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 по технической сущности к 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, (RU №191208, F16C 17/04, F16C 33/02, опубл. 29.07.2019, бюл. №22 - прототип). По центру рабочих поверхностей выполнена кольцевая масляная канавка, заполненная смазкой.
Недостатком данной конструкции является возможность нарушения плотного прилегания верхнего и нижнего колец под действием радиальной нагрузки. Если угол между линиями профиля рабочих поверхностей колец подшипников слишком велик, то под действием радиальной нагрузки одно кольцо может сместиться по отношению к другому, что снижает надежность подшипника.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы подшипника.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение такого угла профиля, при котором предотвращается возможность смещение одного кольца подшипника по отношению к другому под действием комбинированной внешней нагрузки.
o
o
o
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, угол профиля рабочих поверхностей опорных колец составляет α<α+arcsin(2ƒ), где α - оптимальный угол профиля, равный α=π-2⋅β, β - угол между результирующей внешней нагрузки на подшипник и его осью вращения, ƒ - коэффициент трения-скольжения между рабочими поверхностями подшипника.
При указанном угле профиля рабочих поверхностей подшипника предотвращается возможность смещения под действием комбинированной внешней нагрузки одного кольца подшипника по отношению к другому. При верхнем предельном угле профиля колец относительное смещение колец отсутствует, так как составляющая внешней нагрузки, направленная вдоль поверхности контакта колец и стремящаяся сместить кольца, уравновешивается силой трения на поверхности контакта. При оптимальном угле профиля вообще отсутствует составляющая внешней нагрузки, стремящаяся сместить одно кольцо подшипника по отношению к другому. При угле профиля рабочих поверхностей опорных колец меньшем оптимального значения составляющая внешней нагрузки, действующая вдоль поверхности контакта колец, направлена так, что прижимает кольца друг к другу, и, следовательно, также делает невозможным относительное смещении колец. Таким образом, во всем указанном диапазоне угла профиля рабочих поверхностей колец подшипника становится невозможным смещение одного кольца по отношению к другому, что обеспечивает повышенную надежность работы 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 1, нижнее 3 опорные кольца, изготовленные из стеклонаполненного 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 пересекающихся прямых, расположенных под углом профиля, равным
o
0
где α - оптимальный угол профиля, равный α=π-2⋅β, рад;
β - угол между результирующей внешней нагрузки на подшипник и его осью вращения, рад;
ƒ - коэффициент трения-скольжения между рабочими поверхностями подшипника.
По центру профиля дорожек скольжения колец 1 и 3 выполнена масляная канавка глубиной h и шириной b (фиг. 2). На рабочих поверхностях колец 1 и 3 и в канавках 4 находится пластичная смазка.
o
o
o
Опорный подшипник скольжения работает следующим образом. Подшипник нагружают осевой силой А и радиальной силой R, результирующая которой Р направлена под углом β к его оси вращения (фиг. 1), а одному из опорных колец, например, верхнему кольцу 1, придают вращение или качание вокруг оси подшипника. Если угол профиля рабочих поверхностей подшипника α=α, то результирующая внешней нагрузки направлена перпендикулярно ребру профиля рабочих поверхностей. В этом случае в подшипнике обеспечиваются минимальные контактные напряжения и отсутствует составляющая внешней нагрузки, стремящаяся сместить одно кольцо подшипника по отношению к другому. Но вследствие неточности изготовления колец подшипника угол профиля рабочих поверхностей может получиться больше оптимального значения α. При α>α между результирующей силой Р и силой F, действующей на рабочие поверхности, возникнет угол γ=0,5(α+2β-π), на рабочие поверхности будет действовать повышенная нагрузка, равная (фиг. 2):
и появится составляющая нагрузки, направленная вдоль профиля рабочих поверхностей, равная:
Действию этой силы T, стремящейся сместить одно кольцо подшипника по отношению к другому, противостоит сила трения, равная F⋅ƒ, где ƒ - коэффициент трения-скольжения между рабочими поверхностями подшипника. При условии
смещение колец не произойдет.
Подставляя в равенство (4) выражения (2) и (3), найдем:
Из равенства (5) несложно определить допустимые значения угла профиля рабочих поверхностей колец подшипника, при котором сила трения будет превышать силу смещения колец:
где
При выполнении условия (6) предотвращается смещение колец относительно друг друга и тем самым решается задача повышения надежности работы подшипника.
Пример. Рассмотрим конструкцию подшипника 1118-2902840, используемого в верхней опоре передней подвести автомобилей семейства ВАЗ-Калина, Приора, Гранта. Осевая динамическая нагрузка на подшипник составляет А=9550 Н, радиальная динамическая нагрузка равна R=1250 Н.
Исходя из этих условий найдем:
По формуле (7) найдем оптимальный угол профиля рабочих поверхностей подшипника:
o
α=π-2⋅β=π-2⋅0,131=2,878 рад.
Допустимый диапазон угла профиля
o
α<α+arcsin(2ƒ)=2,878+arcsin(2⋅0,1)=3,075 рад.
При α<3,075 рад. предотвращается смещение колец и тем самым повышается надежность работы опорного подшипника.