ЭЛЕМЕНТ УЗЛА УПОРНОГО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к упорным подшипникам скольжения, в частности к конструкции таких его элементов, как подпятник или пята упорного подшипника скольжения и может быть использована в узлах трения, предназначенных для работы в узлах и агрегатах, работающих в условиях агрессивных сред и наличия интенсивного гидроабразивного трения.
Упорный керамический подшипник содержит пяту и подпятник. Эти элементы керамического подшипника, как правило, состоят из двух частей -металлической части и керамической части. Керамическая часть закреплена в металлической части и является одной из частей керамической пары трения подшипника. Одним из важных моментов при создании таких элементов упорного подшипника является обеспечение его эксплуатационной надежности.
Известен элемент упорного керамического подшипника скольжения (Патент US №5174660, МПК F 16 C 17/04, "Shaped part comprising a metallic member and a ceramic member", опуб. 29.12.1992), содержащий металлическую и керамическую части цилиндрической формы, каждая из которых имеет отверстие для размещения на валу агрегата. Керамическая часть размещена в полости металлической части, донная часть полости имеет кольцевую канавку, размещенную приближенно к боковым стенкам полости, а внутренняя поверхность стенок полости металлической части имеет незначительный наклон внутрь полости. Внешний диаметр керамической части соответствует внутреннему диаметру полости металлической части, а также керамическая часть имеет расположенный снаружи кольцевой буртик, который при сборке конструкции располагается на торцевой поверхности металлической части. Наклон внутренней поверхности стенок полости металлической части обеспечивает фиксацию в ней керамической части в осевом направлении. Кольцевая канавка служит для снижения жесткости металлической части и соответственно снижает давление металла на керамическую часть в зоне крепления и как следствие уменьшается деформация керамической части. Сборка такой детали упорного подшипника осуществляется горячей запрессовкой керамической части в металлической части.
Недостатком такой конструкции является наличие кольцевого буртика керамической части, который при сборке конструкции располагается на торцевой поверхности металлической части. Такая форма керамической части образует ярко выраженный концентратор напряжений, что приводит при эксплуатации к разрушению конструкции. Таким образом, такая конструкция не обеспечивает в должной мере эксплуатационную надежность детали упорного подшипника скольжения.
Известен элемент упорного подшипника скольжения (http://www.virial.ru/picture/bearing1.jpg, http://www.virial.ru/picture/bearing2.jpg, дата помещения сведений 2003 г) содержащий металлическую обойму и керамический вкладыш. Металлическая обойма цилиндрической формы имеет полость, в дне которой выполнено отверстие для установки подпятника на вал агрегата. Керамический вкладыш цилиндрической формы, размещаемый в полости металлической обоймы, также имеет отверстие для вала агрегата и внешний диаметр соответствующий внутреннему диаметру полости металлической обоймы. Высота керамической части превышает высоту полости металлической части подпятника. Сборка такого элемента упорного подшипника осуществляется горячей запрессовкой керамического вкладыша в металлическую обойму, соответственно фиксация частей осуществляется за счет посадки с натягом керамического вкладыша в металлическую обойму.
Такая конструкция элемента упорного подшипника скольжения не обеспечивает надежное отсутствие проворота керамического вкладыша относительно металлической обоймы. Это обусловлено тем, что при таком закреплении керамического вкладыша в полости металлической обоймы отсутствуют конструктивные элементы, препятствующие вращению керамического вкладыша внутри металлической обоймы вокруг общей оси вращения подшипника, а при изменении температурных условий эксплуатации возможно ослабление контактного давления, что приводит, соответственно, к ослаблению фактического натяга посадки вкладыша в полости металлической обоймы.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является элемент конструкции узла упорного подшипника скольжения (http://www.virial.ru/picture/bearing3.jpg, http://www.virial.ru/picture/bearing4.jpg, дата помещения сведений 2004 г, копии страниц сайта в приложениях 1 и 2)
содержащий металлическую обойму, керамический вкладыш и эластичную обойму, размещенную между ними. В металлической обойме, внешняя поверхность которой имеет цилиндрическую форму, выполнена полость, дно которой снабжено отверстием для установки подпятника на вал агрегата. Керамический вкладыш цилиндрической формы, размещаемый в этой полости, также имеет отверстие для вала агрегата. В полости металлической обоймы на ее внутренней боковой поверхности жестко закреплены два штифта, расположенные симметрично относительно оси вращения и параллельно ей. Эластичная обойма имеет вырезы, позволяющие этим штифтам при сборке элемента упорного подшипника осуществлять контакт с U-образными пазами, выполненными на боковой поверхности керамического вкладыша.
Такое конструктивное решение обеспечивает надежное отсутствие взаимных перемещений втулки и металлической обоймы относительно друг друга, однако пазы являются концентраторами напряжений, увеличивающими вероятность разрушения хрупкого материала керамического вкладыша, что в конечно итоге может привести при эксплуатации подшипника к разрушению конструкции. Таким образом, такая конструкция не обеспечивает в должной мере эксплуатационную надежность элемента упорного подшипника скольжения.
Заявляемой полезной моделью решается задача повышения эксплуатационной надежности элемента упорного подшипника скольжения, что приводит к повышению эксплуатационной надежности подшипника в целом.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого элемента упорного подшипника скольжения, заключается в исключении концентраторов напряжений на керамическом вкладыше при отсутствии взаимных перемещений металлической обоймы и керамического вкладыша элемента упорного подшипника скольжения.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что элемент узла упорного подшипника скольжения, содержит металлическую обойму и вкладыш, расположенный в полости этой обоймы, таким образом, что торцевая поверхность вкладыша, образующая плоскость поверхности трения, расположена над плоскостью торцов обоймы, а между обоймой и вкладышем размещена эластичная обойма, которая своей внешней поверхностью сопрягается с внутренней поверхностью полости металлической обоймы, а
своей внутренней поверхностью с внешней поверхностью вкладыша, при этом поперечное сечение боковых поверхностей сопряжения составлено из чередующихся между собой, по меньшей мере, трех дуг окружности и трех прямолинейных участков.
Вкладыш элемента узла упорного подшипника скольжения может быть выполнен из твердого износостойкого материала, например реакционноспеченного карбида кремния.
Эластичная обойма элемента узла упорного керамического подшипника скольжения может быть выполнена из эластичного материала, например, из маслобензостойкой резины.
Профилированная поверхность эластичной обоймы может быть выполнена в виде трех кольцевых выступов треугольного сечения
На верхней торцевой поверхности керамической части, образующей плоскость трения, могут быть выполнены радиальные канавки для смазки поверхности трения.
Металлическая обойма может быть выполнена, например, из стали 40×13.
Возникающие в процессе работы подшипника нагрузки могут привести к перемещению керамического вкладыша и металлической обоймы относительно друг друга, как в окружном, так и в осевом направлениях. Отличительной особенностью предлагаемого элемента упорного подшипника скольжения является исключение перемещения керамического вкладыша в окружном направлении относительно металлической обоймы за счет сопряжения одинаково некруглых внешней боковой поверхности керамического вкладыша и внутренней боковой поверхности полости металлической обоймы через эластичную обойму, расположенную между металлической обоймой и вкладышем. Внешняя и внутренняя поверхности эластичной обоймы выполнены в полном соответствии с теми поверхностями, с которыми они сопрягаются. Эластичная обойма препятствует перемещению вкладыша в вертикальном осевом направлении, а профили, выполненные на внешней боковой поверхности эластичной обоймы, усиливают этот эффект.
Таким образом, при таком взаимодействии керамического вкладыша и металлической обоймы, на керамическом вкладыше не возникают концентраторы напряжений, так как сопряжение керамических частей с
металлическими происходит только по плоскостным поверхностям. Это значительно снижает опасность разрушения хрупкого материала керамического вкладыша и соответственно повышает эксплуатационную надежность упорного керамического подшипника скольжения в целом.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - Элемент упорного подшипника скольжения.
Фиг.2 - Металлическая обойма элемента упорного подшипника скольжения.
Фиг.3 - Эластичная обойма элемента упорного подшипника скольжения.
Фиг.4 - Керамический вкладыш элемента упорного подшипника скольжения.
Элемент упорного керамического подшипника скольжения, например, подпятник, содержит (см. фиг.1) металлическую обойму 1, керамический вкладыш 2 и расположенную между ними эластичную обойму 3.
В металлической обойме 1 с внешней цилиндрической поверхностью (см. фиг.2) выполнена полость 4, а на ее внутренней поверхности выполнены, например, четыре выступа 5, в сечении каждый из которых имеет вид сектора круга, образующие некруглое поперечное сечение внутренней боковой поверхности металлической обоймы 1, составленное из чередующихся дуг окружности и прямолинейных участков.
Эластичная обойма 3 (см. фиг.3), образующая полость 6, при сборке элемента упорного подшипника размещается в полости 4 металлической обоймы 1. На внешней цилиндрической боковой поверхности эластичной обоймы 3 выполнены, например, четыре лыски 7, и образующие некруглое поперечное сечение внешней боковой поверхности эластичной обоймы 3 составленное из чередующихся дуг окружности и прямолинейных участков. При сборке элемента упорного подшипника скольжения лыски 7 контактируют с выступами 5 внутренней поверхности металлической обоймы 1.
Внутренняя боковая поверхность эластичной обоймы с плоскими площадками 8 имеет поперечное сечение той же формы и также составлено из дуг окружности и прямолинейных участков и отличающееся от сечения внешней боковой поверхности эластичной обоймы на величину толщины эластичной обоймы 3. Кроме того, внешняя боковая поверхность эластичной обоймы может быть выполнена профилированной. Профилированная поверхность упругого элемента может быть выполнена, например, в виде трех кольцевых выступов 9 треугольного сечения.
В полости 6 эластичной обоймы 3 размещается керамический вкладыш 2 (см. фиг.4), внешняя боковая поверхность которого имеет лыски 10, которые при размещении вкладыша 2 контактируют с плоскими площадками 8 на внутренней поверхности эластичной обоймы 3. Поперечное сечение внешней боковой поверхности вкладыша 2 также составлено из чередующихся дуг окружности и прямолинейных участков и соответствует поперечному сечению внутренней поверхности полости эластичной обоймы 3.
Возникающие в процессе работы упорного подшипника нагрузки могут привести к перемещению керамического вкладыша 2 и металлической обоймы 1 относительно друг друга, как в окружном, так и в осевом направлениях. При эксплуатации предлагаемого элемента упорного подшипника этому препятствует сопряжение некруглых внешней боковой поверхности керамического вкладыша 2 и внутренней боковой поверхности полости 4 металлической обоймы 1 через эластичную обойму 3, расположенную между металлической обоймой 1 и вкладышем 2. Внешняя и внутренняя поверхности эластичной обоймы 3 выполнены в полном соответствии с теми поверхностями, с которыми она сопрягается. Эластичная обойма 3 препятствует перемещению вкладыша 2 в вертикальном осевом направлении, а профили 9, выполненные на внешней боковой поверхности эластичной обоймы 3, усиливают этот эффект.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики таких конструктивных элементов узла упорного подшипника скольжения как подпятник или пята, а, следовательно, и всего подшипникового узла в целом.