ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к подшипникам скольжения, в частности к конструкции подшипников с керамической парой трения и может быть использована в узлах трения, предназначенных для работы в узлах и агрегатах, работающих в условиях агрессивных сред и наличия интенсивного гидроабразивного износа.
Керамический подшипник скольжения содержит наружную втулку и внутреннюю втулку. Внутренняя втулка керамического подшипника, как правило, состоит из двух частей - металлической втулки для посадки на вал и керамической втулки. Керамическая втулка закреплена на металлической втулке и является частью керамической пары трения подшипника. Одним из важных моментов при создании таких втулок является обеспечение отсутствия взаимных перемещений металлической и керамической втулок.
Известен керамический подшипник скольжения (Патент RU №2190786 «Подшипник скольжения (варианты), опуб. 10.10.2002) внутренняя втулка которого содержит металлическую втулку, выполненную по своей длине со ступенчатой формой поверхности, образованной центральными и концевыми участками. Концевые участки предназначены для соединения с валом. Центральный участок выполнен со сквозными продольными прорезями в его поперечном сечении. Металлическая втулка плотно закреплена в керамической втулке только на длине ее центрального участка.
Такое крепление керамической втулки предназначено для уменьшения разрушающих растягивающих напряжений во внутренней втулке керамической пары трения за счет упругой радиальной деформации центрального участка металлической втулки, но не обеспечивает надежное отсутствие взаимных перемещений металлической и керамической втулок. Это связано с тем, что при таком закреплении керамической втулки на металлической втулке отсутствуют конструктивные элементы, препятствующие вращению керамической втулки относительно металлической вокруг общей оси вращения подшипника.
th
Известен керамический подшипник (Proceedings of the 14 International Pump Users Symposium. C.116, тип.8. Copyright 1996, http://www.waukbearing.com/new/literature/) внутренняя втулка которого содержит
металлическую втулку, имеющую внешний кольцевой буртик, снабженный кольцевой проточкой, и расположенный со стороны одного из торцов втулки. На этой металлической втулке расположена керамическая втулка, один из торцов которой размещен в кольцевой проточке на буртике металлической втулки. Со стороны другого торца керамической втулки установлено кольцо, жестко скрепленное с металлической втулкой, которое также имеет кольцевую проточку для размещения другого торца керамической втулки. Фиксация керамической втулки осуществляется за счет силы трения, возникающей вследствие поджатия торцов керамической втулки к соответствующим поверхностям металлической втулки и кольца.
Такая конструкция внутренней втулки керамического подшипника не обеспечивает надежное отсутствие проворота керамической втулки относительно металлической втулки. Это обусловлено тем, что при таком закреплении керамической втулки на металлической втулке отсутствуют конструктивные элементы, препятствующие вращению керамической втулки относительно металлической вокруг общей оси вращения подшипника.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является керамический подшипник скольжения (сайт http://www.virial.ru/picture/bearing.jpg), содержащий наружную втулку и внутреннюю втулку, состоящую из металлической втулки и закрепленной на ней керамической втулки. Один из торцов металлической втулки снабжен расположенным снаружи кольцевым буртиком. На одном из торцов керамической втулки выполнены диаметрально противоположно два паза, например, U-образной формы. При размещении керамической втулки на металлической втулке, один ее торец опирается на буртик металлической втулки. Другой торец керамической втулки взаимодействует с металлическим замыкающим кольцом, имеющим два выступа для размещения в пазах керамической втулки, форма которых соответствует форме пазов втулки. Замыкающее кольцо закрепляется неподвижно на металлической втулке, например, приваривается. Закрепление керамической втулки относительно металлической осуществляется посредством опоры одного торца на кольцевой буртик металлической втулки, а также за счет размещения выступов замыкающего кольца в соответствующих им пазах керамической втулки. Такое крепление керамической втулки на металлической втулке обеспечивает надежное отсутствие взаимных перемещений втулок относительно друг друга,
однако, при взаимодействии металлических выступов замыкающего кольца с пазами керамической втулки, создаются концентраторы напряжений, увеличивающие опасность разрушения хрупкого материала керамической втулки в пазах, которые являются областями контакта керамической втулки с выступами металлической втулки.
Заявляемой полезной моделью решается задача повышения эксплуатационной надежности керамического подшипника скольжения.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого подшипника скольжения, заключается в исключении возможности возникновения концентраторов напряжений на керамической втулке, при отсутствии взаимных перемещений металлической и керамической втулок, составляющих внутреннюю втулку подшипника.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в керамическом подшипнике скольжения, содержащем керамическую пару трения, образованную наружной втулкой и внутренней втулкой, которая состоит из металлической втулки и установленной на ней с возможностью упора одного из торцов керамической втулки, другой торец которой закреплен посредством фиксирующего элемента, при этом фиксирующий элемент жестко связан с металлической втулкой, торцевые поверхности керамической втулки и фиксирующего элемента выполнены со скосом, обеспечивающим сопряжение этих поверхностей, препятствующее возможности поворота керамической втулки относительно металлической.
Металлическая втулка внутренней втулки керамического подшипника скольжения может быть выполнена с внешним кольцевым буртиком, расположенным со стороны одного из ее торцов. При размещении керамической втулки на металлической втулке один из торцов керамической втулки упирается в этот буртик. Металлическая втулка может быть выполнена, например, из стали 40×13.
Фиксирующий элемент для закрепления керамической втулки на металлической втулке, может быть выполнен, например, в виде металлического стопорного кольца, например из стали 40×13.
Керамическая пара трения может быть выполнена, например, из реакционноспеченного карбида кремния.
Жесткое скрепление фиксирующего элемента с металлической втулкой обеспечивается, например, развальцовкой специального буртика металлической
втулки на прилегающую поверхность стопорного кольца или точечной лазерной сваркой.
Величину угла а скоса торцевых поверхностей керамической втулки и фиксирующего элемента рекомендуется выполнять большим или равным 2°, но меньшим 5°. Такое ограничение вызвано тем, что при выполнении угла скоса меньшим 2°, технологически сложно обеспечить точность выполнения углов на каждой из сопрягаемых поверхностей. Это может привести к тому, что не будет обеспечена необходимая поверхность их сопряжения. С другой стороны угол скоса не рекомендуется выполнять больше 5°, так как это приведет к необоснованному уменьшению рабочей зоны керамической пары подшипника.
При возникновении условий функционирования подшипника отличных от рабочих режимов (заклинивание керамической пары трения), на керамической втулке возникает момент сил, который может привести к перемещению керамической втулки относительно металлической втулки, а именно к вращению вокруг общей оси вращения подшипника.
Отличительной особенностью предлагаемого подшипника является обеспечение сопряжения торцевых поверхностей керамической втулки и фиксирующего элемента посредством выполнения торцевых поверхностей со скосом. Такое сопряжение обеспечивает возникновение реакции опоры стопорного кольца, которая противодействует перемещению керамической втулки вокруг оси. Кроме того, при таком взаимодействии торцевых поверхностей керамической втулки и стопорного кольца, не возникают концентраторы напряжения на керамической втулке. Это значительно снижает опасность разрушения хрупкого материала керамической втулки и соответственно повышает эксплуатационную надежность керамического подшипника скольжения.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - Керамический подшипник скольжения. Фиг.2 - Внутренняя втулка керамического подшипника. Фиг.3 - а) - Стопорное кольцо.
в) - Керамическая втулка.
Подшипник содержит (см. фиг.1) наружную втулку 1 и внутреннюю втулку 2. Внутренняя втулка 2 (см. фиг.2) состоит из металлической втулки 3, на которой размещена керамическая втулка 4. При этом один из торцов керамической втулки 4 опирается на кольцевой буртик 5 металлической
втулки 3. Второй торец керамической втулки 4 взаимодействует с торцевой поверхностью стопорного кольца 6, которое жестко скреплено с металлической втулкой 3, например развальцовкой специального буртика (не показано) металлической втулки 3 на прилегающую поверхность стопорного кольца 6. Сопрягаемые торцевые поверхности керамической втулки 4 (фиг.3а) и стопорного кольца 6 (фиг.3б) выполнены со скосом.
В процессе работы керамического подшипника скольжения крутящий момент передается с вала, через шпоночное соединение на внутреннюю втулку 2 подшипника скольжения. Так как стопорное кольцо 6 жестко соединено с металлической втулкой 3, крутящий момент передается на керамическую втулку 4 по поверхности сопряжения стопорного кольца 6 и керамической втулки 4. Тем самым исключается возможность проворота керамической втулки 4 относительно металлической втулки 3. В связи с тем, что сопрягаемые торцевые поверхности керамической втулки 4 и стопорного кольца 6 имеют вид сопрягаемых плоскостей, при их взаимодействии не возникают концентраторы напряжения на керамической втулке. Это значительно снижает опасность разрушения хрупкого материала керамической втулки 4 и соответственно повышает эксплуатационную надежность керамического подшипника скольжения.