ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ С РЕГУЛЯРНЫМ МИКРОРЕЛЬЕФОМ
SLIDING BEARING WITH REGULAR MICRORELIEF

Изобретение относится к триботехнике, а именно к области износостойких подшипников скольжения.
Подшипники скольжения с регулярным микрорельефом могут быть использованы в качестве замены стандартных подшипников скольжения на подшипники скольжения с увеличенным сроком службы. Применение подшипников с регулярным микрорельефом может быть осуществлено как при разработке нового оборудования, так и при ремонте изношенного [1, 2].
Из технической и патентной информации известны способы увеличения ресурса работы подшипников скольжения за счет создания регулярного микрорельефа на внутренней поверхности вкладышей подшипников скольжения (как правило, бронзовых, латунных, баббитовых).
Известен подшипник скольжения с регулярным микрорельефом, содержащий вкладыш, на внутренней поверхности которого выполнены продольные макроканавки синусоидальной формы, не доходящие до его торцов, а между макроканавками выполнены микроканавки с заданными шириной и шагом, соизмеримые с величиной максимального износа вкладыша (свидетельство РФ на полезную модель №34981, МПК F16C 33/00, опубл. 20.12.2003, (прототип)) [3]. Профиль макро- и микроканавки после струйно-абразивной обработки получается сглаженный, что способствует при вращении вала образованию сплошной пленки масла и жидкостному трению в контакте «вкладыш-вал». При запуске и остановке вращения вала наличие микроканавок и масла в них позволяет при любой скорости вращения вала, практически «от нуля», обеспечить жидкостное трение в зоне контакта вала и внутренней поверхности вкладыша, что уменьшает трение и, соответственно, увеличивает долговечность подшипника скольжения.
Основным недостатком указанного подшипника с регулярным микрорельефом (прототипа) является выполнение вкладыша его из мягких металлов, как правило, из бронз по ГОСТ 5017-74, латуней, оловянных и свинцовых баббитов по ГОСТ 13020-74, ГОСТ 1209-90. Такие вкладыши даже при наличии сплошной смазочной пленки в узле подшипника и возникновении гидродинамического трения будут изнашиваться достаточно быстро ввиду естественного загрязнения смазочного материала (абразивный износ), водородного износа в результате напыления («накачивания») поверхностных слоев трения водородом, старения смазки при длительной работе, частичного перехода к граничному и смешанному режимам трения в периоды пуска и остановки вращения вала.
Другим существенным недостатком прототипа является то, что при работе рассматриваемого подшипника не учитывается существенное снижение износа за счет применения металлоплакирующих присадок к маслам, обеспечивающих появление на плоскостях трения подшипника защитных сервовитных пленок мягких металлов и полимерных серфинг-пленок при возникновении безызносного трения, которые, уменьшая износ, приводят к другому положительному эффекту - препятствуют нагреву смазочных материалов и повышению температуры на плоскостях трения подшипника.
Задачей изобретения является значительное повышение износостойкости подшипникового узла и снижение температуры в зоне трения вкладыша и коренной шейки вала.
Технический эффект достигается тем, что подшипник скольжения с регулярным микрорельефом содержит вкладыш, на внутренней поверхности которого выполнены продольные макроканавки синусоидальной формы, не доходящие до его торцов. Между макроканавками выполнены микроканавки с заданными шириной и шагом. Подшипник отличается тем, что он дополнительно снабжен съемной стальной втулкой, напрессованной на коренную шейку вала, на наружной стороне которой нанесен регулярный микрорельеф, ширина и шаг которого равны удвоенной величине максимального линейного износа вкладыша подшипника скольжения. Вкладыш подшипника имеет гладкую поверхность без микрорельефа на его внутренней поверхности. Подшипник снабжен принудительной подачей смазочного материала с металлоплакирующими присадками, обеспечивающими образование между вкладышем подшипника и наружной поверхностью стальной втулки с регулярным микрорельефом сервовитной, в том числе медной, пленки толщиной ~1…2 мкм, что существенно повышает стойкость подшипника и его долговечность в связи с интенсивным отводом тепла из зоны трения.
На фиг.1 показан узел заявляемого подшипника скольжения.
На фиг.2 - фрагмент I фиг.1 - характер поверхностей вкладыша подшипника и регулярного микрорельефа стальной съемной втулки, напрессованной на коренную шейку вала.
Подшипниковый узел состоит из станины 1, вала 2, который вращается в подшипниках 3 с антифрикционными вкладышами 4. На коренную шейку вала 2 напрессована съемная стальная втулка 5, наружная поверхность которой 6 снабжена регулярным микрорельефом, ширина и шаг которого равны удвоенной величине максимального линейного износа Uл мах вкладыша скольжения, который закрыт с торца крышкой 7 и двумя уплотнительными прокладками 8 и 9. В крышке 7 предусмотрен штуцер 10 для принудительной подачи с торца вала 2 смазки к поверхности трения 6 между вкладышем 4 и стальной втулкой 5.
Подшипниковый узел работает следующим образом.
Валу 2 придается вращение от привода устройства. На коренную шейку вала 2 напрессована втулка 5 с регулярным микрорельефом, ширина и шаг которого заданы и равны 2Uл мах.
Через штуцер 10 крышки 7 принудительно подается смазочный материал с металлоплакирующими присадками, обеспечивающий при трении образование между вкладышем 4, выполненным, например, из бронзы, и стальной втулкой 5 с регулярным микрорельефом на поверхности ее 6 сервовитной, например, медной квазижидкостной тонкой (толщиной 1-2 мкм) пленки. Трение бронзового вкладыша по медной сервовитной пленке существенно снижает износ, повышает износостойкость и долговечность подшипника, так как заменяется трением «мягкий металл (бронза) по твердому металлу (сталь)» трением «мягкий металл (бронза) по мягкому металлу (медь)», что приводит к снижению износа. Кроме того, медная сервовитная пленка на поверхности 6 интенсивно отводит от узла трения тепло, температура в узле трения снижается, что дополнительно уменьшает износ, повышает износостойкость и долговечность подшипника. Долговечность заявляемого подшипника возрастает также в связи с тем, что величина износа микрорельефа на стальной втулке 5 по сравнению с величиной износа, например, бронзового вкладыша 4 в несколько раз меньше износа бронзового вкладыша 4 и обратно пропорциональна пределам прочности бронзового вкладыша 4 и стальной втулки 5, чем и достигается технический эффект заявляемого изобретения.
Источники информации
1. Гаркунов Д.Н., Мельников Э.Л., Гаврилюк B.C. Триботехника. Краткий курс. Учебное пособие. МГТУ им. Н.Э.Баумана. Москва, 2008. - 308 с.
2. ГОСТ 24773-81 Регулярный микрорельеф.
3. Свидетельство РФ на полезную модель №34981, МПК F16C 33/00, опубл. 20.12.2003. Подшипник скольжения с регулярным микрорельефом (прототип).