РЕЗИНОВЫЙ ПОДШИПНИК
RUBBER BEARING

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидротурбиностроению, судостроению, в частности к узлам трения гидромашин, гребных валов, валов насосов, работающих при высоких скоростях скольжения в водной среде.
Известны резиновые подшипники скольжения, содержащие корпус с резинометаллическими вкладышами, с кольцевыми, осевыми и винтовыми канавками, обеспечивающие нормальную работу подшипника при гидродинамической смазке водой (см. книгу А.П. Давыдов «Резиновые подшипники в машиностроении», изд. 2-е, Ленинград, «Машиностроение», 1976 г., стр. 15, 67 и др.). Такие подшипники широко применяются и обеспечивают длительную работу подшипника при скоростях вращения до 25 м/с. Однако кратковременное отсутствие смазки водой в подшипнике создает аварийную ситуацию (см. стр. 188-190 упомянутой выше книги), что является существенным недостатком таких конструкций.
Известны также резинометаллические подшипники, например а.с. СССР №573893, 1957 г. кл. 47в, 7. Такой подшипник содержит ограничивающий деформации резины жесткий каркас из металла или пластмассы. Главным недостатком указанных конструкций является невозможность обеспечения работоспособности при небольших износах из-за появления недопустимых вибраций.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является резиновый подшипник (а.с. СССР №97580, 1952 г. по кл. 47в, 4), состоящий из корпуса и обрезиненной металлической втулки, установленной в корпусе с возможностью вращения относительно вала и корпуса. Недостатками такого типа резиновых подшипников является сложность конструкции, необходимость создания полости с подачей консистентной смазки, необходимость применения дополнительных резиновых манжет.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эксплуатационной надежности и упрощение конструкции резинового подшипника за счет исключения вращения вала по резиновой поверхности под нагрузкой при отсутствии подачи воды с обеспечением вращения вала с опорой на элементы вращения в виде колец из антифрикционного композита.
Поставленная цель достигается тем, что резиновый подшипник снабжен элементами вращения из антифрикционного композита в виде заформованных заподлицо в резиновый слой колец трапециевидного сечения с радиальными и кольцевыми каналами, связанными с обрезиненной поверхностью вращения подшипника.
Повышение эксплуатационной надежности достигается вращением вала подшипникового узла с опорой по кольцам из антифрикционного композита при прекращении подачи воды в резиновый подшипник. Деформации элементов вращения колец из антифрикционного композита значительно (в десятки, сотни раз) меньше деформаций резинового слоя (0,2÷0,3 мм) при вращении вала, и вращение, при отсутствии гидродинамической смазки водой, происходит по антифрикционному композиту.
Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:
- наличие в резиновом слое элементов вращения - заформованных заподлицо колец трапециевидного сечения из антифрикционного композита;
- частичное размещение трапециевидных колец в кольцевых трапециевидных пазах металлической втулки и обрезиненного слоя с исключением выхода колец из пазов;
- выполнение в кольцах из антифрикционного композита радиальных и осевых каналов, связанных с поверхностью вращения вала подшипника.
Все признаки в совокупности позволят повысить эксплуатационную надежность резинового подшипника скольжения.
Указанные признаки конструктивно и технологически взаимосвязаны и являются существенными, так как каждый из них, и в отдельности, и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата - повышения нагрузочной способности и надежности вкладыша подшипника скольжения. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие предложенного технического решения критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данное техническое решение является результатом НИОКР по повышению надежности и нагрузочной способности подшипников скольжения гидротурбин, по повышению технологичности их изготовления. Решение неочевидно, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Описание чертежей и предпочтительного варианта осуществления изобретения
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез подшипника, на фиг. 2 - разрез А-А фигуры 1, на фиг. 3 - вид на поверхность вращения обрезиненного сектора, на фиг. 4 - кольцо из антифрикционного композита с разрезами по каналам для воды, на фиг. 5 - вид Б-Б на фиг. 4.
Резиновый подшипник содержит корпус 1, в котором установлена обрезиненная металлическая втулка 2, в резиновом слое 3 и металлической втулке выполнены единые трапециевидные пазы, в которые с возможностью вращения заподлицо с резиной заформованы кольца 4 из антифрикционного композита. Пазы и кольца выполнены трапециевидного сечения и обеспечивают надежную фиксацию колец в металлической втулке и резиновом слое. Кольца из антифрикционного композита выполнены с радиальными 5 и кольцевыми 6 каналами, связанными с поверхностью вращения вала. По каналам на поверхность вращения трапециевидных колец поступает вода и позволяет обеспечить практически безызносную работу колец или с износом, сопоставимым с износом резинового слоя. Возможность вращения композитных колец по валу и металлической втулке позволяет избежать разрушения резинового слоя при случайном отсутствии смазки водой или при попадании между валом и подшипником инородных тел. Кроме того, наличие жестких композитных колец позволяет регулировать зазор между валом и резиновым слоем подшипника по высоте или длине подшипника (при горизонтальном вале) за счет прилегания вала к жестким кольцам, установленным равномерно по высоте (длине) подшипника.
Пример конкретного выполнения резинового подшипника
В качестве резинового слоя металлической втулки из стали 3 использована резина 4Э-1386 тв. 78±3 ед. по Шору А, адгезионные свойства резины к втулке обеспечиваются системой клеев Хемосил, в качестве антифрикционного композита для колец трапециевидного сечения используется материал УСЭК на основе углеродных волокон УКН-5000 с фторопластом и дисульфидом молибдена с допустимым давлением при сжатии до 250 МПа. При изготовлении кольца трапециевидного сечения устанавливаются в прессформу для вулканизации резины со смазкой по поверхностям вращения и после вулканизации проверяются на возможность легкого вращения в резиновом слое и пазах втулки. Каналы в кольцах обеспечивают при эксплуатации смазку водой с минимальным износом. При кратковременном отсутствии смазки водой вращающиеся композитные кольца воспринимают давление вала и предохраняют резиновый слой от разрушения.
Разработанный резиновый подшипник обеспечивает длительную работу подшипника при смазке водой и кратковременную работу (до 10 минут) без воды. Испытания на стенде резинового подшипника ⌀340 мм высотой 250 мм с двумя композитными кольцами шириной по 20 мм при скорости вращения 12 м/с обеспечили работу подшипника без вибраций и разогрева выше 100°C в течение 12-15 минут, такое время достаточно для устранения аварийных ситуаций.
Новое техническое решение воспроизводимо промышленным способом и востребовано промышленностью при разработке подшипников гидротурбин, насосов, гребных валов и др.