УЗЕЛ ТРЕНИЯ С ПОДШИПНИКОМ ИЗ ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
UNIT OF FRICTION WITH BEARING FROM PRESSED WOOD

Изобретение относится к тяжелому машиностроению и может быть использовано в опорах скольжения, испытывающих большие радиальные статические и динамические нагрузки, а также незначительные осевые смещения и нагрузки взамен самоустанавливающихся подшипников катков, колес, роликов балансиров перемещения металлоконструкций: кран-балок, консольно-козловых, козловых и башенных кранов, а также большегрузных тележек.
Известны конические роликоподшипники, изготовляемые по ГОСТ 5721-75 и по ТУ 24-1-173-70, устанавливаемые в узлах трения канатов, катков тележек и роликов балансиров перемещения грузов по рельсам. Они имеют следующие недостатки:
- сложность конструкции и высокая стоимость (более чем на один порядок по сравнению со стоимостью подшипников из модифицированной древесины);
- высокая металлоемкость и энергоемкость изготовления подшипника, необходимость установки сальников, исключающих возможность попадания в подшипник абразива (песка, цемента, окалины и др.);
- значительное снижение надежности и работоспособности при эксплуатации в условиях переменных температур (от -60°С до +100°С).
Известны узлы трения с подшипниками в виде двухслойных деревокаркасных втулок из прессованной древесины (ДП) марки ДП-КР (а.с. SU 1110952, F16C 33/18, 1982), и металлокаркасных втулки марки ДМ-МКТ (а.с. SU 926397, F16, 33/12, 1979), содержащие деревянную контурную или металлическую обойму и секторную втулку, запрессованную внутрь деревянного или металлического каркаса (обойму). Дерево- или металлокаркасные втулки успешно работают как направляющие при возвратно-поступательном трении при небольших радиальных нагрузках и скоростях скольжения.
Основными недостатками известных секторных втулок из ДП являются отсутствие надежных устойчивых бортовых кромок, по которым происходит трение с вращательно-осевыми перемещениями и нагрузками. Осевые перемещения и динамические нагрузки приводят к увеличению износа бортов и их разрушению.
Известны также безбортовые подшипники с трением скольжения по сферической поверхности (патент США №5219231, 1993 г.), которые содержат вал с жестко закрепленной на нем втулкой и металлическую обойму, причем трение скольжения происходит по поверхности сферической формы, описанной из центра тяжести втулки вдоль ее длины по наружной поверхности (втулка имеет выпуклую бочкообразную форму поверхности трения), что обеспечивает восприятие не только больших радиальных нагрузок, но и небольших осевых перемещений и угловых отклонений осей вала и подшипника за счет безбортового трения по сферическим поверхностям. Втулка выполнена в виде двух полуколец из изотропного материала. Это коренным образом отличает ее по устройству от предлагаемой нами секторной втулки, выполненной из ДП с учетом ее анизотропии, что позволяет значительно увеличить несущую способность и долговечность узла трения в целом.
Наиболее близким аналогом является известный радиально-осевой подшипник из модифицированной древесины, содержащий вал (ось) колеса с жестко закрепленной на нем секторной втулкой со сферической выпуклой по длине наружной поверхностью трения, и наружную металлическую обойму, закрепленную в корпусе узла трения с внутренней вогнутой вовнутрь охватывающей втулку поверхностью трения (патент РФ №2222724 C2, F16C 17/10 33/18, 2004). Основными недостатками радиально-осевых подшипников из модифицированной древесины являются следующие: наружная металлическая обойма с внутренней вогнутой поверхностью трения выполнена в виде двух полуколец, соединенных и центрированных друг против друга штифтами, что увеличивает трудоемкость обработки поверхности трения и не исключает возможности перекоса; для компенсации релаксации внутренних напряжений, возникающих в прессованной древесине, предусмотрена поджимная гайка, наворачиваемая на вал, что усложняет конструкцию узла трения; в конструкции не учтена закономерность изменения механических свойств ДП при изменении температуры, что уменьшает надежность и работоспособность узлов трения при различных температурных условиях эксплуатации; секторная втулка недостаточно надежно закреплена на валу (оси) и при более высоких значениях радиальных нагрузок возможно ее проскальзывание.
Изобретение решает задачу увеличения надежности при различных температурных условиях эксплуатации и упрощения конструкции узла трения в целом.
Технический результат состоит в повышении прочности и надежности узлов трения с подшипниками из ДП путем стабилизации механических свойств при различных температурных условиях эксплуатации; в увеличении надежности крепления секторной фигурной втулки из ДП на валу (оси).
Для решения поставленной задачи в узле трения с подшипником из прессованной древесины в виде обратной пары трения, содержащем вал (ось), на котором жестко закреплена внутренняя металлическая обойма с секторной втулкой из прессованной древесины с наружной поверхностью трения, и наружную металлическую обойму, закрепленную в корпусе узла трения с вогнутой поверхностью трения, согласно изобретению секторная втулка из прессованной древесины с радиальным расположением волокон, имеющая наружную сферическую поверхность трения, зажата с двух боковых сторон с предварительным усилием в поперечном сечении компенсирующими кольцами, выполненными из материала, имеющего большой коэффициент температурного расширения (например, этилен, поливинилхлорид, полиэтилен), а металлическая наружная обойма, установленная с возможностью вращения и охватывающая втулку, имеет вогнутую сферическую поверхность трения, закреплена в корпусе узла трения с помощью болтового или другого разъемного соединения, а также с помощью посадки с натягом. Для обеспечения сборки и разборки узла трения внутренняя металлическая обойма выполнена в виде полуобоймы и бокового кольца, соединенных гайкой.
На чертеже показан узел трения с подшипником из ДП в сборе. Узел трения состоит из вала (оси) 1, на который посажена с натягом металлическая внутренняя обойма, состоящая из внутренней полуобоймы 2 и бокового кольца 3. Внутренняя полуобойма 2 имеет метрическую резьбу, на которую наворачивается гайка 4, служащая для крепления бокового кольца 3 к внутренней полуобойме 2 и зажатия секторной втулки из ДП 5 с предварительным усилием в поперечном направлении.
Металлическая наружная обойма 6 (обратная пара трения) с вогнутой сферической поверхностью трения устанавливается в корпусе узла трения различными способами, т.е. она может быть закреплена с помощью болтового или другого разъемного соединения, а также с помощью посадки с натягом.
Внутренняя поверхность трения наружной обоймы подшипника имеет вогнутую внутрь форму, описанную вдоль оси вала тем же радиусом, что и поверхность трения секторной втулки из ДП. Радиус описываемой сферической поверхности трения металлической наружной обоймы равен по величине расстоянию от центра тяжести втулки до левой или правой начальных точек поверхности трения.
С двух сторон к секторной втулке из ДП примыкают компенсирующие кольца 7, которые выполнены из материала, имеющего большой коэффициент температурного расширения (этилен, поливинилиденфторид, полиэтилен).
Сборка узла трения производится следующим образом. Секторная втулка из ДП 5 вставляется (впрессовывается) в наружную металлическую обойму 6, затем устанавливается одно компенсирующее кольцо 7 и во втулку внутренняя полуобойма 2. С другой стороны втулки 5 устанавливается второе компенсирующее кольцо 7 и с помощью гайки 4 крепится боковое кольцо 3. Гайка 4 затягивается с определенным усилием, позволяющим надежно зажать секторную втулку из ДП.
После сборки подшипника внутренняя металлическая обойма крепится на вал (ось) с помощью посадки с натягом, а наружная металлическая обойма - в корпус узла трения способом, предусмотренным конструкцией узла трения. При сборке поверхность трения секторной втулки из ДП смазывается солидолом.
Узел трения работает следующим образом. Вместе с валом 1, получающим принудительное вращение, вращается закрепленная на нем внутренняя металлическая обойма с зажатой в ней секторной втулкой из ДП 5, в результате чего происходит трение скольжения наружной торцевой поверхности втулки из ДП о наружную металлическую обойму 6. Поверхность трения имеет форму сферического кольца с закруглением вдоль оси вала (вдоль подшипника) радиусом, равным расстоянию от оси вала до поверхности трения.
Во время работы узла трения температура повышается, в результате чего компенсирующие кольца расширяются и сдавливают секторную втулку из ДП. При увеличении давления на секторную втулку твердость и упругость ДП возрастает, тем самым поддерживая механические свойства ДП, так как при нагреве твердость и упругость ДП уменьшаются. Наоборот, при уменьшении температуры узла трения компенсирующие кольца сужаются и уменьшают давление на секторную втулку из ДП, тем самым уменьшается твердость и упругость ДП. Так как при уменьшении температуры механические свойства ДП увеличиваются, твердость и упругость ДП поддерживаются на заданном значении.
Отклонение от соосности вала (оси) и узла трения компенсируется боковыми перемещениями в подшипнике за счет закругления вдоль оси поверхности трения.
Стоимость подшипника из ДП на порядок ниже стоимости серийно выпускаемых самоустанавливающихся роликовых металлических подшипников. При этом их долговечность при работе на самосмазке при нагрузках менее 10 МПа может превышать долговечность роликовых подшипников.