НАПРАВЛЯЮЩАЯ СКОЛЬЖЕНИЯ С ПОЛИМЕРНЫМ ВКЛАДЫШЕМ

Предлагаемое техническое решение относится к приборостроению, а именно, к устройствам, обеспечивающим точное движение перемещаемой детали при широком диапазоне изменяющихся температур, знакопеременных нагрузок и др. В различных устройствах имеется деталь, которая перемещается под действием исполнительного механизма в осевом направлении, ограниченном специальной направляющей.
Если направляющая с малым коэффициентом трения плотно соприкасается с перемещаемой деталью, то при движении этой детали из-за трения увеличивается температура в соприкасаемых поверхностях. Следовательно, увеличивается и линейное температурное расширение материала детали в осевом и нормальном к нему направлениях. Это может приводить к заклиниванию перемещаемой детали.
Аналогом предлагаемому техническому решению является опорное устройство поворотной головки ветроагрегата [1]. Совпадающим признаком аналога и заявляемого предложения является наличие полимерного вкладыша, расположенного между неподвижным корпусом и движущейся деталью. Вкладыш обеспечивает уменьшение трения с перемещаемой деталью, что приводит к уменьшению перегрева из-за трения и уменьшению количества ситуаций, при которых происходит заклинивание перемещаемой детали. Недостатком аналога является то, что при более широком температурном диапазоне полимерный вкладыш увеличивается в размерах, что также может приводить к заклиниванию движения перемещаемой детали.
Прототипом является подшипник гребного вала морских судов [2]. Полимерный вкладыш в этом техническом решении имеет канавку вдоль направления движения перемещаемой детали. Поэтому, если при нагревании за счет трения увеличивается размер вкладыша в направлении, перпендикулярном направлению движения перемещаемой детали, то происходит затекание полимера в эту канавку. Это обеспечивает расширение диапазона температур, при котором не происходит заклинивания перемещаемой детали. Недостатком прототипа является то, что в направлении движения перемещаемой детали при нагревании может происходить значительное увеличение размеров вкладыша, особенно при сравнительно больших размерах вкладыша в направлении движения перемещаемой детали. Это может приводить к заклиниванию перемещаемой детали. Аналогичное заклинивание перемещаемой детали может происходить и в случае, если канавки расположены не продольно, а перпендикулярно направлению движения перемещаемой детали.
Задача полезной модели - обеспечить увеличение температурного диапазона движения перемещаемой детали при любых соотношениях длины и ширины вкладыша без заклинивания.
Указанная задача решается тем, что для увеличения температурного диапазона движения перемещаемой детали при любых соотношениях длины и ширины вкладыша, во-первых, в вкладыше созданы наклонные канавки, причем наклон канавок определяется соотношением между линейными температурными расширениями в продольном и перпендикулярном направлениях движения перемещаемой детали; во-вторых, созданы канавки на поверхности корпуса, соприкасаемой с поверхностью вкладыша; в-третьих, канавки на поверхности корпуса расположены со сдвигом на полшага.
Вкладыши обычно выполнены из вещества, имеющего равные коэффициенты линейного теплового расширения в продольном и перпендикулярном направлениях движения перемещаемой детали. Поэтому наклон канавок обычно 45 градусов.
Технический результат - предотвращение заклинивания перемещаемой детали, достигаемое за счет того, что при увеличении температуры полимер вкладыша затекает в канавки пропорционально величине его линейного теплового расширения в продольном и перпендикулярном направлениях к направлению движения детали. Дополнительным положительным эффектом является наличие канавок с обеих сторон вкладыша.
Предлагаемое решение иллюстрируется Рис.а и Рис.б, на которых показано осевое сечение направляющей скольжения. Направляющая состоит из неподвижного металлического корпуса (плиты, втулки) 1 и полимерного вкладыша 2. Направляющая определяет осевое движение перемещаемой детали 3. Вкладыш является монолитным и устанавливается с небольшим натягом, исключающим деформацию. Эта деформация могла бы снижать точность движения, если бы поверхности корпуса 1 и вкладыша 2 были бы гладкими.
1
3
4
2,
1
2
3
4
1
2
3
4
На поверхностях корпуса 1 и вкладыша 2, контактирующего с поверхностью перемещаемой детали 3, созданы круговые канавки 4 и 5, расположенные параллельно друг другу. Кроме того, как отмечалось ранее, для уменьшения эффекта заклинивания канавки 4 и 5 смещены на полшага друг относительно друга. Также для уменьшения заклинивания ширина канавок, как на корпусе, так и на вкладыше больше расстояния между ними: h>h, h>h h+h=h+h , где h - ширина канавки корпуса, h - расстояние между канавками корпуса, h - ширина канавки вкладыша, h - расстояние между канавками вкладыша.
В случае повышения температуры материал полимерного вкладыша, имея больший коэффициент линейного теплового расширения, чем материал корпуса или детали, затекает в канавки корпуса (Рис.б). Это приводит к увеличению площади неподвижного контакта корпуса и вкладыша, и, соответственно, приводит к уменьшению эффекта заклинивания и повышению плавности движения.
Профиль канавок имеет форму либо трапеции (Рис.а), либо прямоугольника с закругленными углами (кромками) (Рис.б). Изготовление предлагаемой формы канавок осуществимо на универсальном оборудовании (токарном или фрезерном станке). Трапецеидальная форма канавок или округление кромок канавок уменьшает концентрацию напряжений в местах контакта корпуса 1 и вкладыша 2. При этом при более высоких температурах (более 30°С) эффективнее применять канавки с округленными кромками.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает как уменьшение трения перемещаемой детали, так и предотвращение ее заклинивания из-за возможности затекания полимера вкладыша в канавки при температурном расширении полимера, как вдоль направления движения, так и в перпендикулярном к нему направлении. Это достигается вследствие применения канавок на поверхностях вкладыша под углом, отличающимся от прямого угла. Причем, канавки расположены параллельно между собой, созданы с обеих сторон полимерного вкладыша, смещены на полшага друг относительно друга и имеют определенную форму.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство. RU №2054578 С1, МПК F03D 11/04/
2. Авторское свидетельство. RU №2385256 С1, МПК В63Н 23/34, В63Н 23/36.