ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к подшипниковым узлам, используемым в механизмах, работающих в условиях абразивного износа и при наличии агрессивных сред, например, роликах транспортеров сыпучих материалов, роликах рольгангов станов горячей прокатки, и т.п.
Известен подшипниковый узел, содержащий корпус, в котором на валу установлен подшипник и резиновое уплотнение (Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. - М.: Машиностроение, 1988. - С.443.
Данный подшипниковый узел имеет низкую стойкость при работе в условиях абразивного износа и при наличии агрессивных сред. Из-за низкой коррозионной стойкости вала, приводящей к быстрому выходу из строя резинового уплотнения при контакте с агрессивными средами, нарушается герметизация подшипникового узла. В процессе дальнейшей эксплуатации абразивные частицы попадают в подшипниковый узел, что приводит к интенсивному износу поверхности вала и выходу из строя всего подшипникового узла.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является подшипниковый узел, содержащий корпус, в котором на валу установлены подшипник и уплотнение, выполненное из антифрикционного полимерного материала, при этом на поверхность вала из углеродсодержащего сплава в месте контакта с уплотнением нанесено двухслойное покрытие с внутренним слоем из медьсодержащего материала толщиной, не превышающей допуска на диаметр вала и наружным слоем из антифрикционного полимерного материала, а уплотнение выполнено в виде набранных в пакет по меньшей мере трех разрезных сегментных колец трапецеидального поперечного сечения со
скошенным наружным основанием, установленных с образованием наружной конусной поверхности уплотнения, размещенного с возможностью контакта с внутренней поверхностью кольцевой полости, образованной корпусом, гайкой и пластиной, поджатой тарельчатой пружиной, и ориентированного меньшим торцом в сторону тарельчатой пружины (RU, №24712 U1, кл. F 16 С 33/06, опубл. 20.08.2002 г.).
Признаки наиболее близкого аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели: корпус, в котором на валу установлены подшипник и уплотнение из антифрикционного полимерного материала, а на поверхность вала в месте контакта с уплотнением нанесено двухслойное покрытие с внутренним слоем из медьсодержащего материала и наружным слоем из антифрикционного полимерного материала.
Известный подшипниковый узел обладает невысокой стойкостью при использовании его в механизмах, работающих в условиях абразивного износа и при наличии агрессивных сред, обусловленной низкой плотностью контакта вала и уплотнения. Это вызвано тем, что при выполнении уплотнения и наружного слоя покрытия из разных антифрикционных полимерных материалов, отличающихся различной стойкостью к минеральным и органическим кислотам, щелочам и другим агрессивным средам снижается газопроницаемость уплотнения, приводящая к нарушению плотности контакта вала и уплотнения. При этом значительно повышается коэффициент трения пары, приводящий к увеличению зазора и проникновению абразивных частиц в подшипниковый узел, снижая его стойкость. Выполнение уплотнения и наружного слоя покрытия из антифрикционных полимерных материалов, величина коэффициента трения которых зависит от температуры, также не обеспечивает стабильную плотность контакта вала и уплотнения в процессе эксплуатации и способствует проникновению агрессивных сред и абразивных частиц в подшипниковый узел, снижая его срок службы.
Кроме того, низкая плотность контакта вала и уплотнения в известном подшипниковом узле обусловлена нерегламентированной толщиной внутреннего
слоя покрытия. Так, выполнение внутреннего слоя покрытия толщиной, менее высоты максимальных выступов микрорельефа поверхности вала не обеспечивает полное заполнение неровностей поверхности вала медьсодержащим материалом, что не позволяет осуществить нанесение равномерного наружного слоя. Это приводит к тому, что в процессе эксплуатации при высоких удельных контактных нагрузках нарушается наружный слой покрытия, ухудшающий плотность контакта вала и уплотнения, что приводит к повреждению внутреннего слоя покрытия и, как следствие, к интенсивному износу и выходу из строя подшипникового узла. Выполнение внутреннего слоя покрытия значительной толщины приводит к его отслоению при высоких удельных контактных нагрузках, нарушению геометрии уплотнения и преждевременному выходу из строя подшипникового узла.
Задачей предлагаемой полезной модели является усовершенствование подшипникового узла, в котором за счет высокой плотности контакта вала и уплотнения повышается стойкость подшипникового узла, работающего в условиях абразивного износа и при наличии агрессивных сред, что приводит к повышению срока службы.
Поставленная задача решается тем, что в подшипниковом узле, содержащем корпус, в котором в котором на валу установлены подшипник и уплотнение, выполненное из антифрикционного полимерного материала, а на поверхность вала в месте контакта с уплотнением нанесено двухслойное покрытие с внутренним слоем из медьсодержащего материала и наружным слоем из антифрикционного полимерного материала, по полезной модели в качестве антифрикционного полимерного материала уплотнения и наружного слоя покрытия взят политетрафторэтилен, при этом внутренний слой покрытия выполнен толщиной, равной по меньшей мере высоте максимальных выступов микрорельефа поверхности вала, а внутренний и наружный слои покрытия выполнены суммарной толщиной, обеспечивающей возможность посадки уплотнения на вал с натягом.
Выполнение уплотнения и наружного слоя покрытия из одного материала - политетрафторэтилена, характеризующегося высокой стойкостью ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам и другим агрессивным средам обуславливает высокую плотность контакта вала и уплотнения. Кроме того, политетрафторэтилен обладает низким коэффициентом трения, равным 0,1, величина которого не зависит от температуры, что обеспечивает стабильную плотность контакта вала и уплотнения в процессе эксплуатации в условиях абразивного износа и при наличии агрессивных сред, повышая срок службы подшипникового узла.
Выполнение внутреннего слоя покрытия толщиной, равной по меньшей мере высоте максимальных выступов микрорельефа поверхности вала обеспечивает заполнение неровностей поверхности вала медьсодержащим материалом, уменьшая шероховатость и улучшая чистоту поверхности, что позволяет осуществить нанесение равномерного наружного слоя заданной толщины, Скрытие медьсодержащим слоем шероховатостей вала при высоких удельных контактных нагрузках предотвращает нарушение ими наружного слоя, обеспечивая высокую плотность контакта вала и уплотнения, что приводит к повышению стойкости подшипникового узла, работающего в условиях абразивного износа и при наличии агрессивных сред.
Выполнение внутреннего и наружного слоев покрытия суммарной толщиной, обеспечивающей возможность посадки уплотнения на вал с натягом, за счет условного предела упругости материала наружного слоя и уплотнения при сжатии, составляющего около 0,02%, и низкого коэффициента трения, обеспечивает длительную работу подшипникового узла с натягом, тем самым повышая стойкость подшипникового узла.
На рисунке изображен предлагаемый подшипниковый узел, общий вид. Подшипниковый узел содержит корпус 1, в котором на стальном валу 2 установлены подшипник 3 и уплотнение 4, выполненное из антифрикционного полимерного материала - политетрафторэтилена. На поверхность вала 2 в месте контакта с уплотнением нанесено двухслойное покрытие, внутренний слой
которого выполнен из медьсодержащего материала, а наружный слой 6 выполнен из антифрикционного полимерного материала - политетрафторэтилена. Для того, чтобы уменьшить до минимума износ уплотнения, внутренний слой 5 покрытия выполнен толщиной, равной по меньшей мере высоте максимальных выступов микрорельефа поверхности вала 2. Внутренний и наружный слои 5 и 6 покрытия выполнены суммарной толщиной, обеспечивающей возможность посадки уплотнения на вал с натягом, при этом уплотнение 4 контактирует с наружным слоем 6 покрытия.
Подшипниковый узел работает следующим образом.
При эксплуатации подшипникового узла в механизмах, работающих в условиях абразивного износа и при наличии агрессивных сред, установленный в корпусе 1 подшипник 3 на валу 2 с нанесенным двухслойным покрытием практически герметизируется уплотнением 4, установленным с натягом на вал 2.
При вращении вала 2 за счет посадки уплотнения 4 с натягом, наружный слой 6 подвергается упругой деформации со стороны уплотнения 4, которое передается на внутренний слой 5 из медьсодержащего материала и вал 2. Выполнение внутреннего слоя 5 покрытия толщиной, равной по меньшей мере высоте максимальных выступов микрорельефа поверхности вала обеспечивает заполнение неровностей поверхности вала медьсодержащим материалом, уменьшая шероховатость и улучшая чистоту поверхности, что позволяет осуществить нанесение равномерного наружного слоя заданной толщины. Политетрафторэтилен наружного слоя 6 покрытия заполняет впадины микрорельефа поверхности внутреннего слоя 4 покрытия, обеспечивая тем самым высокую плотность контакта вала 2 с уплотнением 4. Предлагаемая толщина внутреннего слоя покрытия 5 обеспечивает достаточную его адгезию с валом 2, которая препятствует отслоению слоя 5. Поскольку вал 2 плотно прижимается наружным слоем 6 покрытия из политетрафторэтилена к внутренней поверхности уплотнения 4 за счет посадки уплотнения на вал с натягом, обеспечивается высокая плотность контакта при работе подшипникового узла в течение длительного времени. Уплотнение 4, выполненное из того же материала, что и
наружный слой 6 имеют минимальный коэффициент трения, равный 0,01-0,05, что обеспечивает длительную работу с натягом, повышая стойкость подшипникового узла.
Выполнение внутреннего слоя 5 из медьсодержащего материала обеспечивает максимальное сцепление наружного слоя 6 с поверхностью уплотнения 4, предотвращая отслаивание наружного слоя 6 при работе подшипникового узла.
Физико-механические свойства политетрафторэтилена, из которого выполнены наружный слой 6 и уплотнение 4 обеспечивают высокую плотность контакта вала 2 и уплотнения 4 в течение длительного времени, что позволяет защитить подшипниковый узел от воздействия абразивных микрочастиц и агрессивных сред и таким образом повысить срок службы подшипникового узла.
Экспериментальные исследования по заявляемой полезной модели проводили в углеподготовительном цехе на подшипниковых узлах несущих роликов транспортера сыпучих материалов. Основной причиной выхода из строя подшипниковых узлов роликов данного транспортера является заклинивание подшипников в результате попадания в них абразивных частиц и воздействия агрессивных сред.
В ходе эксперимента на одной секции, состоящей из пяти роликов, были использованы подшипниковые узлы по заявляемой полезной модели, а на других секциях, работающие в тех же условиях, - подшипниковые узлы по ближайшему аналогу.
Сравнительный анализ работы исследуемых подшипниковых узлов показал, что стойкость предлагаемых подшипниковых узлов в 3-3,5 раза выше, чем стойкость подшипниковых узлов по ближайшему аналогу.
Использование предлагаемого подшипникового узла в условиях абразивного износа и при наличии агрессивных сред позволяет существенно повысить плотность контакта уплотнения и вала, что, в свою очередь, предотвращает попадание абразивных частиц в подшипниковый узел и, соответственно, позволяет значительно повысить срок службы устройства.