ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИК

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к опорным подшипниковым узлам скольжения, и может быть использована в узлах трения машин и механизмов.
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.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является 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, а 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 повышенный момент трения по сравнению с шариковыми подшипниками, так как коэффициент трения скольжения намного превышает коэффициент трения качения, а также вследствие того, что под действием контактных напряжений из зоны контакта выдавливается смазка.
Задачей полезной модели является снижение момента трения в подшипнике.
Техническим результатом является уменьшение площади контактной зоны рабочих поверхностей подшипника и создание в рабочей зоне масляной подушки, воспринимающей на себя часть внешней нагрузки.
Поставленная задача решается тем, что в опорном подшипнике скольжения, содержащим 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, а между опорными кольцами и антифрикционной прокладкой находится смазка, вогнутость профиля рабочих поверхностей подшипника направлена в сторону нижнего опорного кольца, при этом угол профиля рабочей поверхности нижнего опорного кольца выполнен меньшим угла профиля рабочей поверхности верхнего опорного кольца.
Так как вогнутость профиля рабочих поверхностей подшипника направлена в сторону нижнего опорного кольца, то смазку можно в избытке наносить на рабочую поверхность колец перед сборкой подшипника и хранить опорный подшипники до установки в рабочей узел машины без опасности вытекания смазки из подшипника. А так как при этом угол профиля рабочей поверхности нижнего опорного кольца выполнен меньшим угла профиля рабочей поверхности верхнего опорного кольца, то под действием внешней нагрузки контакт рабочих поверхностей подшипника осуществляется по краям их профиля, через которые под давлением выдавливается излишняя смазка, образуя в рабочей зоне масляную подушку, находящуюся под давлением и воспринимающую часть внешней нагрузки. Так как смазка не вызывает трение, а площадь контактной зоны снижается, то это снижает момент трения в подшипнике, приближая его к моменту трения подшипника качения.
Сущность технического решения поясняется рисунком, на котором изображено поперечное сечение левой половины опорного подшипника.
На рисунках используются следующие обозначения:
1 - верхнее опорное кольцо подшипника;
2 - антифрикционная прокладка;
3 - нижнее опорное кольцо подшипника;
4 - масляные канавки на верхнем и нижнем опорных кольцах.
n
v
Опорный подшипник скольжения содержит верхнее опорное кольцо 1, нижнее опорное кольцо 3, изготовленные из стеклонаполненного полиамида, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку 2, изготовленную из фторопластового материала, например Ф4, обладающего низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. Рабочие поверхности опорных колец 1 и 3 и антифрикционная прокладка 2 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 от 0,5 до 3 градусов. По центру профиля дорожек скольжения опорных колец 1 и 3 выполнена масляная канавка 4 глубиной h и шириной b. На рабочих поверхностях опорных колец 1 и 3 и в канавках 4 находится пластичная смазка.
n
v
а
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 3 разные и α<α, то под действием внешней осевой нагрузки Р рабочие поверхности опорных колец 1 и 3 и поверхности антифрикционной кольцевой прокладки 4 плотно прилегают друг к другу по краям профиля. Контактное напряжение на кромках превышает предел текучести антифрикционной прокладки, она пластически деформируется, в результате чего по ее краям с наружной и с внутренней сторон образуются контактные кольцевые участки шириной . Излишняя смазка под внешней нагрузкой Р выдавливается из рабочей зоны снизу и сверху антифрикционной прокладки, преодолевая контактные напряжения между кольцами 1 и 3 и антифрикционной прокладкой 2, а оставшаяся смазка находится под давлением, образуя масляные карманы, компенсируя часть внешней нагрузки.
При относительном движении опорных колец 1 и 3 подшипника момент трения возникает только на наружном и внутреннем кольцевых участках шириной, а их контакта с антифрикционной прокладкой, а в зоне нахождения смазки трение отсутствует. Поэтому момент трения в подшипнике резко снижается и приближается к моменту трения подшипников качения. Тем самым достигается поставленная задача полезной модели.
v
v
Пример. Рассмотрим конструкцию подшипника 1118-2902840, используемого в верхней опоре передней подвести автомобилей семейства ВАЗ-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 Н=12 мм. Рабочая осевая нагрузка на подшипник составляет Р=3420 Н, рабочая радиальная нагрузка на подшипник равна R=450 Н.
Исследования показали, что момент трения в таком подшипнике с масляной подушкой составляет 1,1 Н*м. Для сравнения, в аналогичных шариковых опорных подшипниках момент сопротивления вращения составляет до 1 Н*м, а момент трения в аналогичном опорном подшипнике скольжения обычной конструкции - 1,8-3 Н*м.
Таким образом, предложенная конструкция опорного подшипника обеспечивает снижение момента сопротивления вращения подшипника и тем самым решение поставленной задачи. Кроме того, защемление круговой антифрикционной прокладки 2 по краям делает рабочую зону подшипника не доступной для пыли, грязи и влаги. А так как опорные подшипники, особенно установленные в опорах подвески автомобилей, обычно значительно страдают от загрязнений, то надежная защита подшипника предлагаемой конструкции от внешних воздействий дополнительно повышает его надежность и долговечность.
Так как фторопластовая кольцевая прокладка 2 и находящееся в масляных карманах смазка обладают высокими демпфирующими свойствами, то подшипник обладает высокой сопротивляемостью к ударным нагрузкам и не подвержен разрушению под действием эффекта ложного бринеллирования, под действием которого обычно быстро разрушаются шариковые и роликовые подшипники. Это обеспечивает преимущество данного подшипника по сравнению с подшипниками качения. Опорный подшипник, предлагаемый в данной полезной модели, прост в конструкции и эксплуатации, так как не требует никакого ухода и обслуживания.