ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к опорным подшипниковым узлам скольжения, и может быть использована в узлах трения машин и механизмов, например, в верхней опоре передней подвести автомобилей семейства ВАЗ.
Известен опорный подшипник скольжения, содержащий два противоположных опорных кольца, воспринимающих внешнюю нагрузку, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку (RU №183796, F16C 17/04, F16C 33/04, опубл. 02.10.2018, бюл. №28). Рабочие поверхности опорных колец и антифрикционная прокладка имеют тороидальную форму, расположены аксиально относительно оси подшипника, радиус профиля выпуклой рабочей поверхности одного из опорных колец выполнен меньше радиуса вогнутого профиля рабочей части другого опорного кольца на толщину антифрикционной прокладки, а высота профиля вогнутой рабочей части опорного кольца составляет десятую часть радиуса опорного кольца.
Недостатком данной конструкции является то, что вследствие неточности изготовления рабочих поверхностей деталей подшипника между ними образуются зазоры, через которые из рабочей зоны вытекает смазка, а в рабочую зону попадают влага и загрязнения. Это увеличивает износ рабочих поверхностей подшипника, существенно снижает надежность и долговечность подшипника.
Известен опорный подшипник скольжения, содержащий верхнее и нижнее опорные кольца, воспринимающих внешнюю нагрузку, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку, профиль рабочих поверхностей опорных колец очерчен прямыми линиями, расположенными под тупым углом, между опорными кольцами и антифрикционной прокладкой находится смазка (RU №191208, F16C 17/04, F16C 33/02, опубл. 29.07.2019, бюл. №22). По центру рабочих поверхностей выполнена кольцевая масляная канавка, заполненная смазкой
Недостатком данной конструкции является то, что вогнутость профиля дорожек скольжения направлена в сторону верхнего кольца, в результате чего в процессе транспортировки подшипника до места назначения из рабочей зоны подшипника может вытекать смазка, что снижает надежность подшипника.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является опорный подшипник скольжения, содержащий два противоположных опорных кольца, воспринимающих внешнюю нагрузку, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку, профиль рабочих поверхностей опорных колец очерчен прямыми линиями, его вогнутость направлена в сторону нижнего опорного кольца, а по центру рабочих поверхностей выполнена кольцевая канавка (патент на полезную модель №197349-прототип).
Недостатком этой конструкции является то, что под действием колебания внешней нагрузки на подшипник и деформации нижнего и верхнего колец возникает неуправляемый процесс, состоящий в том, что изменяется объем масляных канавок, и часть смазки при повышенной нагрузке может выдавиться из рабочей зоны, а при уменьшении нагрузки в рабочей зоне может возникать разряжение, что снижает нагрузочную способность и надежность работы подшипника.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы подшипника при возможных колебаниях внешней нагрузки.
Техническим результатом является обеспечение компенсации возможного изменения объема масляной канавки верхнего кольца за счет деформации антифрикционной прокладки и предотвращение ее разрушению.
Поставленная задача решается тем, что в опорном подшипнике скольжения, содержащем верхнее и нижнее опорные кольца, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку, профиль рабочих поверхностей опорных колец очерчен прямыми линиями, его вогнутость направлена в сторону нижнего опорного кольца, а по центру рабочих поверхностей выполнена кольцевая канавка, на рабочей поверхности нижнего кольца имеется риска, обеспечивающая разгерметизацию кольцевой канавки нижнего кольца, а глубина кольцевой канавки нижнего кольца ограничена величиной максимально возможной упругой деформацией антифрикционной прокладки, возникающей под действием давления смазки в масляной кольцевой канавки верхнего кольца.
Так как глубину кольцевой канавки нижнего кольца ограничивают величиной максимально возможной упругой деформацией антифрикционной прокладки, возникающей под действием давления смазки в масляной кольцевой канавки верхнего кольца, а на рабочей поверхности нижнего кольца нанесена риска, обеспечивающая разгерметизацию кольцевой канавки нижнего кольца, то при высокой нагрузке на подшипник и повышении давления масла в масляной канавке верхнего кольца антифрикционная прокладка деформируется в сторону нижнего кольца и компенсирует уменьшение объема кольцевой канавки верхнего кольца. Разрушение антифрикционной прокладки при чрезмерной нагрузке на подшипник предотвращается ограниченной глубиной канавки нижнего кольца, к которой она прижимается при возникающих в ней напряжений, близких к пределу текучести материала антифрикционной прокладки. Тем самым предотвращается разрушение антифрикционной прокладки и утечка масла из масляной канавки верхнего кольца при чрезмерной нагрузке на подшипник, что повышает надежность работы подшипника.
Сущность технического решения поясняется рисунком, на котором изображено поперечное сечение левой половины опорного подшипника.
На фигуре используются следующие обозначения:
1 - верхнее опорное кольцо подшипника;
2 - нижнее опорное кольцо подшипника;
3 - антифрикционная прокладка;
4 - масляные канавки на верхнем кольце;
5 - круговая канавка на нижнем кольце;
6 - разгерметизирующая риска.
n
v
Опорный подшипник скольжения содержит верхнее опорное кольцо 1, нижнее опорное кольцо 2, изготовленные из стеклонаполненного полиамида, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку 3, изготовленную из фторопластового материала, например Ф4, обладающего низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. Рабочие поверхности опорных колец 1 и 2 и антифрикционная прокладка 3 расположены аксиально относительно оси подшипника и имеют профиль, вогнутый в сторону нижнего кольца, в виде двух пересекающихся прямых. Причем угол профиля дорожки скольжения нижнего кольца α меньше угла профиля дорожки скольжения верхнего кольца α на величину от 0,5 до 3 градусов. По центру профиля дорожки скольжения верхнего опорного кольца 1 выполнена масляная канавка 4 глубиной h и шириной b. По центру профиля дорожки скольжения нижнего опорного кольца 2 выполнена масляная канавка 5 глубиной δ<b и шириной b. Глубина δ масляной канавки нижнего кольца определяется экспериментально из условия максимально допустимой деформации антифрикционной прокладки 3 в зоне расположений масляных канавок, при которой в ней возникает напряжение растяжения, близкое к пределу текучести материала прокладки. На рабочей поверхности верхнего 1 и нижнего 2 колец и в масляных канавках 4 и 5 находится пластичная смазка. На рабочей поверхности нижнего кольца 2 имеется риска 6, обеспечивающая разгерметизацию кольцевой канавки нижнего кольца.
n
v
Опорный подшипник скольжения работает следующим образом. Подшипник нагружают осевой силой Р и радиальной силой R, а одному из опорных колец, например, верхнему кольцу 1, придают вращение или качание вокруг оси подшипника (не показано). Так как углы профиля дорожек скольжения колец 1 и 2 разные и α<α, то под действием внешней осевой нагрузки Р рабочие поверхности опорных колец 1 и 2 и поверхности антифрикционной кольцевой прокладки 3 плотно прилегают друг к другу по краям профиля. А в виду того, что разница в углах профиля рабочих поверхностей колец невелика, то под действием контактных напряжений кромки антифрикционной прокладки 3, а также дорожек скольжения верхнего 1 и нижнего колец 2 упруго деформируется, в результате чего дорожки скольжения плотно прилегают к антифрикционной прокладке. Поэтому смазка в масляной канавке верхнего кольца находится под давлением в герметичной замкнутом объеме и воспринимает на себя часть внешней нагрузки. Это обеспечивает снижение момента трения в подшипнике.
Однако в процессе работы подшипника на него обычно действует неравномерная, в том числе ударная нагрузка. Под действие повышенной нагрузки верхнее 1 и нижнее 2 кольца деформируются, вызывая уменьшение глубины, а, следовательно, объема масляных канавок. Но так как при этом давление смазки в масляной канавке 5 нижнего кольца 2 благодаря разгерметизизирующей риски 6 не увеличивается, а давление смазки в масляной канавке 4 верхнего кольца 1 будет возрастать, то антифрикционная прокладка 3 в зоне расположения масляных канавок 4 и 5 будет деформироваться в сторону нижнего кольца. Тем самым компенсируется уменьшение объема масляной канавки 4 верхнего кольца и предотвращается выдавливание масла из закрытой полости верхнего кольца. Когда внешняя нагрузка уменьшится и придет в норму, то антифрикционная прокладка 3 в зоне расположения масляных канавок возвратится в исходное положение, предотвращая возникновение разряжения в масляной канавке верхнего кольца и сохраняя в ней требуемое давление.
Антифрикционная прокладка 3 в зоне расположения масляных канавок 4 и 5 при работе подшипника всегда будет находиться под напряжением со стороны смазки верхнего кольца и будет упруго деформироваться тем больше, чем выше внешняя нагрузка. Но при возникновении чрезмерной внешней нагрузке нижняя масляная канавка глубиной δ ограничит ее деформацию и предотвратит разрушение, сохранив работоспособность подшипника. Тем самым обеспечивается компенсация изменения объема масляной канавки верхнего кольца за счет деформации антифрикционной прокладки и предотвращение ее разрушению, что обеспечивает решение поставленной задачи повышение надежности работы подшипника.
v
v
Пример. Рассмотрим конструкцию подшипника 1118-2902840, используемого в верхней опоре передней подвести автомобилей семейства ВА3-Калина, Приора, Гранта и других. Верхний и нижний опорные кольца изготовили из стеклонаполненного полиамида ПА6. Между кольцами установили кольцевую прокладку, изготовленную из фторопласта Ф4. Профили рабочих поверхностей колец подшипника выполнены в виде двух прямых, пересекающихся под углом α=170° у верхнего опорного кольца и под углом α=169° у нижнего опорного кольца. Габаритные размеры подшипника: отверстие d=61 мм, наружный монтажный диаметр D=88 мм, высота H=12 мм. Рабочая осевая нагрузка на подшипник составляет Р=3420 Н, рабочая радиальная нагрузка на подшипник равна R=450 Н.
Испытания показали, что при ширине масляных канавок b=2 мм, глубине масляной канавки верхнего кольца a=2 мм, и глубине масляной канавки нижнего кольца δ=0,8 мм подшипник сохраняет работоспособность при многократном повышении внешней осевой нагрузки до 10500 Н.
Таким образом, предложенная конструкция опорного подшипника обеспечивает его надежную работу при колебаниях внешней нагрузки.