакта сопрягаемых поверхностей деталей надежно обеспечивалась соосность колец подшипника, отсутствие зазоров, высокая жесткость подшипника. При испытании подшипников отсутствовала вибрация, подтвердилась высокая долговечность подшипника, которая составляла более 3,5 млн. циклов нагружения, что соответствует 100000 км пробега автомобиля по неровной дороге.
Тем самым решается задача уменьшения трудоемкости изготовления подшипника и повышения его качества.