ПОДШИПНИК

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в опорах валов различных машин, например, турбомашин.
Известен подшипник, содержащий корпус, самоустанавливающиеся сегментные вкладыши, установленные с радиальным зазором относительно вала (SU 1691544 А1, опубл. 15.11.1991, F 03 B 11/06). Каждый вкладыш связан с корпусом через опору посредством опорного болта и, по меньшей мере, одной пары пружин растяжения. Сегментные вкладыши контактируют опорными поверхностями с головками опорных болтов.
Недостатком данного подшипника является отсутствие демпфирования колебаний сегментных вкладышей при перекатывании головок опорных болтов по опорной поверхности вкладышей, а также усложнение конструкции подшипника за счет наличия шарниров с элементами регулирования радиального зазора и пружин заданной жесткости.
Также известен подшипник, содержащий корпус, самоустанавливающиеся сегментные вкладыши, установленные с радиальным зазором относительно вала (SU 1493811 А1, опубл. 15.07.1989, F 16 C 39/06, 27/02) - прототип. В данном подшипнике сегментные вкладыши связаны с корпусом с помощью сферических шарниров, выполненных в виде двух сопряженных звеньев, одно из которых выполнено из магнитотвердого материала, другое - из ферромагнитного электропроводного материала. Демпфирование угловых колебаний сегментных вкладышей в данном подшипнике происходит за счет трения в шарнире, а радиальных высокочастотных колебаний - за счет перемагничивания звена из ферромагнитного материала магнитным полем звена из магнитотвердого сплава, а также за счет вихревых токов, наводимых в ферромагнитном электропроводном материале.
Недостатком данного технического решения является уменьшение надежности и ресурса работы подшипника за счет наличия трения в сферических шарнирах. При длительной эксплуатации такого подшипника за счет коррозии и засорения продуктами износа происходит «залипание» сферических шарниров, что приводит к поломке подшипника. Другим недостатком является усложнение конструкции подшипника из-за наличия в нем дополнительных деталей, образующих сферические шарниры.
Технический результат заявленного изобретения - упрощение конструкции подшипника, а также повышение надежности и долговечности работы подшипника.
Указанный технический результат достигается тем, что подшипник, содержащий корпус, самоустанавливающиеся сегментные вкладыши, установленные с радиальным зазором относительно вала, дополнительно содержит упругие элементы, каждый из которых соединен с соответствующим вкладышем и с корпусом или с фиксирующим элементом, соединенным с корпусом, при этом упругие элементы выполнены из высокодемпфирующей стали.
Несмотря на то, что использование высокодемпфирующих сталей и сплавов является весьма эффективным способом борьбы с шумами и вибрациями в технике, до настоящего времени их применение было крайне ограничено, что определялось, в первую очередь, высоким уровнем цен на материалы данного класса.
Однако в последнее время появились новые экономичные демпфирующие стали на основе Fe-Al (Россия), например, 01Ю5Т и Fe-Si-Al (Япония), сочетающие в себе высокие демпфирующие свойства и удовлетворительные механические свойства, и применение которых дает положительные результаты при использовании в инструментальной промышленности и станкостроении (см. В.А.Удовенко, И.Б.Чудаков и др. «Новые экономичные высокодемпфирующие стали и возможности их применения в станкоинструментальной отрасли», Сборник трудов
Международной научно-практической конференции «Производство-Технология-Экология», ПРОТЭК-2002, Москва, МГТУ Станкин, 18-20 сентября 2002 г., том.3, Тип. МГТУ «Станкин», Москва, 2002, с.782-786).
Использование высокодемпфирующих сталей, например, 01Ю5Т, позволяет эффективно гасить вредные вибрации в широком диапазоне амплитуд колебаний, при этом колебания в диапазоне малых амплитуд поглощаются материалом наиболее эффективно.
Однако, при всей известности свойств высокодемпфирующих сталей, использование их при изготовлении конструктивных элементов подшипников выявлено не было.
Наличие в подшипнике упругих элементов, каждый из которых соединен с соответствующим вкладышем и с корпусом или с фиксирующим элементом, соединенным с корпусом, а также выполнение упругих элементов из высокодемпфирующей стали позволяет упростить конструкцию подшипника и обеспечивает отсутствие трения между приведенными выше конструктивными элементами подшипника, и одновременно обеспечивает эффективное демпфирование (рассеивание энергии) колебаний сегментных вкладышей, что в конечном итоге позволяет повысить надежность и долговечность работы подшипника.
Предложенное техническое решение иллюстрируется схематичным чертежом, на котором изображен поперечный разрез подшипника.
Подшипник содержит корпус 1, самоустанавливающиеся сегментные вкладыши 2, установленные с радиальным зазором И относительно вала 3, упругие элементы 4, каждый из которых соединен с соответствующим вкладышем 2 и с корпусом 1 или с фиксирующим элементом, соединенным с корпусом 1 и выполненным, например, в виде планки 5. Упругие элементы 4 выполнены из высокодемпфирующей стали и могут иметь в поперечном сечении подшипника, например, форму двутавра. Упругий элемент 4 и фиксирующий элемент могут быть выполнены в виде единой детали.
Предложенный подшипник работает следующим образом.
При вращении вала 3 сегментный вкладыш 2 под действием переменных нагрузок имеет возможность перемещаться. Упругий элемент 4 предоставляет сегментному вкладышу 2 самоустанавливаться. При этом, за счет того, что каждый из упругих элементов 4 соединен с соответствующим вкладышем 2 и с корпусом 1 или с фиксирующим элементом, соединенным с корпусом 1, а также за счет выполнения упругих элементов 4 из высокодемпфирующей стали, исключается наличие трения в подшипнике и происходит рассеивание энергии колебаний сегментных вкладышей 2.
Размеры и форма упругого элемента 4 в каждом конкретном случае могут быть различными, зависят от размеров самого подшипника и выбираются из условия обеспечения прочностных характеристик упругого элемента. Оптимальные результаты достигаются при выполнении упругого элемента 4, имеющего в поперечном сечении подшипника форму двутавра. Причем для достижения данного оптимального результата, ширина d тонкой стенки в поперечном сечении двутавра, соединяющей посередине две параллельные полосы (см. определение двутавровый - «Большой толковый словарь русского языка», гл. редактор С.А.Кузнецов, Санкт-Петербург, «Норинт», 2000 г., стр.243), должна составлять не более 20% от ее высоты h.
Например, выполнение упругого элемента 4, имеющего в поперечном сечении подшипника форму двутавра, со следующими размерами тонкой стенки:
d=3 мм,
h=18 мм,
при диаметре вала 120 мм, позволило повысить надежность подшипника и увеличить ресурс его работы на 50% по сравнению с прототипом.