ПОДШИПНИК СО СФЕРИЧЕСКИМИ УПОРНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в узлах с вертикальными и горизонтальными валами, периодически нагружаемыми осевыми силами значительной величины.
Известны конструкции упорных подшипников с полной сферой в узлах с вертикальными валами, включающие пяту с вогнутой сферической поверхностью, шаровый подпятник и осевую опору с вогнутой сферической поверхностью. Выполнение вогнутых сферических поверхностей пяты и опоры с радиусом, превышающим на небольшую величину радиус сферы, обеспечивает высокую несущую способность упорного подшипника [1]. Однако жесткая установка пяты в отверстие вала, а осевой опоры - в отверстие корпуса снижает работоспособность устройства при радиальных и угловых смещениях сферической поверхности пяты относительно рабочей поверхности осевой опоры. С целью устранения этого недостатка в конструкцию подшипника вводятся самоцентрирующие менисковые шайбы [1]. Это, в свою очередь, усложняет конструкцию упорного устройства, затрудняет введение и удержание смазочного материала в зонах трения сферических поверхностей. В узлах с горизонтальными валами появление осевого зазора при изменении положения оси вала под нагрузкой приводит к радиальному смещению менисковых шайб. Это нарушает взаимодействие сферических поверхностей упорного устройства. В совокупности указанные конструктивные недостатки снижают работоспособность упорного подшипника в узлах как с вертикальными, так и с горизонтальными валами.
Известно устройство подшипника со сферическими упорными поверхностями, содержащее пяту с конусом, размещенным в центровом отверстии вала, регулировочную шайбу, сферический подпятник и осевую опору с подпружиненным упором, взаимодействующим с подпятником [2]. Изменение положения вала под нагрузкой сопровождается радиальными и угловыми смещениями торцовой поверхности вала. Наличие зазора между коническими поверхностями пяты и центрового отверстия вала, определяемого значениями величин этих смещений и получаемого путем изменения толщины регулировочной шайбы, обеспечивает самоцентрирование сферической поверхности пяты. Это способствует повышению долговечности упорного подшипника в узлах с горизонтальными валами.
Вместе с этим следует отметить, что в контактирующих сферических поверхностях осевого упора при их относительном скольжении на площадках с высокими местными температурами и давлением происходит разрушение смазочной пленки с наступлением адгезии обнажившихся поверхностей и даже схватывание металлов на микроучастках. Это вызывает дополнительное сопротивление вращательному движению вала.
Цель полезной модели - снижение энергозатрат в подшипнике со сферическими упорными поверхностями.
В предлагаемом устройстве подшипника, содержащем пяту с конусом, размещенным в центровом отверстии вала, регулировочную шайбу, сферический подпятник и осевую опору с подпружиненным упором, взаимодействующим с подпятником, сферический подпятник выполняют составным из двух полусфер с радиусными канавками на торцовых поверхностях полусфер, в канавках в сепараторе размещают сферические тела качения (шарики), геометрические центры которых находятся в плоскости, проходящей через центр сферического подпятника и перпендикулярной оси вала, при этом радиальное положение торцовой поверхности полусферы, контактирующей с пятой, обеспечивает цилиндрический штифт, установленный неподвижно в конусе пяты по оси вала и с зазором в отверстии полусферы подпятника.
На фиг.1 изображен поперечный разрез предлагаемого устройства подшипника.
Подшипник со сферическими упорными поверхностями содержит пяту 1, подпятник в виде полусфер 2 и 3, осевую опору 4, корпус 5 осевой опоры, вал 6. Пята 1 выполнена с конусом 7, между торцовыми поверхностями пяты 7 и вала 6 размещена регулировочная шайба 8. На цилиндрической поверхности опоры 4 установлен подпружиненный упор 9. На торцовых поверхностях полусфер 2 и 3 выполнены радиусные канавки 10 и 11, в канавках в сепараторе 12 размещены сферические тела качения (шарики) 13. Штифт 14, установленный неподвижно в пяту 1 и с зазором в полусферу 2 подпятника, обеспечивает радиальное расположение шариков 13 в составном подпятнике.
При сборке подшипника требуемый зазор S между коническими поверхностями пяты 1 и центрового отверстия вала 6 устанавливают с помощью регулировочной шайбы 8. При установке осевой опоры подпружиненный упор 9 поджимает составной подпятник (полусферы 2 и 3 и ряд шариков 13 в сепараторе 12) к сферической поверхности пяты 1, при этом штифт 14 обеспечивает центрирование составного подпятника по оси вала 6.
Подшипник со сферическими упорными поверхностями работает следующим образом. Вращение вала 6 силами трения скольжения передается торцовыми поверхностям регулировочной шайбы 8 и сферическим поверхностям пяты 7 и полусферы 2, затем телам качения - шарикам 13. Трение качения в смазываемой среде снижает сопротивление вращению вала. Втулка 15 с упругим элементом герметизирует зону качения шариков и предотвращает попадание внешних твердых частиц в зону трения качения. В случае заклинивания шариков, например, продуктами изнашивания пар трения скольжения подшипника, составной подпятник может работать как целое сферическое тело.
Под воздействием осевой нагрузки на вал 6 пята 1 подшипника упирается в сферическую поверхность полусферы 2, затем нагрузка передается шарикам 13, полусфере 3 и далее усилие воспринимает сферическая поверхность опоры 4 и ее корпус 5. При угловых смещениях вала 6 под действием изгибающей нагрузки сборный подпятник поворачивается вокруг геометрического центра и обеспечивает равномерное распределение осевого усилия на шарики 13, размещенные в канавках полусфер. Самоцентрирование сферической поверхности пяты 1 обеспечивается наличием зазора S между коническими поверхностями пяты и центрового отверстия вала 6. Таким образом, введение тел качения в сферический подпятник с сохранением его геометрического центра позволяет путем замены трения скольжения в сферических поверхностях на трение качения снизить энергопотребление в подшипнике с сохранением его нагруженности за счет самоустанавливаемости полусфер и равномерного распределения осевого усилия на тела качения в подпятнике.
Список использованных источников
1. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие [Текст]. В 2-х кн. Кн. 2. Под ред. П.Н.Усачева / П.И.Орлов. М.: Машиностроение, 1988. С.385-386.
2. Пат.82011 Российская Федерация, МПК F16C 17/04. Подшипник со сферическими упорными поверхностями / А.В.Бородин, Ю.А.Иванова; заявитель и патентообладатель ОмГУПС.- №2008145684/22; заявл. 19.11.2008; опубл. 10.04.2009. Бюл. №10. - 6 с.: ил.