ДЕТАЛЬ УПОРНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к упорным подшипникам скольжения, в частности к конструкции таких его деталей как подпятник или пята упорного керамического подшипника скольжения и может быть использована в узлах трения, предназначенных для работы в узлах и агрегатах, работающих в условиях агрессивных сред и наличия интенсивного гидроабразивного трения.
Упорный керамический подшипник содержит пяту и подпятник. Эти детали керамического подшипника, как правило, состоят из двух частей - металлической части и керамической части. Керамическая часть закреплена в металлической части и является частью керамической пары трения подшипника. Одним из важных моментов при создании таких деталей упорного подшипника является обеспечение надежной фиксации керамической части в металлической части.
Известна деталь упорного керамического подшипника скольжения (Патент US №5174660, МПК F 16 C 17/04, "Shaped part comprising a metallic member and a ceramic member", опуб. 29.12.1992), содержащая металлическую и керамическую части цилиндрической формы, каждая из которых имеет отверстие для размещения на валу агрегата. Керамическая часть размещена в полости металлической части, донная часть полости имеет кольцевую канавку, размещенную приближенно к боковым стенкам полости, а внутренняя поверхность стенок полости металлической части имеет незначительный наклон внутрь полости. Внешний диаметр керамической части соответствует внутреннему диаметру полости металлической части, а также керамическая часть имеет расположенный снаружи кольцевой буртик, который при сборке конструкции располагается на торцевой поверхности металлической части. Наклон внутренней поверхности стенок полости металлической части обеспечивает фиксацию в ней керамической части в осевом направлении. Кольцевая канавка служит для снижения жесткости металлической части и соответственно снижает давление металла на керамическую часть в зоне крепления и как следствие уменьшается деформация керамической части. Сборка такой детали упорного подшипника также осуществляется горячей запрессовкой керамической части в металлической части.
Недостатком такой конструкции является наличие кольцевого буртика керамической части, который при сборке конструкции располагается на торцевой поверхности металлической части. Такая форма керамической части образует ярко выраженный концентратор напряжений, что приводит при эксплуатации к разрушению конструкции. Таким образом, такая конструкция не обеспечивает в должной мере эксплуатационную надежность детали упорного подшипника скольжения.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является деталь подшипника - подпятник (http://www.virial.ru/picture/bearing1.jpg, http://www.virial.ru/picture/bearing2.jpg, дата помещения сведений 2003 г, копии страниц сайта в приложении) содержащий металлическую и керамическую части. Металлическая часть цилиндрической формы имеет полость, в дне которой выполнено отверстие для установки подпятника на вал агрегата. Керамическая часть цилиндрической формы, размещаемая в этой полости, также имеет отверстие для вала агрегата и внешний диаметр соответствующий внутреннему диаметру полости металлической части подпятника. Высота керамической части превышает высоту полости металлической части подпятника. Металлическая часть подпятника снабжена элементами, обеспечивающими фиксацию подпятника в узле агрегата, выполненными в виде выступов, которые входят в соответствующие пазы на детали узла агрегата. Сборка такого подпятника осуществляется горячей запрессовкой керамической части в металлическую, соответственно фиксация частей осуществляется за счет посадки с натягом керамической части в металлической.
Одним из требований к упорным подшипникам является низкое значение отклонения от плоскостности поверхности трения упорного подшипника (в частности пяты или подпятника). Конструкция такого подпятника не обеспечивает выполнения этого условия вследствие того, что керамическая часть при посадке деформируется из-за наличия контактного давления на сопрягаемых поверхностях детали. В случае доводки поверхности до хорошей плоскостности уже в сборке, в процессе работы подшипника при изменении температуры и, соответственно, фактического натяга, изменяется давление и поверхность трения снова теряет необходимую плоскостность. Таким образом, такая конструкция подпятника не обеспечивает в должной мере эксплуатационную надежность подпятника.
Заявляемой полезной моделью решается задача повышения эксплуатационной надежности детали упорного керамического подшипника скольжения, что приводит к повышению эксплуатационной надежности подшипника в целом.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой детали подшипника скольжения, заключается в обеспечении низкого значения отклонения от плоскостности поверхности трения (до 0,3 мкм) во всем диапазоне эксплуатационных условий.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в детали упорного керамического подшипника скольжения, содержащей металлическую и керамическую части цилиндрической формы, в металлической части выполнена полость для размещения в ней керамической части, а донная часть полости металлической части и керамическая часть имеют осевые отверстия для размещения детали на валу узла агрегата, при этом внешний диаметр керамической части соответствует внутреннему диаметру полости металлической части, а высота керамической части превышает высоту полости металлической части, кроме того, верхний торец керамической части выполнен с фаской для вальцовки, металлическая часть выполнена с буртиком, который завальцован на керамическую часть, в керамической и металлической частях выполнены, по меньшей мере, по два паза, в которых размещены фиксирующие элементы, обеспечивающие фиксацию частей детали относительно друг друга, а также нижняя торцевая поверхность керамической части имеет жесткое соединение с дном полости металлической части.
Пазы для размещения фиксирующих элементов в керамической части могут быть выполнены в ее нижней торцевой поверхности, иметь U-образную форму и располагаться диаметрально противоположно.
Пазы в металлической части могут быть выполнены таким образом, что в донной части полости они дополняют пазы керамической части для размещения элементов фиксации при размещении керамической части в полости металлической.
Фиксирующие элементы могут быть выполнены в виде штифтов.
Соединение нижней торцевой поверхности керамической части с дном полости металлической части может быть выполнено посредством склейки, например клеем К-300.
На верхней торцевой поверхности керамической части, образующей плоскость трения, могут быть выполнены радиальные канавки для смазки поверхности трения.
Металлическая часть может быть снабжена элементами, обеспечивающими фиксацию подпятника в узле агрегата, выполненными, например, в виде дугообразных выступов.
Металлическая часть детали может быть выполнена, например, из стали 40×13.
Керамическая часть детали может быть выполнена, например, из реакционноспеченного карбида кремния.
Отличительной особенностью предлагаемой детали упорного керамического подшипника скольжения является обеспечение надежной фиксации керамической части детали относительно металлической части за счет совокупности нескольких конструктивных решений. Соединение торцовой поверхности керамической части с донной частью полости металлической части детали посредством склейки обеспечивает жесткую фиксацию этих частей. Однако, при длительной эксплуатации подшипникового узла возможно разрушение целостности клеевого слоя и, следовательно, ослабление фиксации частей детали. К тому же при эксплуатации подшипникового узла могут возникать экстремальные условия, при которых силы, возникающие вследствие экстремального крутящего момента, могут превысить пределы прочности клеевого слоя. В таких случаях для исключения взаимных перемещений частей детали в предлагаемой детали используются следующие конструктивные решения. Завальцовка буртика металлической части детали подшипника на фаску керамической части исключает перемещение керамической части относительно металлической в осевом направлении, а наличие фиксирующих элементов в виде штифтов, расположенных в соответствующих пазах керамической и металлической частей детали подшипника, ограничивает перемещение керамической части относительно металлической в окружном направлении. Таким образом, совокупность трех конструктивных решений фиксации частей детали подшипника, а именно, склейка нижней торцевой поверхности керамической части с дном полости металлической части, завальцовка буртика металлической части на кромку верхнего торца керамической части и наличие фиксирующих элементов в виде штифтов, расположенных в пазах, позволяет избежать возникновения контактных
напряжений при соединении частей детали и обеспечить необходимую плоскостность поверхности трения во всем диапазоне условий эксплуатации, что в конечном итоге обеспечивают эксплуатационную надежность детали подшипника и подшипникового узла в целом.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - Деталь упорного керамического подшипника скольжения.
Фиг.2 - Металлическая часть детали упорного керамического подшипника скольжения.
Фиг.3 - Керамическая часть детали упорного керамического подшипника скольжения.
Деталь упорного керамического подшипника скольжения, например, подпятник, содержит (см. фиг.1) металлическую часть 1 и керамическую часть 2, зафиксированные между собой элементами фиксации 3.
Металлическая часть 1 цилиндрической формы с отверстием для установки на вал (см. фиг.2) имеет полость 4, в донной части которой, с переходом в боковые стенки металлической части 1, выполнены пазы 5 для размещения фиксирующих элементов. Стенки полости металлической части выполнены с буртиком 6, обеспечивающим завальцовку на керамическую часть 2, с другой стороны металлическая часть снабжена дугообразными выступами 7, обеспечивающими фиксацию подпятника в узле агрегата.
Керамическая часть 2 цилиндрической формы с отверстием для установки на вал (см. фиг.3) выполнена с фаской 8 для вальцовки буртика 6 металлической части 1 и имеет два диаметрально расположенных U-образных паза 9 для размещения элементов фиксации 3. На верхней торцевой поверхности керамической части 2, образующей плоскость трения, могут быть выполнены радиальные канавки 10, служащие для смазки поверхности трения. Нижняя торцевая поверхность керамической части 2 жестко скреплена с дном полости 4 металлической части 1 посредством клеевого слоя 11 (см. фиг.1).
В процессе работы упорного керамического подшипника скольжения вследствие восприятия керамической частью 2 детали подшипника осевой нагрузки, возникает приложенный к ней крутящий момент и реакция опоры металлической части 1. Возникающие в процессе работы подшипника нагрузки могут привести к перемещению керамической части 2 и металлической части 1 относительно друг друга. При эксплуатации предлагаемой детали этому препятствует клеевой слой 11, соединяющий нижнюю торцевую поверхность
керамической части 2 с дном полости 4 металлической части 1, также завальцовка буртика 6 металлической части 1 на фаску 8 керамической части 2, а также штифты 3, размещенные в пазах, образованных совмещением пазов 5 металлической части 1 с пазами 9 керамической части 2.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики подпятника или пяти упорного керамического подшипника скольжения, а, следовательно, и всего подшипникового узла в целом.