ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ
HYDRO-DYNAMIC FRICTION BEARING

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах, где имеют место высокие окружные скорости и нагрузки, в частности в дизельных двигателях в качестве опор коленчатого вала, шатунных вкладышей, опор вала турбокомпрессора, в буксовых узлах вагонов и в других механических системах.
Известен гидродинамический подшипник скольжения (RU №2108497, F16C 17/02, опубл. 10.04.1998), содержащий цапфу вала и втулку с антифрикционным покрытием и кольцевой канавкой, в котором на рабочей поверхности цапфы вала выполнено не менее трех лысок с плавными скосами по направлению вращения вала, ширина которых менее ширины втулки.
Недостатком данной конструкции является то, что данная конструкция подшипника не обеспечивает стабильность смазывания из-за неизбежных смещений вала в противоположную сторону от места входа смазочного материала в зону трения, что приводит к износу подшипника.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является гидродинамический подшипник (RU №2166136, F16C 17/00, F16C 33/02, F16C 33/10, опубл. 27.04.2001 - прототип), содержащий масляные карманы, выполненные на одной из рабочих поверхностей, образующих гидродинамический смазочный слой. При этом все карманы размещены только в тех местах, где давление в смазочном слое увеличивается, а карманы, начиная с подающего, из которого смазка поступает в зону трения, разделены между собой перегородками, имеющими заостренные вершины, заканчивающиеся уплотняющими кромками.
Недостатком данной конструкции является возможность появления сухого трения из-за разрыва масляного слоя, вызванного смещением оси вала относительно оси внутренней поверхности вкладыша в противоположную сторону от места входа смазочного материала в зону трения, неизбежно возникающего под действием нагрузки, что приводит к износу подшипника.
Задача изобретения - повышение надежности гидродинамического подшипника скольжения за счет снижения износа.
Технический результат достигается тем, что в гидродинамическом подшипнике скольжения поверхность вкладыша в наиболее нагруженной части содержит разделенные участками рабочей поверхности масляные карманы, уменьшающиеся по глубине со стороны входа смазочного материала в зону трения, карманы выполнены в виде поперечных канавок с плавным переходом на рабочую поверхность, размер которых по длине больше, чем по ширине.
Карманы могут быть выполнены постоянной ширины.
Карманы могут быть выполнены сужающимися к выходу на рабочую поверхность.
Все карманы могут иметь выход на рабочую поверхность в одном направлении.
Если необходимо обеспечить реверсивность работы подшипника, соседние карманы выполняются с выходом на рабочую поверхность в противоположном направлении.
Все карманы могут быть выполнены одинаковой длины.
Также возможен вариант выполнения карманов разной длины.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - вариант исполнения подшипника скольжения с канавками постоянной ширины, одинаковой длины, с выходом на рабочую поверхность в одном направлении;
на фиг.2 - вариант исполнения подшипника скольжения с сужающимися канавками одинаковой длины, с выходом на рабочую поверхность в одном направлении;
на фиг.3 - вариант исполнения подшипника скольжения с канавками постоянной ширины, одинаковой длины, имеющими выход на рабочую поверхность в противоположном направлении;
на фиг.4 - вариант исполнения подшипника скольжения с сужающимися канавками одинаковой длины, имеющими выход на рабочую поверхность в противоположном направлении;
на фиг.5 - вариант исполнения подшипника скольжения с канавками постоянной ширины, разной длины, с выходом на рабочую поверхность в одном направлении;
на фиг.6 - вариант исполнения подшипника скольжения с сужающимися канавками разной длины, с выходом на рабочую поверхность в одном направлении;
на фиг.7 - вариант исполнения подшипника скольжения с канавками постоянной ширины, разной длины, имеющими выход на рабочую поверхность в противоположном направлении;
на фиг.8 - вариант исполнения подшипника скольжения с сужающимися канавками разной длины, имеющими выход на рабочую поверхность в противоположном направлении;
Гидродинамический подшипник скольжения (фиг.1) содержит вкладыш 1 с антифрикционным покрытием 2 или полностью изготовленный из антифрикционного материала, с выполненными на его поверхности масляными карманами в виде поперечных канавок 3 постоянной ширины и одинаковой длины, с плавными выходами на рабочую поверхность 4, с которой вводится в сопряжение цапфа вала 5. Все канавки 3 имеют выход на рабочую поверхность 4 в одном направлении.
На фиг.2 показан вариант исполнения гидродинамического подшипника скольжения, в котором канавки 3 также имеют одинаковую длину и направление выхода на рабочую поверхность 4, однако выполнены сужающимися к выходу на рабочую поверхность 4.
На фиг.3 показан вариант исполнения гидродинамического подшипника скольжения, в котором канавки 3 выполнены постоянной ширины и одинаковой длины, при этом соседние канавки 3 выполнены с выходом на рабочую поверхность 4 в противоположном направлении.
На фиг.4 показан вариант исполнения гидродинамического подшипника скольжения, в котором канавки 3 имеют одинаковую длину, однако выполнены сужающимися, при этом соседние канавки 3 выполнены с выходом на рабочую поверхность 4 в противоположном направлении.
На фиг.5 показан вариант исполнения гидродинамического подшипника скольжения, в котором канавки 3 имеют постоянную ширину и одинаковое направление выхода на рабочую поверхность 4, но при этом канавки 3 выполнены разной длины.
На фиг.6 показан вариант исполнения гидродинамического подшипника скольжения, в котором канавки 3 имеют разную длину и одинаковое направление выхода на рабочую поверхность 4, однако выполнены сужающимися к выходу на рабочую поверхность 4.
На фиг.7 показан вариант исполнения гидродинамического подшипника скольжения, в котором канавки 3 имеют постоянную ширину, однако выполнены разной длины, при этом соседние канавки 3 выполнены с выходом на рабочую поверхность 4 в противоположном направлении.
На фиг.8 показан вариант исполнения гидродинамического подшипника скольжения, в котором канавки 3 имеют разную длину и выполнены сужающимися к выходу на рабочую поверхность 4, при этом соседние канавки 3 выполнены с выходом на рабочую поверхность 4 в противоположном направлении.
Гидродинамический подшипник скольжения (фиг.1) работает следующим образом. При вращении вала 5 смазка затягивается в зазор между поверхностью цапфы вала 5 и вкладыша 1 силами жидкостного трения, образуя гидродинамическое давление. При этом на тех участках, где выполнены наклонные канавки 3, толщина слоя смазки увеличивается по сравнению с толщиной слоя смазки на рабочей поверхности 4, что улучшает подвод смазочного материала к области повышенного давления. Это приводит к перераспределению возникающего в смазочном слое гидродинамического давления, и препятствует смещению оси вала 5 относительно оси внутренней поверхности вкладыша 1, обеспечивая вертикальное, без перекосов, всплытие вала 5, тем самым исключая возможность появления сухого трения и повышенного износа, что подтверждается результатами компьютерного моделирования и испытаниями на лабораторном стенде.
Показанный на фиг.2 гидродинамический подшипник скольжения работает аналогично показанному на фиг.1, однако сужение канавок 3 в области выхода на рабочую поверхность 4 приводит к ускорению потока смазочного материала внутри канавки, что улучшает поступление смазочного материала к области повышенного давления.
Показанный на фиг.3 гидродинамический подшипник скольжения работает аналогично показанному на фиг.1, однако благодаря тому, что соседние канавки 3 выполнены с выходом на рабочую поверхность 4 в противоположном направлении, данный подшипник может работать реверсивно.
Показанный на фиг.4 гидродинамический подшипник скольжения работает аналогично показанному на фиг.3, однако сужение канавок 3 в области выхода на рабочую поверхность 4 приводит к тому, что поток смазочного материала внутри канавок 3, направление выхода которых на рабочую поверхность 4 совпадает с направлением вращения вала 5, ускоряется, улучшая поступление смазочного материала к области повышенного давления. При этом в канавках 3, имеющих противоположное направление выхода на рабочую поверхность 4, благодаря сужению поток замедляется, уменьшая утечку смазочного материала из области повышенного давления, которая происходит через данные канавки 3.
Показанный на фиг.5, 6, 7, 8 гидродинамический подшипник скольжения работает аналогично показанному на фиг.1, 2, 3, 4 соответственно. Дополнительно следует отметить, что выполнение канавок 3 разной длины влияет на характеристики потока смазочного материала между поверхностями вкладыша 1 и вала 5 в осевом направлении. В частности, выполнение канавок 3 разной длины позволяет добиться лучшего распределения смазочного материала по длине подшипника.
Таким образом, достигается повышение надежности гидродинамического подшипника скольжения за счет уменьшения износа благодаря обеспечению непрерывного сохранения в зоне трения смазочного слоя.