УЗЕЛ ТРЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F16C17/02 

Изобретение относится преимущественно к машиностроению.

Известен узел трения, содержащий подвижный и неподвижный элементы, электрически соединенные между собой и образующие регулируемую пару трения.

Такой узел трения имеет следующие недостатки:
применение дополнительного источника тока и щеточного скользящего контакта, что удорожает узел, усложняет эксплуатацию за счет дополнительных регламентных и ремонтных работ;
субъективное задание регулируемого параметра и отсутствие его самоподнастройки, что снижает точность регулирования и тем самым ресурс пары трения и долговечность узла трения.

Цель изобретения снижение стоимости узла трения и упрощение его эксплуатации, а также повышение ресурса пары трения посредством прямого влияния на режим контактного взаимодействия при трении, достижение оптимальности и самоподнастройки регулируемого параметра.

Для этого узел трения, содержащий подвижный и неподвижный элементы, электрически соединенные между собой и образующие регулируемую пару трения, снабжен включенным в электрическую цепь конденсатором.

Узел трения может быть снабжен дополнительными регулируемыми парами трения с общим подвижным элементом и дополнительным конденсатором, соединяющим их неподвижные элементы, при этом неподвижные элементы одной из дополнительных и основной пар трения выполнены за одно целое.

Обкладки конденсатора расположены на рабочих поверхностях или на противолежащих нерабочих поверхностях элементов регулируемой пары трения и могут быть выполнены (одна или обе) дискретными, при этом параметр дискретности одной обкладки конденсатора может отличаться от параметра дискретности другой обкладки, а площадь одной обкладки конденсатора может быть отлична от площади другой обкладки.

Подвижный элемент может быть выполнен в виде вала, полностью или частично охваченного неподвижным элементом.

В одном варианте на неподвижном элементе выполнен направленный к валу выступ, при этом одна из обкладок конденсатора выполнена на нем, в частности обращенная к валу поверхность выступа выполнена эквидистантной рабочей поверхности вала, при этом одна из обкладок конденсатора расположена на упомянутой поверхности выступа;
обкладка конденсатора на выступе обращена к торцу вала, при этом другая обкладка расположена на этом торце вала;
на неподвижном элементе выполнен по меньшей мере один дополнительный радиальный выступ, смещенный относительно основного выступа в плоскости, перпендикулярной оси вала, с осевым размером в пределах осевого размера обкладки конденсатора, расположенной на валу, при этом обращенная к валу поверхность дополнительного выступа выполнена эквидистантной поверхности вала с радиусом не менее, чем радиус аналогичной поверхности у основного выступа.

В другом варианте на валу выполнен радиальный выступ для размещения на нем одной из обкладок конденсатора, в частности
обращенная к неподвижному элементу поверхность выступа выполнена цилиндрической выпуклой и концентричной поверхности вала, при этом одна из обкладок конденсатора расположена на этой поверхности выступа;
в неподвижном элементе выполнена открытая в сторону вала и ему концентрично расположенная кольцевая канавка для свободного размещения в ней радиального выступа вала, при этом обкладки конденсатора размещены на боковых поверхностях соответственно кольцевой канавки и выступа;
на валу выполнен по меньшей мере один дополнительный радиальный выступ, смещенный относительно основного выступа в плоскости, перпендикулярной оси вала, с осевым размером в пределах осевого размера обкладки конденсатора, расположенной на неподвижном элементе, при этом обращенная к неподвижному элементу поверхность дополнительного выступа выполнена цилиндрической и концентричной поверхности вала с радиусом не менее, чем радиус аналогичной поверхности у основного выступа.

На фиг. 1 представлена электромеханическая схема узла трения с несколькими парами трения; на фиг.2 и 3 варианты размещения обкладок конденсатора на рабочих поверхностях элементов пары трения; на фиг.4 размещение обкладок конденсатора на нерабочих поверхностях элементов пары трения; на фиг.5 размещение обкладок конденсатора на боковых поверхностях радиального выступа вала и кольцевой канавки корпуса; на фиг.6 то же, на боковых поверхностях радиального выступа корпуса и торца вала; на фиг.7 размещение одной из обкладок конденсатора на выступе корпуса; на фиг.8 размещение одной из обкладок конденсатора на одном из радиальных выступов вала; на фиг.9 то же, на одном из радиальных выступов корпуса; на фиг.10 и 11 выполнение обкладок конденсатора из равного и неравного количества участков.

Узел трения (фиг. 1) состоит из вала 1, установленного в подшипнике 2 скольжения корпуса 3 и в подшипнике 4 качения корпуса 5. Между валом 1 и корпусом 3 установлен ползун 6. Корпус 3 электрически соединен через конденсатор 7 с корпусом 5 и через конденсатор 8 с ползуном 6, т.е. узел содержит вращающиеся пары трения 1-3 и 1-4, охватываемые элементы которых электрически соединены непосредственно через вал, а охватывающие элементы через конденсатор 7, и линейно подвижную пару трения 6-3, элементы которой электрически соединены через конденсатор 8.

Узел работает следующим образом.

При контактном взаимодействии в условиях сухого, граничного или жидкостного трения за счет электризации тончайших поверхностных слоев при принципиально нестационарном процессе в точках фактического контакта пары трения возникают разности электрических потенциалов, стимулирующие адгезию и, следовательно, износ. Хаотичный и непредсказуемый характер распределения этих потенциалов по номинальной площади делает возможным их эффективное подавление только за счет включения в цепь пары трения конденсатора, на обкладках которого наводится такая же, но противоположная по знаку разность потенциалов. Эффективность компенсации прямо зависит от емкости конденсатора, так как последняя определяет величину компенсирующего тока, который тем больше, чем больше емкость.

Обкладки 9 и 10 конденсатора могут быть выполнены кольцевыми и противолежащими на элементах пары трения, в частности на корпусе 11 и шейке 12 вала (фиг.2). В отличие от второго варианта выполнения одна обкладка 13 конденсатора выполнена кольцевой, а другая обкладка 14 в виде сектора кольца (фиг.3).

В отличие от первого и второго в третьем варианте выполнения охватываемая обкладка 15 выполнена на валу, а охватывающая обкладка 16 на образующей поверхности отверстия корпуса (фиг.4).

В отличие от третьего в четвертом варианте выполнения на валу выполнен радиальный выступ 17, а обкладки 18 и 19 выполнены на выступе 17 и на расположенных напротив участках корпуса 20 (фиг.5).

В отличие от четвертого в пятом варианте выполнения радиальный выступ 21 (22) выполнен на корпусе, а обкладки 23 и 24 (25 и 26) на выступе и на расположенном напротив участке вала (фиг.6 и 7).

В отличие от четвертого в шестом варианте выполнения на валу 27 выполнены два радиальных выступа 28 и 29, смещенных относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной оси вала, на некоторый угол, в частности 180^о. Максимальный радиус R₂ выступа 29 не менее радиуса R₁ выступа 28. Обкладки 30 и 31 выполнены на выступе 28 и на корпусе 32 (фиг.8).

В отличие от пятого и шестого в седьмом варианте выполнения радиальные выступы 22 и 33 выполнены на корпусе (фиг.9).

В отличие от первого и третьего в восьмом варианте выполнения в направлении относительного смещения элементов пары трения обе обкладки конденсатора состоят из одного или нескольких удаленных друг от друга участков, например двух 34, 35 и 36, 37 (фиг.10). Количество участков на разных обкладках может разниться, например два 34 и 35 и три 38, 39 и 40 (фиг.11).

Во время работы узлов в четвертом восьмом вариантах выполнения периодически формируются конденсаторы одинаковой или разной (например, в шестом варианте 30-31 большей и 29-32 меньшей) емкости, т.е. в электрическую цепь пары трения периодически включаются конденсаторы, емкость которых зависит от величины перекрытия их обкладок, а частота включения от частоты вращения вала. Это служит еще одним средством подавления статической электризации в паре трения, обеспечивает адаптацию последней к режиму работы узла, повышает ресурс пары трения и долговечность узла.

В зависимости от конструктивных особенностей конкретного узла, в частности габаритных ограничений, в нем могут быть использованы несколько конденсаторов одного или разных вариантов выполнения необходимой суммарной емкости или закона ее изменения в функции частоты вращения.

Предлагаемое изобретение просто реализовать как при изготовлении новых, так и при модернизации существующих узлов. Например, при модернизации узла, показанного на фиг. 6, выполняют обкладку 24 на наружном торце вала и закрепляют напротив на корпусе планку с обкладкой 23, т.е. модернизируют узел без его демонтажа.

Использование: в машиностроении. Сущность: узел трения содержит подвижный и неподвижный элементы, электрически соединенные между собой с возможностью образования регулируемой пары трения. В электрическую цепь включен конденсатор. Такое выполнение обеспечивает прямое влияние на режим контактного взаимодействия при трении и самоподнастройку регулируемого параметра. Изобретение предусматривает различные варианты выполнения конденсатора и его взаимоположения с элементами узла. 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. УЗЕЛ ТРЕНИЯ, содержащий подвижный и неподвижный элементы, электрически соединенные между собой и образующие регулируемую пару трения, отличающийся тем, что он снабжен включенным в электрическую цепь конденсатором. 2. Узел по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными регулируемыми парами трения с общим подвижным элементом и дополнительным конденсатором, соединяющим их неподвижные элементы, при этом неподвижные элементы одной из дополнительных и основной пар трения выполнены за одно целое. 3. Узел по п.1, отличающийся тем, что обкладки конденсатора расположены на рабочих поверхностях регулируемой пары трения. 4. Узел по п.1, отличающийся тем, что обкладки конденсатора расположены на противолежащих нерабочих поверхностях элементов регулируемой пары трения. 5. Узел по пп.3 и 4, отличающийся тем, что одна или обе обкладки конденсатора выполнены дискретными. 6. Узел по п.5, отличающийся тем, что параметр дискретности одной обкладки конденсатора отличен от параметра дискретности другой обкладки. 7. Узел по п.1, отличающийся тем, что площадь одной обкладки конденсатора отлична от площади другой обкладки. 8. Узел по п.1, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен в виде вала, полностью или частично охваченного неподвижным элементом. 9. Узел по пп.4, 7 и 8, отличающийся тем, что на неподвижном элементе регулируемой пары трения выполнен направленный к валу выступ, при этом одна из обкладок конденсатора выполнена на нем. 10. Узел по п. 9, отличающийся тем, что обращенная к валу поверхность выступа выполнена эквидистантной рабочей поверхности вала, при этом одна из обкладок конденсатора расположена на упомянутой поверхности выступа. 11. Узел по п.9, отличающийся тем, что обкладка конденсатора на выступе обращена к торцу вала, при этом другая обкладка расположена на этом торце вала. 12. Узел по п.9, отличающийся тем, что на неподвижном элементе выполнен по меньшей мере один дополнительный радиальный выступ, смещенный относительно основного выступа в плоскости, перпендикулярной к оси вала, с осевым размером в пределах осевого размера обкладки конденсатора, расположенной на валу, при этом обращенная к валу поверхность дополнительного выступа выполнена эквидистантной поверхности вала с радиусом не менее чем радиус аналогичной поверхности у основного выступа. 13. Узел по пп.4, 7 и 8, отличающийся тем, что на валу выполнен радиальный выступ для размещения на нем одной обкладок конденсатора. 14. Узел по п.13, отличающийся тем, что обращенная к неподвижному элементу поверхность выступа выполнена цилиндрической выпуклой и концентричной поверхности вала, при этом одна из обкладок конденсатора расположена на этой поверхности выступа. 15. Узел по п.13, отличающийся тем, что в неподвижном элементе выполнена открытая в сторону вала и ему концентрично расположенная кольцевая канавка для свободного размещения в ней радиального выступа вала, при этом обкладки конденсатора размещены на боковых поверхностях соответственно кольцевой канавки и выступа. 16. Узел по п.13, отличающийся тем, что на валу выполнен по меньшей мере один дополнительный радиальный выступ, смещенный относительно основного выступа в плоскости, перпендикулярной к оси вала, с осевым размером в пределах осевого размера обкладки конденсатора, расположенной на неподвижном элементе, при этом обращенная к неподвижному элементу поверхность дополнительного выступа выполнена цилиндрической и концентричной поверхности вала с радиусом не менее чем радиус аналогичной поверхности у основного выступа.