ПОДШИПНИК

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в производстве подшипников.
Известны многочисленные конструкции подшипников, содержащие кольца, тела качения и сепаратор [Спришевский А.И. Подшипники качения. М.: «Машиностроение», 1968. 632 с.].
Недостатком данных конструкций является повышенный расход материала и высокая трудоемкость изготовления.
Известна также конструкция подшипника [патент RU на изобретение №2087763], содержащего внутреннее металлическое кольцо и наружное кольцо, выполненного из литейного материала, например полиамида, заключенного 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 также 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 [патент RU на изобретение №2391568]. Металлические кольца сформированы путем навивки из малоразмерного металлического проката. Металлический прокат используют в термоупрочненном хрупкопластическом состоянии, перед укладкой витков осуществляют его пластический изгиб. Витки уложены с натяжением, вызывающим напряжения растяжения, близкие к пределу упругости материала проката.
Недостатком данной конструкции является высокая трудоемкость изготовления и необходимость использования специального малоразмерного металлического проката, что затрудняет производство подшипника.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков является подшипник, содержащий кольца, пространство между которыми заполнено твердым антифрикционным твердосмазочным материалом [авторское свидетельство SU №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 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.
Задачей полезной модели является снижение трудоемкости изготовления подшипника при повышении его стойкости к ударным нагрузкам и вибрациям.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемой конструкции подшипника, содержащей кольца, пространство между которыми заполнено твердым антифрикционным твердосмазочным материалом, кольца подшипника имеют концентрично расположенные кольцевые канавки прямоугольного профиля, между кольцами в канавках установлена вставная деталь цилиндрической формы, изготовленная из антифрикционного твердосмазочного материала, а боковые зазоры вставной делали с канавками колец установлены в пределах допуска на соосность колец подшипника.
Другим отличием является то, что в качестве материала вставной детали используется фторопласт или полиуретан с антифрикционным наполнителем.
Техническим результатом является устранение необходимости термообработки, затрат времени на отверждение наполнителя и наличия сложного устройства для вращения кольца и монолитного блока в процессе отверждения и снижение чувствительности к ударным нагрузками и вибрациям.
Так как детали из фторопласта и полиуретана просты в изготовлении, а при сборке подшипника достаточно просто вставить эту деталь между кольцами, то это существенно снижает трудоемкость изготовления подшипника. А так как контакт вставной детали с кольцами подшипника не является точечным, то это уменьшает чувствительность подшипника к ударным нагрузкам и вибрации. Концентрично расположенные кольцевые канавки в кольцах подшипника обеспечивают совпадение осей колец, что важно для обеспечения нормальной работы подшипника.
Сущность полезной модели поясняется рисунком, где показан вариант конструкции упорного подшипника качения.
На рисунке использованы следующие обозначения:
1 - верхнее кольцо;
2 - нижнее кольцо;
3 - вставная деталь.
Подшипник состоит из верхнего кольца 1, нижнего кольца 2 и вставной детали 3. Верхнее кольцо 1 и нижнее кольцо 2 выполнены из стеклонаполненого полиамида, что обеспечивает высокую прочность колец. Вставная деталь 3 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, в которых размещена вставная деталь 3. Между боковыми поверхностями канавок колец 1 и 2 и вставной деталью 3 имеется зазор для предотвращения излишнего трения.
Работает подшипник следующим образом. На подшипник действует рабочая осевая нагрузка Р, а одному из колец придается вращение. Внешняя нагрузка воспринимается вставной деталью 3. Так как вставная деталь изготовлена из антифрикционного твердосмазочного материала с малым коэффициентом трения - 0,05 и ниже, то при вращении подшипника обеспечивается малый момент сопротивления вращению. Вследствие того, что кольцевые канавки колец 1 и 2 расположены концентрично, то установленная в них вставная деталь 3 обеспечивает совмещение осей колец подшипника с точностью, не превышающей величины зазора между боковыми стенками канавок и вставной деталью 3.
с
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. Внутри кожухов заделаны металлические кольца, имеющие дорожки качения, между которыми установлены шарики. Габаритные размеры подшипника: отверстие d=62 мм, наружный монтажный диаметр D=80 мм, высота H=12±0,25 мм. Рабочая нагрузка на подшипник составляет P=3500 Н. Статическая грузоподъемность подшипника С=9500 Н. Недостатком этих подшипников является высокая чувствительность к ударным нагрузкам и вибрациям, которые неизбежно возникают при движении автомобиля.
s
ν
ν
Для предотвращения чувствительности к ударным нагрузкам и вибрациям в подшипник вместо шариков устанавливаем вставную деталь, выполненную из графитонаполненного фторопласта марки АФГМ. Коэффициент трения этого материала по стеклонаполненному полиамиду ƒ=0,02-0,04. Механические свойства АФГМ: модуль упругости при сжатии Е=100 МПа, прочность при сжатии σ=26 МПа. Нормальный температурный режим работы: от -186 до +180°С. Размер вставной детали: внутренний диаметр d=75 мм, наружный диаметр D=80 мм, высота h=8 мм. Вставная деталь с такими размерами вполне размещается в подшипнике вместо шариков. Для установки вставной детали в пластмассовых кожухах выполняем концентрично расположенные канавки таких размеров, чтобы по боковым поверхностям канавки имели зазоры с вставной деталью не более 0,05 мм, и чтобы обеспечивалась заданная высота подшипника.
Определим эксплуатационные параметры подшипника. Величина сжатия вставной детали под рабочей нагрузкой равна
где S - площадь поперечного сечения вставной детали, равная .
Подставляя эти значения параметров в формулу (1), получим
Δh=8⋅3500/(1178⋅100)=0,2 мм.
Это вполне укладывается в допуск 0,5 мм по высоте подшипника.
Вставная деталь может выдержать следующую нагрузку, в том числе ударную
max
s
P=S⋅σ=1178⋅26=30628 Н.
Это почти в десять раз превышает рабочую нагрузку, более чем в 3 раза требуемую статическую грузоподъемность, и, следовательно, по этой причине подшипник никогда не выйдет из строя. При отсутствии точечного контакта подшипнику не страшны и вибрации.
Тем самым решается задача уменьшения трудоемкости изготовления подшипника, снижения чувствительности к ударным нагрузкам и вибрациям.