ОПОРНО-УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ
THRUST AND RADIAL FRICTION BEARING

Изобретение относится к маломоментным подшипникам скольжения и может найти применение в тех областях техники, где требуется получить от опорно-упорного подшипника скольжения, при малых скоростях вращения и значительных переменных нагрузках, действующих в радиальном и осевом направлениях, высокую стабильность положения вращающегося элемента относительно оси его вращения, например в машиностроении, приборостроении, при использовании в измерительной и испытательной аппаратуре, применении при исследовании и испытании приборов и устройств, чувствительных в радиальном и осевом направлениях к действующим на них переменных по величине и направлению усилиям.
Известны опорно-упорные подшипники скольжения, в которых установлены два пакета упорных колодок, размещенных в корпусе подшипника по обе стороны упорного диска, сообщающиеся в разгрузочных полостях с полостями нагнетания и слива смазки. Однако в этих конструкциях не предусмотрена компенсация смещения, действующего на вращающийся элемент в осевом направлении переменного по величине и направлению усилия, без изменения несущей способности подшипника, а также одновременно велики потери смазывающей субстанции.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности признаков является устройство (а.с. SU №593014,  кл. F 16 С 32/06), содержащее корпус с каналами подвода смазки под давлением от источника питания и отвода смазки, разъемный вкладыш, охватывающий цапфу вала и имеющий отверстия для подвода смазки в рабочий зазор.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве при изменении ориентации его оси в пространстве возможно изменение величины его зазора в осевом и радиальном направлениях.
Технический результат, на достижение которого направленно заявленное изобретение, заключается в повышении стабильности положения вращающегося элемента опорно-упорного подшипника скольжения относительно геометрической оси его вращения в радиальном направлении, а также устойчивости и возможности компенсировать действующие на него переменные по величине и направлению усилия в осевом направлении.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения, достигается тем, что в известном изобретении содержащим корпус с установленными в нем пресс-масленками, сообщающимися с каналами, обеспечивающими поступление под давлением в рабочий зазор смазки, цапфу корпуса, охватывающий цапфу корпуса выполненный разъемным и состоящий из двух частей вкладыш поворотной платформы, когда рабочий зазор между цапфой корпуса и вкладышем поворотной платформы выполнен по форме однополостного гиперболоида, а вкладыш состоит из двух, примыкающих друг к другу торцами малых диаметров пластин, между которыми для регулировки зазора подшипника помещают листы фольги, в которых выполнены три серии сквозных отверстий, где в первую серию отверстий установлены без зазора два штифта, ориентирующие при сборке единым образом друг относительно друга части разъемного вкладыша, во вторую серию сквозных отверстий установлены и соединены друг с другом болты с гайками и шайбами, крепящие пластины вкладыша, в третьей серии сквозных отверстий размещены болты с гайками и шайбами для крепления плиты с полезным грузом, при этом в обеих частях вкладыша с внешних сторон второй и третьей серии отверстий выполнены углубления, в которых размещены утопленные в них головки болтов и гайки с шайбами.
Такая конфигурация поверхности зазора между вкладышем поворотной платформы и цапфой корпуса опорно-упорного подшипника, имеющими сопрягаемые между собой контактные поверхности однополостных гиперболоидов с одинаковыми геометрическими параметрами, ориентирует ось взаимного их центрирования очень жестко. Будучи совмещены в единой жесткой конструкции с обеспечением точного и жесткого восстановления этого совмещения после производимых необходимых при эксплуатации разборок, вкладыш поворотной платформы и цапфа корпуса опорно-упорного подшипника получают эффект взаимного самоцентрирования, которое сохраняется при различном положении плоскости поверхности грузовой платформы.
Наличие двух примыкающих торцами малых диаметров пластин позволяет собирать опорно-упорный подшипник скольжения, при этом наличие между этими местами пластин вкладыша поворотной платформы нескольких листов фольги позволяет при эксплуатации регулировать величину рабочего зазора между цапфой корпуса и вкладышем поворотной платформы.
Три серии отверстий с установленными в них штифтами и болтами с гайками и шайбами носят технический характер, обеспечивающий единую относительно друг друга сборку частей вкладыша поворотной платформы как между собой, так и с полезным грузом подшипника.
Выполненные во второй и третьих сериях отверстий углубления с внешних сторон плит вкладышей поворотной платформы носят часто технический характер, так как в них утоплены головки и гайки с шайбами.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление сведений об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом объеме, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности в заявленном изобретении не предусматриваются следующие преобразования, поэтому заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
На фиг.1 представлен в изометрии разрез заявляемого опорно-упорного подшипника скольжения; на фиг.2 представлен диаметральный разрез заявляемого опорно-упорного подшипника скольжения; на фиг.3 представлен вид сверху заявляемого опорно-упорного подшипника скольжения, а на фиг.4 представлены фокальные свойства гиперболы, а также возможность построения поверхности однополостного гиперболоида семействами прямолинейных образующих.
Заявленный опорно-упорный подшипник скольжения ( Фиг.2., Фиг.3) представляет собой корпус 1 (в простейшем случае кольцо с опорами и отверстиями для крепления Фиг.1), в отверстии кольца которого выполнена поверхность однополостного гиперболоида, являющаяся цапфой 2 корпуса 1. В корпусе 1 выполнено один или несколько каналов 3 для ввода смазки, на входе которых выполнены резьбы 4, в которых установлены пресс-масленки 5.
Поворотная платформа 6 (Фиг.1) выполнена из двух вкладышей 7 и 8, скрепленных вместе болтами 9, гайками 10 с шайбами 11, установленными в сквозных отверстиях 12 для болтов в первом вкладыше 7, совмещенных со сквозным отверстием 13 для болтов во втором вкладыше 8.
Совпадения отверстий для винтов 9 определяется предварительным размещением мест установки штифтов 14. Это достигается тем, что первый вкладыш 7 совмещают со вторым вкладышем 8, предварительно уложив между ними несколько слоев фольги 15, при этом общая толщина сложенных слоев фольги не может превышать 0,5 мм в сжатом виде. Затем в сквозные отверстия 16 для штифтов 14 в первом вкладыше 7 и сквозные отверстия 17 для штифтов 14 во втором вкладыше 8 устанавливают штифты 14. Штифты 14 и устанавливаемые во вкладышах 7 и 8 болты 9 с гайками 10 и шайбами 11, устанавливаемые в сквозных отверстиях 12 и 13, обеспечивают необходимую жесткость и относительную неподвижность скрепленным вместе вкладышам 7 и 8 по отношению друг к другу.
С внешней стороны второй и третьей групп отверстий у вкладышей 7 и 8 отверстия 12 и 13 разделаны углублениями 18 и 19, в которых размещены утопленные в них головки болтов 9 и гайки 10 с шайбами 11.
Цапфа 2 корпуса 1 в скользящем подшипнике контактирует с поверхностью 20, по форме являющейся также однополостным гиперболоидом.
Для подвода смазки к рабочему зазору, образованному поверхностями цапфы 2 и поверхностью 20 вращающегося элемента опорно-упорного подшипника скольжения, в самой цапфе 2 выполнены несколько отверстий 21, обеспечивающих подвод смазки от каналов 3.
Для крепления опорно-упорного подшипника в какую-либо установку в виде отдельного монтируемого элемента в корпусе 1 опорно-упорного подшипника выполнены отверстия 22, предназначенные для крепящих этот подшипник болтов. В случае выполнения у поворотной платформы 6 вкладыша 7 несколько более толще вкладыша 8 вкладыш 7 будет возвышаться небольшим уступом 23 над плоскостью корпуса 1, что более удобно при креплении плиты для размещения и установки полезного груза.
Заявляемый опорно-упорный подшипник скольжения работает следующим образом. Смазку через пресс-масленки 5 нагнетают под давлением через каналы 3 и отверстия 21 в зазор между поверхностью 20 цапфы 2 корпуса 1 и поверхностью 23 поворотной платформы 6, состоящей из вкладышей 7 и 8 опорно-упорного элемента подшипника скольжения. Вращая поворотную платформу 6, добиваются заполнения смазкой всего зазора между цапфой 2 и поверхностью 23 поворотной платформы 6, что будет чувствоваться по значительному изменению момента сопротивления вращения платформы 6, так как под действием подаваемой под значительным давлением смазки поворотная платформа как бы всплывает относительно гиперболической поверхности цапфы на величину минимального в любой своей точке зазора, а так как параметры поверхностей скольжения как цапфы, так и вращающегося элемента предлагаемого опорно-упорного подшипника схожи или близки, то и отличия реальных величин радиусов в совмещаемой по высоте зоне их минимальных значений минимизировано.
Такой зазор ориентирует ось взаимного положения поворотной платформы 6 и цапфой 2 корпуса 1 опорно-упорного подшипника очень жестко при различной ориентации этого подшипника при эксплуатации относительно горизонта, а так как контактная поверхность заявляемого опорно-упорного подшипника скольжения относительно велика, а удельное давление не велико, то точное восстановление положения поворотной платформы 6 не потребует значительных усилий.
a
a
a,
a
1
2
2
1
<mrow><mfrac><mrow><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><msup><mi>z</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
В работе заявляемого опорно-упорного подшипника скольжения, особенно в определении его устойчивости и жесткости используются фокальные свойства гиперболы, которые определяются как геометрическое место точек, для каждой из которых разность расстояний до двух заданных точек (фокусов) есть величина постоянная (=2), при этом точки, для которых r-r=2, принадлежат одной ветви гиперболы - левой, точки для которых r-r=2 - другой ее ветви, правой. Вращением гиперболы вокруг мнимой оси может быть получена поверхность однополостного гиперболоида, определяемого формулой
, где  и b являются действительными полуосями, а c - мнимая ось. При этом однополостный гиперболоид имеет два семейства прямолинейных образующих:
<mrow><mfrac><mi>x</mi><mi>a</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mi>z</mi><mi>c</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mi>y</mi><mi>b</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext></mrow>
<mrow><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>x</mi><mi>a</mi></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>z</mi><mi>c</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mi>y</mi><mi>b</mi></mfrac></mrow>
первое
и
;
<mrow><mfrac><mi>x</mi><mi>a</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mi>z</mi><mi>c</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>ν</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mi>y</mi><mi>b</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext></mrow>
<mrow><mi>ν</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>x</mi><mi>a</mi></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>z</mi><mi>c</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mi>y</mi><mi>b</mi></mfrac></mrow>
и второе
и
,
где u и ν - произвольные величины.
В обеих семействах прямолинейные образующие отличаются своим наклоном, точнее направлением наклона. При необходимости контактного сопряжения поверхностей однополостных гиперболоидов надо чтобы эти прямолинейные образующие только перекрещивались, что исключит их заклинивание и не будет создавать дополнительных местных усилий. Это определяет необходимость сопряжения поверхностей однополостных гиперболоидов одинакового размера и наклона прямолинейных образующих для работы в качестве контактирующих поверхностей скольжения.
Дополнительным положительным эффектом заявляемого опорно-упорного подшипника является его ремонтопригодность, при выполнении его корпуса не из одной пластины, а из двух или трех.
Источники информации
1. Описание изобретения к а.с. СССР №338698, автор B.C. Титов кл. F16C 17/06, F01D 25/16 1970 г. Опорно-упорный подшипник скольжения.
2. Описание изобретения к а.с. СССР №796503, автор B.C. Титов кл. F16C 17/06, F01D 25/16 1973 г. Опорно-упорный подшипник скольжения.
3. Описание изобретения к а.с. СССР №88402, автор B.C. Титов кл. F16C 17/06, F01D 25/16 1973 г. Опорно-упорный подшипник скольжения.
4. Описание изобретения к а.с. СССР №593014, авторы Е.И. Шпакунов и В.Н. Сахаров кл. F16C 32/06 1974 г. Газовая опора. - прототип.
5. Описание изобретения к а.с. СССР №637564, авторы Э.В. Коргичев и О.Т. Оснач, кл. F16C 35/08. Подшипниковый узел.
6. Бронштейн И.Н. и Смендяев К.А. Справочник по математике. Изд. Седьмое, стереотипное. Гос. изд. технико-теоретической литературы, М.,1957 г., стр.193-197, 208-210, 228-233.
7. Избранные главы высшей математики для инженеров и студентов вузов. А.Р. Янпольский. Гиперболические функции. Физматгиз. М., 1960, стр.7-16, 92-121.