ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИК

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к опорным подшипниковым узлам скольжения, и может быть использовано в узлах трения машин и механизмов.
Известны опорные подшипники скольжения, предназначенные для восприятия больших осевых нагрузок, имеющие подшипниковый узел скольжения, содержащий корпус, опорный диск, смонтированный на валу и опирающийся на самоустанавливающиеся на радиальных ребрах сегменты, размещенные на промежуточных элементах с радиальными опорными выступами (патент США №3764, НПК кл. 308.160, 1973 г.; SU №562680, МПК F16С 17/04 от 13.08.73 г.; патент Японии №52-2050, МПК F16С 17/0; RU №1745004, МПК F16С 17/04, 1994 г.; RU №2162171, МПК F16С 17/04 от 20.01.2001 г.) и другие.
Недостатком такой конструкции является ее сложность и недостаточная плотность прилегания трущихся поверхностей, что снижает надежность работы подшипникового узла, а также то, что эти подшипники не могут воспринимать комбинированную внешнюю нагрузку.
Известен опорный подшипник скольжения, содержащий два противоположных опорных кольца, воспринимающих внешнюю нагрузку, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку (RU №2242645 МПК F16С 17/04 от 20.12.2004-прототип). В качестве одного из колец служит металлическая ступица с фланцем, на котором закреплено сплошная антифрикционная кольцевая прокладка, а другое прижимное кольцо выполнено в виде самоустанавливающихся колодок с окнами для антифрикционных накладок, используемых в виде вкладышей и свободно расположенных в окнах прижимного кольца, причем рабочая поверхность антифрикционных вкладышей выступает над торцевой поверхностью прижимного кольца. За счет деформации маложестких самоустанавливающихся колодок под действием внешней нагрузки на подшипник обеспечивается плотное прилегание трущихся рабочих поверхностей подшипника.
Недостатком данного подшипника является сложность конструкции, что повышает затраты на его изготовление, и то, что подшипник имеет ограниченные эксплуатационные свойства, так как возможны перемещения и вибрации в поперечном направлении из-за наличия радиального зазора, подшипник не допускает действие на него комбинированной нагрузки.
Наиболее близким аналогом предполагаемого изобретения является опорный подшипник скольжения, содержащий два противоположных опорных кольца, воспринимающих внешнюю нагрузку, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку (Заявка №2017104058/11(007141). 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 низкая нагрузочная способность подшипника из-за возникновения начального линейного контакта рабочих поверхностей деталей подшипника, непременно возникающего в результате погрешности изготовления их диаметральных размеров. Плотное прилегание антифрикционной кольцевой прокладки к тороидальным рабочим поверхностям колец возможно только в случае, если диаметр рабочей тороидальной поверхности одного из колец точно совпадает с диаметром рабочей тороидальной поверхности противоположного кольца, а радиус выпуклого профиля рабочей части кольца точно равен радиусу вогнутого профиля рабочей части другого кольца за минусом толщины антифрикционной прокладки. Даже очень незначительное несовпадение этих параметров, которое всегда возникает при изготовлении, особенно при отливке полиамидных опорных колец, приводит к начальному кромочному контакту антифрикционной кольцевой прокладки с рабочими поверхностями опорных колец, повышению контактных напряжений, значительной деформации антифрикционной кольцевой прокладки и, как следствие, к снижению нагрузочной способности подшипника. Другим недостатком является то, что под действием контактных напряжений смазка выдавливается из рабочей зоны подшипника, что увеличивает износ рабочих поверхностей подшипника. Все это существенно снижает надежность и долговечность подшипника.
Задачей полезной модели является повышение надежности и долговечности опорного подшипника скольжения.
Техническим результатом является устранение возможности возникновения кромочного контакта рабочих поверхностей подшипника и сохранение смазки в рабочей зоне в процессе эксплуатации подшипника.
Поставленная задача решается тем, что в опорном подшипнике скольжения, содержащим два противоположных опорных кольца, воспринимающих внешнюю нагрузку, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку, профиль рабочих поверхностей опорных колец очерчен прямыми линиями, расположенными под тупым углом, а по центру рабочих поверхностей выполнена кольцевая масляная канавка.
Так как профиль рабочих поверхностей опорных колец очерчен прямыми линиями, расположенными под тупым углом, то даже при значительном несовпадении диаметров рабочих поверхностей колец гарантируется отсутствие их кромочного контакта с антифрикционной прокладкой, что снижает риск разрушения антифрикционной прокладки и повышает надежность и долговечность подшипника. Наличие по центру рабочих поверхностей масляной канавки позволяет постоянно поддерживать в зоне их контакта с антифрикционной прокладкой наличие смазки, что также способствует повышению надежности и долговечности подшипника.
Сущность технического решения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 - подшипник в поперечном разрезе; на фиг. 2 - выноска рабочей части 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.
Опорный подшипник скольжения содержит верхнее опорное кольцо 1 (фиг. 1 и фиг. 2), нижнее опорное кольцо 3, изготовленные из полиамида, и расположенную между ними антифрикционную кольцевую прокладку 2, изготовленную из фторопластового материала, например Ф4. Рабочие поверхности опорных колец и фрикционная прокладка расположены аксиально относительно оси подшипника и имеют профиль в виде двух прямых, расположенных между собой под тупым углом α. Диаметр окружности центра профиля рабочих поверхностей равен D. По центру профиля колец 1 и 3 выполнена масляная канавка глубиной h и шириной b. На рабочих поверхностях колец 1 и 3 и в канавках 4 находится смазка
Опорный подшипник скольжения работает следующим образом. Подшипник нагружают осевой силой А и радиальной силой R, а одному из опорных колец, например, верхнему кольцу 1, придают вращение или качание вокруг оси подшипника. Под действием внешней осевой нагрузки А рабочие поверхности опорных колец 1 и 3 и поверхности антифрикционной кольцевой прокладки 4 плотно прилегают друг к другу, обеспечивая большую площадь контакта и низкие контактные напряжения. Расположение линий профиля рабочих поверхностей подшипника под углом α позволяет компенсировать действие радиальной нагрузки.
При наличии низких контактных напряжений смазка не выдавливается из рабочей части подшипника, и за счет ее адгезионных свойств она постоянно находится в зоне контакта. Это уменьшает трение и износ рабочих поверхностей. Наличие смазки в масляных канавках 4 позволяет компенсировать естественный расход смазки в рабочей зоне в результате длительной работы подшипника, которая проникает из масляных канавок 4 в рабочую зону при колебаниях внешней нагрузки и под действием вибраций.
Погрешность диаметра D (фиг. 1) дорожек качения колец 1 и 3, возникающая при их изготовлении, уменьшает фактическую площадь контакта рабочих поверхностей подшипника, но не приводит к линейному или точечному контакту и не вызывает разрушение антифрикционной прокладки 2. Под действием свойства текучести, которым обладает материал антифрикционной прокладки 2, ее толщина постепенной уменьшается в тех местах, где контактное напряжение повышенное и увеличивается там, где контактные напряжения меньше. Таким образом, постепенно контактные напряжения выравниваются и образуется плотное прилегание друг к другу рабочих поверхностей подшипника. Тем самым обеспечивается повышение надежности и долговечности подшипника.
n
v
Пример. Рассмотрим конструкцию подшипника 1118-2902840, используемого в верхней опоре передней подвести автомобилей семейства ВА3-Калина, Приора, Гранта. Верхний и нижний опорные кольца изготовили из стеклонаполненного полиамида ПА6. Между кольцами установили кольцевую прокладку, изготовленную из фторопласта Ф4 с модулем упругости E=800 МПа и коэффициентом Пуассона μ=0,4. Габаритные размеры подшипника: отверстие 61 мм, наружный монтажный диаметр 88 мм, высота Н=12 мм. Осевая динамическая нагрузка на подшипник составляет А=9550 Н. Радиальная динамическая нагрузка равна R=1250 Н. Профили рабочих поверхностей колец подшипника выполнены в виде двух прямых, пересекающихся под углом α=170° в точке, находящейся на поверхности цилиндра диаметром D. Заданный диметр окружности центра профиля опорных колец и антифрикционной прокладки равен D=75 мм. Размеры антифрикционной прокладки: наружный диаметр d=82 мм., внутренний диаметр d=68 мм., толщина h=1 мм.
v
n
Предположим, что в результате погрешности изготовления диаметр верхнего кольца получился равным D - 75,1 мм., а диаметр нижнего кольца получился равным D=74,9 мм. Таким образом, погрешность изготовления опорных колец составляет δ=0,2 мм. В результате этого с одной стороны от центра профиля минимальное расстояние между линиями профиля колец будет равно толщине антифрикционной прокладки, а с другой стороны этого профиля между рабочими поверхностями колец и антифрикционной прокладки образуется максимальный зазор. Из геометрических соображений несложно определить, что величина этого зазора будет равна:
Это очень маленькая величина. При внешней нагрузке менее 100 Н указанный зазор будет ликвидирован и при дальнейшем нагружении подшипника до рабочей нагрузки подшипник будет работать при плотном прилегании рабочих поверхностей опорных колец и антифрикционной прокладки.
Если бы с такой погрешностью изготавливались опорные кольца подшипника с тороидальными рабочими поверхностями, то антифрикционная прокладка была бы защемлена кромками рабочих поверхностей опорных колец и появилась бы высокая вероятность разрушения антифрикционной прокладки и преждевременного выхода подшипника из строя.
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает повышение надежности и долговечности подшипника.