НЕРЕВЕРСИВНЫЙ РАДИАЛЬНЫЙ ПОДШИПНИК ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использовано в металлургической, строительной, горно-рудной промышленностях для обеспечения надежной и долговечной работы оборудования (насосов, воздуходувок, компрессоров и т.д.) при значительных снижениях затрат на изготовление и эксплуатацию машин.
Известен радиальный подшипник жидкостного трения [1, стр. 228-231] широко используемый в прокатном производстве. Основные детали подшипника - стальная втулка-цапфа с зеркальной рабочей поверхностью шероховатостью 18-45 мкм и втулка-вкладыш, залитая баббитом Б83, подвергнутая алмазной расточке и доводке с окончательной шероховатостью не выше 0,8 мкм.
Недостатком данного подшипника являются высокие требования к точности изготовления с применением высокоточного станочного оборудования, что ведет к значительным затратам при изготовлении. При работе данного подшипника образуется один масляный клин, который способствует разделению поверхностей трения, поэтому подшипник плохо переносит резкие перегрузки, неустановившийся и повторно-кратковременный режимы работы.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сегментный радиальный подшипник [2, стр. 84]. Он состоит из комплекта независимых вкладышей (трех и более) с несимметрично расположенной опорой в корпусе, на которой они могут поворачиваться в поперечной относительно оси вала плоскости. Положение опоры выбирается сообразно направлению вращения вала, а именно: передняя, относительно вращения вала, кромка вкладыша отстоит от опоры дальше, чем задняя. Такое положение опоры обеспечивает при вращении вала со скоростями выше 3 м/с образование масляного клина и гидравлической силы поддержания между вкладышем и сопрягаемой поверхностью скольжения. Так как вкладыши устанавливаются независимо друг от друга, то и масляные клинья будут создаваться также независимо.
Недостатком данного подшипника является то, что количество независимых масляных клиньев соответствует числу вкладышей. Разрушение какого-либо масляного клина приводит к аварии всей машины. Конструкция данного подшипника является сложной и дорогостоящей при изготовлении и монтаже.
Задачей полезной модели является создание нереверсивного радиального подшипника жидкостного трения с конструкцией, позволяющей создать максимально возможное количество масляных клиньев. Причем при работе подшипника должно обеспечиваться надежное разделение поверхностей трения масляным слоем. Конструкция предлагаемого радиального подшипника должна учитывать экстремальные условия работы, а именно: возможность кратковременной работы при малых скоростях скольжения, изменение направления нагрузки на подшипник. Подшипник должен быть прост в изготовлении, долговечным и не дорогостоящим.
1
Поставленная задача достигается тем, что нереверсивный радиальный подшипник жидкостного трения, включает втулку-цапфу, расположенную во втулке-вкладыше, на поверхности втулки-цапфы сформированы две системы параллельных мартенситных валиков в виде шеврона под углом 2α=90°-120°, на окружном расстоянии L=Lcosα друг от друга, где L=(1,5÷3)h - расстояние по нормали между валиками, h - ширина валика.
Выполнение мартенситных валиков на рабочей поверхности износостойких пар трения на изделиях из конструкционных сталей известно (см. патент РФ №2486002) [3], однако такое расположение валиков возможно только для изделий, работающих в тяжелых условиях с возвратно-поступательным движением.
На фиг. 1 представлена часть увеличенного поперечного сечение радиального подшипника жидкостного трения, на фиг. 2 - втулка-цапфа нереверсивного радиального подшипника жидкостного трения с шевронной системой валиков, на фиг. 3 - поперечное сечение нереверсивного радиального подшипника жидкостного трения с шевронной системой валиков
Втулка-цапфа 1 изготавливается из конструкционной стали, которая с натягом одевается на цапфу вала (фиг. 1). На наружной поверхности втулки-цапфы 1 созданы выпуклые валики 2 из мелкоигольчатого мартенстита с помощью быстровращающегося диска, из которых сформированы масляные карманы для удержания смазки. Валики имеют наклонные (клиновые) рабочие поверхности d, обеспечивающие гидродинамические силы поддержания при скоростях скольжения выше 2-3 м/с (жидкостное трение) и опорные поверхности с из высокотвердого материала, позволяющие сохранять износостойкость в условиях полусухого трения при малых скоростях скольжения (менее 2 м/с).
Подшипник состоит (фиг. 1): 1 - втулка-цапфа, 2 - валик, 3 - втулка-вкладыш, 4 - закаленный слой (ТВЧ) на поверхности втулки-вкладыша, между валиками пространство заполнено маслом; m - высота валика над поверхностью втулки-цапфы, m=(0,3-1,5) мм; h - ширина валика; c - опорная поверхность валика, c=(h-2d); d - длина наклонной поверхности валика, d=3-4 мм; L - расстояние по нормали между валиками (минимальное), L=(1,5÷3)/г.
Направление систем параллельных валиков на поверхности втулки-цапфы показано на фигуре 2. Подшипник должен работать в направлении углом вперед, иначе смазка, сгоняемая в угол, будет вызывать гидравлические удары. При угле шеврона 2α=90°-120° во время работы подшипника создаются максимальные гидродинамические силы поддержания втулки-цапфы, в то же время шеврон обеспечивает плавность движения. Расстояние между валиками не может быть назначено меньше, так как карман со смазочным материалом будет иметь не достаточные размеры, а также не может быть назначено больше, так как количество карманов должно быть по возможности максимальным.
Подшипник работает следующим образом (фиг. 3). Перед началом работы в смазочное отверстие подшипника подают масло под давлением 150-200 КПа, которое заполняет масляные карманы между параллельными мартенситными валиками 2, после чего запускают машину вхолостую и окружную скорость подшипника доводят до значений выше 2-3 м/с. Масло, увлекаемое вращающейся втулкой-цапфой 1, затягивается в сужающийся клиновой зазор между втулкой-вкладышем 3 и наклонными бортами мартенситных валиков d, где и создаются гидродинамические силы поддержания. Втулка-цапфа «всплывает» (образует зазор) над втулкой-вкладышем, полусухое трение переходит в жидкостное трение. После этого дают нагрузку машине и технологические радиальные нагрузки полностью воспринимаются гидродинамическими силами поддержания.
При случайных чрезмерных нагрузках, а также в случае аварийных ситуаций, подшипник переходит в условия работы с полусухим трением. Опорные поверхности валиков с (фиг. 1) нагреваются, однако они могут работать до тех пор, пока не начнется структурное превращение мелкоигольчатого мартенсита трения в аустенит (это соответствует массовой температуре в 840°C) на что необходимо достаточно времени, чтобы остановить машину и предотвратить аварию.
Работа подшипника заметно стабилизируется, когда опорные поверхности с (фиг. 1) подвергают шлифовке и жидкостное трение наступает при меньших зазорах между закаленным слоем 4 втулки-вкладыша (ТВЧ) и опорными поверхностями валиков с, причем все зазоры при этом практически одинаковы.
Таким образом, достигается цель - создание нереверсивного радиального подшипника, позволяющего создать максимально возможное количество масляных клиньев с меньшими энергетическими затратами, минимальным количеством технологических операций. Причем при работе подшипника обеспечивается надежное разделение поверхностей трения масляным слоем. Конструкция предлагаемого радиального подшипника учитывает условия работы, а именно: работу при малых скоростях скольжения, изменение направления нагрузки на подшипник.
Источники информации:
1. Целиков А.И. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов / А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребенник, и др. 2 изд., перераб. и доп. - Москва: Металлургия, 1988, - 680 с.
2. Агернан Н.С. Детали машин. Сборник по расчету и конструированию. В 2-X книгах. Изд. 2-е испр. и доп. Книга II. / Под ред. д.т.н., проф. Н.С. Агернана - Москва: Машгиз, 1959, - 560 с.
3. Патент на изобретение №2466002 с приоритетом от 01 июня 20 11 г. Заявка №2011122319. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РФ 10 ноября 2012 г.