УЗЕЛ БЕЗЛЮФТОВОГО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ
UNIT OF PLAY-FREE FRICTION BEARING

Изобретение относится к подшипнику скольжения с корпусом подшипника и введенной в него втулкой подшипника, причем втулка подшипника выполнена раскрытой вдоль продольной оси. Кроме того, изобретение относится к узлу безлюфтового подшипника скольжения с заданным скручивающим моментом.
Узлы безлюфтовых подшипников скольжения с прорезанной втулкой подшипника скольжения давно известны из уровня техники и находят различное промышленное применение, например, в шарнирах. При этом в качестве недостатка регулярно обнаруживается, что безлюфтовое расположение конструктивного элемента в подшипнике скольжения с заданным скручивающим моментом, в частности с очень малым скручивающим моментом, может быть достигнуто только с очень высокими техническими издержками, а во многих случаях даже вообще недостижимо.
Усилие сжатия и связанный с ним скручивающий момент по времени срока службы подшипника скольжения зависят от допусков на изготовление отдельных компонентов, износа, которому подвергнут подшипник скольжения при эксплуатации, а также колебаний температуры при эксплуатации. При колебаниях температуры заметны, в частности, различающиеся коэффициенты теплового расширения. Компенсация влияния названных факторов, в каждом случае только для одной ситуации в процессе эксплуатации с данной температурой, допуском на изготовление и износом, возможна при высоких технических издержках. Измененные условия эксплуатации неизбежно ведут к неконтролируемому изменению усилия сжатия и тем самым к измененному скручивающему моменту.
Поэтому в основе изобретения лежит задача создания подшипника скольжения и узла безлюфтового подшипника скольжения, причем подшипник скольжения и соответственно узел подшипника скольжения также могут быть использованы в работе при изменяющихся условиях эксплуатации и в течение всего срока службы со скручивающим моментом определенной величины.
Согласно изобретению задача решена посредством подшипника скольжения согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения благодаря тому, что корпус подшипника выполнен раскрытым вдоль продольной оси.
Согласно изобретению втулка подшипника и корпус подшипника выполнены раскрытыми вдоль продольной оси. Раскрытие вдоль продольной оси означает, в рамках настоящего изобретения, любой произвольный вырез, который пролегает через втулку подшипника или корпус подшипника и формирует незакрытую охватывающую поверхность соответствующего конструктивного элемента. Предпочтительно осевой вырез как в случае втулки подшипника, так и в случае корпуса подшипника выполнен как осевая прорезь.
Соответствующий изобретению подшипник скольжения предназначен для использования в широком диапазоне нагрузок. Так, возможно его долговременное применение в широком диапазоне условий нагружения при удельной нагрузке на подшипник  между 0,1 МПа и более 100 МПа и окружной скорости подшипника между 0,001 м/сек и максимально около 2 м/сек.
Скручивающий момент узла подшипника скольжения, реализуемого с соответствующим изобретению подшипником скольжения, может быть установлен практически произвольно посредством выбора жесткости корпуса. Жесткость корпуса подшипника скольжения при этом решающим образом зависит от свойств конструкционного материала корпуса, толщины материала и соответственно подобранных геометрических характеристик. Для очень малого скручивающего момента изготовлен корпус подшипника, предпочтительно из синтетического материала, в частности из поддающейся обработке методом литья под давлением пластмассы, и с малой толщиной стенки. Преимущественным образом при этом упомянутая пластмасса для изготовления корпуса распрыскивается вокруг втулки подшипника. Кроме того, в случае очень малого скручивающего момента корпус имеет предпочтительным образом малую толщину стенки.
В случае, если стремятся к большим скручивающим моментам, то корпус состоит предпочтительным образом из особенно жесткого, типичным образом из металлического конструкционного материала. При этом может говориться о литейных конструкционных материалах, в частности о стали или сплаве алюминия. Особенно преимущественным является применение сплава с эффектом структурной памяти (известный также как сплав с памятью формы). Он имеет свойство при температуре, выше специфичной для материала критической температуры, снова принимать свою более раннюю «сохраненную» форму. Сплавом, обнаруживающим такие свойства в особенной мере, является никельтитановый сплав.
Раскрытая в осевом направлении втулка подшипника может состоять из различных материалов. Преимущественным образом она имеет в качестве антифрикционного материала пластмассу, предпочтительным образом высокотемпературную пластмассу, особенно предпочтительным образом - фторопласт, в частности политетрафторэтилен, полиимид, полиамидимид, поливинилиденфторид, перфторалкоксисополимер, полиэфирэфиркетон, полиэтилен, в частности ультравысокомолекулярный полиэтилен или их комбинации.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения изобретения предусмотрено, что втулка подшипника содержит усиливающий материал. Он может состоять из металла, в частности меди, нержавеющей стали, хрома, никеля, цинка, сплава цинк-железо, железа, бронзы и/или алюминия или его сплава. Предпочтительным образом он имеет открытую структуру и выполнен, в частности, как плетеная структура, в частности как проволочное плетение, просечно-вытяжная металлическая сетка, нетканый материал, в частности как металлизированный нетканый материал и/или как перфорированный тонкий металлический лист.
Кроме того, у втулки подшипника согласно изобретению может быть предусмотрено, что антифрикционный материал втулки подшипника с тыльной стороны соединен с носителем. Он придает втулке подшипника особенную жесткость и к тому же улучшает ее формообразующие свойства. Носитель целесообразно выполнен из металла, предпочтительным образом стали, нержавеющей стали, меди, титана, бронзы, алюминия или его сплавов.
Втулка подшипника, выполненная раскрытой по продольной оси, может быть изготовлена различными способами. Особенно предпочтительным является ее выполнение в виде втулки подшипника, свернутой в трубу. Втулка подшипника, свернутая в трубу, изготавливается из непрерывного материала, например ламинированной или нарезанной политетрафторэтиленой пленки, с последующим технологическим шагом прессования в форме.
Предпочтительным является то, что втулка подшипника имеет, по меньшей мере, один осевой буртик, который, в том числе, предотвращает выпадение втулки подшипника из корпуса подшипника.
Задача решена также посредством узла безлюфтового подшипника скольжения благодаря тому, что вал посажен с натягом во втулку подшипника, при этом втулка подшипника и корпус подшипника расширяются.
У соответствующего изобретению узла подшипника скольжения корпус, раскрытый вдоль продольной оси и расширенный валом, посаженным с натягом во втулку подшипника, осуществляет постоянное сжимающее воздействие на вал и обеспечивает этим долговременное отсутствие зазора.
Если со временем габариты отдельных компонентов подшипника скольжения или узла подшипника скольжения изменяются вследствие колебаний температуры и/или износа, то это компенсируется посредством постоянного сжимающего воздействия раскрытого вдоль продольной оси корпуса таким образом, что сохраняются определенное сжимающее усилие и связанный с ним определенный скручивающий момент подшипника скольжения. Соответствующий изобретению узел подшипника скольжения может быть дополнительно предохранен в осевом направлении посредством второго буртика.
Усилие сжатия, а с ним скручивающий момент узла подшипника скольжения могут быть точно установлены посредством жесткости корпуса, в частности посредством используемого конструкционного материала и толщины стенки корпуса. Кроме того, желаемая жесткость может быть достигнута и благодаря соответствующей геометрии корпуса с ребрами усиления и так далее.
Вал, использованный в узле подшипника скольжения, предпочтительным образом с торцевой стороны имеет скругление или фаску. Это облегчает введение вала, изготовленного согласно изобретению с припуском для натяга, в подшипник скольжения.
Кроме того, вал должен иметь высокое качество поверхности, подходящее для работающего всухую подшипника скольжения. Шероховатость поверхности вала находится при этом целесообразным образом между 0,02 мкм и 1 мкм, предпочтительным образом - между 0,05 мкм и 0,8 мкм, в частности - между 0,1 мкм и 0,4 мкм.
Возможности применения соответствующего изобретению подшипника скольжения и соответствующего изобретению узла подшипника скольжения очень многообразны. Особенно предпочтительным является использование в автомобиле, где он имеет продолжительный срок эксплуатации при определенном и постоянном во времени скручивающем моменте при меняющихся условиях эксплуатации (температуре). Здесь является преимущественным, в частности, применение в управляемом подвесе блока фар («траекторный свет»), так как здесь убывающее со временем отсутствие люфта и сопровождающие это явление вибрации блока фар являются особенно заметными. Другие преимущественные применения возможны в шарнирах персональных компьютеров типа ноутбук, дверных шарнирах, в головках печатающих устройств или в угловых датчиках.
Далее изобретение подробнее поясняется чертежами предпочтительного варианта выполнения, на которых представлено следующее:
фиг.1 - соответствующий изобретению узел подшипника скольжения в качестве плавающего в осевом направлении подшипника в поперечном сечении;
фиг.2 - узел подшипника скольжения по фиг.1, на виде спереди по линии II - II;
фиг.3 - узел подшипника скольжения в качестве неподвижного подшипника, в поперечном сечении; и
фиг.4 - материал втулки узла подшипника скольжения согласно фиг.1, в поперечном сечении.
Соответствующий изобретению узел безлюфтового подшипника скольжения согласно фиг.1 содержит корпус подшипника 1, втулку 2 подшипника, вставленную в корпус подшипника, а также вставленный во втулку 2 подшипника вал 3 в качестве компонента подшипника, сопрягаемого с втулкой подшипника. Втулка 2 подшипника имеет на обоих своих концах соответственно по одному осевому буртику 2b, посредством которого реализована неподвижная, предохраненная от самопроизвольного выпадения посадка втулки 2 подшипника в корпус 1. Как заметно даже на фиг.1, как корпус 1 подшипника, так и втулка 2 подшипника являются раскрытыми вдоль продольной оси, причем осевые раскрытия корпуса 1 и втулки 2 выполнены соответственно как осевые прорези 1а, 2а.
У соответствующего изобретению узла подшипника скольжения вал 3 таким образом посажен с натягом во втулку 2 подшипника, что втулка 2 подшипника и корпус 1 подшипника расширяются. Вал 3 имеет, по меньшей мере, на одном своем конце закругление 3а, которое облегчает введение вала 3, выполненного с припуском относительно втулки 2 подшипника и корпуса 1 подшипника.
Посредством сжимающего и упругого воздействия расширившегося корпуса 1 обеспечено то, что узел безлюфтового подшипника скольжения в течение всего срока эксплуатации подшипника скольжения даже при меняющихся условиях эксплуатации имеет постоянный скручивающий момент. Воздействие на скручивающий момент оказывается при этом свойствами конструкционного материала корпуса 1 подшипника, использованной толщиной материала и геометрией корпуса.
На фиг.4 изображен материал втулки 2 узла подшипника скольжения в поперечном сечении. Он имеет на своей стороне, повернутой к компоненту подшипника, сопрягаемому с втулкой 2 подшипника, слой 5 из антифрикционного материала, предположительно политетрафторэтиленовый компаундный материал. Внутри слоя 5 предусмотрен усиливающий материал, который выполнен предположительно как проволочное плетение 6 и может состоять из меди, нержавеющей стали, хрома, никеля, цинка, сплава цинк-железо, железа, бронзы, и/или алюминия или его сплавов. С тыльной стороны слой 5 антифрикционного материала соединен с выполненным сплошным носителем 7. Он выполнен из металла, предпочтительно стали, качественной стали, меди, титана, бронзы, алюминия или его сплава.
Узел подшипника скольжения, изображенный на фиг.1-3, находит применение, например, в регулируемом блоке фар в автомобиле, где компонент «корпус подшипника» является основой, соединенной с кузовом автомобиля, а вал, со своей стороны, соединен с принимающим устройством регулируемого по горизонтали и/или вертикали узла блока фар. Если со временем габариты отдельных компонентов подшипника скольжения или узла подшипника скольжения изменяются вследствие колебаний температуры и/или износа, то это компенсируется благодаря постоянному сжимающему воздействию корпуса, раскрытого вдоль продольной оси таким образом, что сохраняются определенное усилие сжатия и связанный с ним определенный скручивающий момент подшипника скольжения.
Соответствующий изобретению узел подшипника скольжения делает возможным безлюфтовое размещение в подшипниковой опоре с заданным скручивающим моментом и при использовании втулки подшипника, раскрытой вдоль продольной оси. Поэтому теперь возможно также узел безлюфтового подшипника скольжения выполнить в виде игольчатого или шарикового подшипника.