ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16C33/18 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в опорах валов различных машин, в частности, в водоперекачивающих агрегатах.

Известен композиционный подшипник скольжения, включающий жесткую металлическую проволоку и антифрикционное фторопластовое покрытие, проникающее на глубину трех диаметров проволоки /1/. Недостатком этого подшипника является низкий ресурс из-за слабого сцепления покрытия с основанием и его отслоение при глубине проникновения менее трех диаметров проволоки или резкого возрастания жесткости покрытия при глубине проникновения более трех диаметров, что снижает демпфирующее свойства. Другой недостаток известного подшипника состоит в сложности конструкции и технологии изготовления, проводящих к нестабильности эксплуатационных свойств подшипников из различных партий.

Известен подшипник из композиционного материала с повышенным ресурсом за счет использования в конструкции волокнистых материалов типа политетрафторэтиленовых и полимерного связующего /2/. Основной недостаток известного подшипника состоит в ненадежности его работы в воде при смене температуры от 0^oC до 28^oC из-за резкого и нелинейного изменения коэффициента термического расширения /в десятки раз/ политетрафторэтилена.

Наиболее близким к предлагаемому подшипнику скольжения по конструктивным элементам является подшипник скольжения, содержащий втулку с антифрикционным тканевым слоем на рабочей поверхности, присоединенным посредством связующего материала /3/. Недостатком известного подшипника является низкий ресурс и ненадежность работы по причине возникновения концентраторов напряжения от постоянно действующих сил радиального давления на кромках конусных канавок, прилегающих к связующему. Это приводит к отслоению покрытия и нарушению работы подшипника. Кроме того, в экстремальных условиях, когда сила радиального давления превышает силу, допустимую для связующего материала, последний разрушается, подвергается разрушению и тканевый антифрикционный слой в области контакта с кромками конусных канавок, что приводит неизбежно к поломке подшипника.

Технический результат изобретения заключается в повышении ресурса подшипника скольжения при работе в воде. Это достигается тем, что в подшипнике скольжения, содержащем втулку с антифрикционным тканевым слоем, втулка дополнительно снабжена упругим демпфирующим и жестким слоями, при этом антифрикционный тканевый слой, упругий демпфирующий и жесткий слой выполнены заодно целое на основе из полимерной матрицы, а втулка в виде сегментов. Кроме того, антифрикционный тканевый слой содержать порошковые антифрикционные наполнители, например, из порошка графита, алюминия, меди, углеродных сорбентов косточковых растений. Упругий демпфирующий слой может содержать упругие частицы, например, резиновую крошку. Жесткий слой содержит стальную подложку и твердые частицы с высоким модулем упругости, например, песок.

На фиг.1 показан общий вид подшипника скольжения; на фиг.2 показан осевой разрез подшипника скольжения; на фиг.3 представлен один сегмент в поперечном разрезе; на фиг. 4 показан продольный разрез сегмента. Подшипник скольжения состоит из шести сегментов 1, закрепленных в корпусе 2 болтами 3. Между сегментами со стороны вала расположены каналы 4 для протока воды, охлаждающей и смазывающей подшипник. На фиг.3 показан в разрезе один сегмент 1, в котором антифрикционный слой 5 содержит углеродные волокна, связанные полимерной матрицей, и порошковые антифрикционные наполнители, например, из порошка графита, меди, алюминия, углеродных сорбентов косточковых растений. Упругий демпфирующий слой 6 содержит стекловолокно, связанное полимерной матрицей, и упругие частицы, например, резиновую крошку. Жесткий слой 7 содержит металлическую подложку 8 и твердые частицы с высоким модулем упругости, например, песок.

Подшипник скольжения работает следующим образом: подшипник устанавливают на его рабочее место в машине так, что антифрикционный тканевый слой 5 взаимодействует с шейкой вала. При работе машины нагрузку от вала воспринимает антифрикционный слой 5, передает ее на упругий слой 6 и далее через жесткий слой 7 на корпус машины агрегата. В упругом слое 6 происходит гашение колебаний, что снижает вибрацию машины. Прочность сцепления в корпусе 2 обеспечена благодаря наличию во втулке подшипника жесткого слоя 7 с металлической подложкой 8. На сопрягаемых поверхностях антифрикционного тканевого слоя 5 и шейки вала вследствие трения вала о слой имеют место процессы трибострукции полимерной матрицы и порошков из графита, меди, алюминия, углеродных сорбентов косточковых растений, образующих пленку переноса, снижающую коэффициент трения и интенсивность износа подшипника и контртела. Через каналы 4 происходит проток воды, охлаждающей и смазывающей подшипник, что особенно важно в тяжело нагруженных подшипниках скольжения. Сочетание трехслойной структуры сегментов втулки подшипника скольжения с антифрикционным тканевым слоем, с дополнительно упругим и жестким слоями, выполненными заодно целое из полимерной матрицы, и содержащими послойно различные наполнители, обеспечивает высокие износостойкость и ресурс подшипника скольжения, а также стабильность его работы. Разъемная втулка, состоящая из нескольких сегментов, повышает технологичность сборки и разборки подшипника скольжения с большими габаритными показателями. Неразъемная структура сегментов втулки с антифрикционным тканевым слоем, упругим и жестким слоями, выполненными заодно целое на основе из полимерной матрицы с различными наполнителями обеспечивает износостойкость рабочего антифрикционного слоя благодаря низкому коэффициенту трения и высокой теплопроводности, необходимую упругость, демпфируемость, виброгашение, плавное распределение эпюры напряжений благодаря наличию упругого демпфирующего слоя, позволяет обеспечить жесткость крепления втулки подшипника с корпусом машины благодаря наличию жесткого слоя. Антифрикционные наполнители из порошка графита, меди, алюминия, углеродных сорбентов косточковых растений снижают коэффициент трения антифрикционного тканевого слоя, повышая его ресурс. Упругие и демпфирующие свойства придают втулке подшипника упругие частицы, например, резиновая крошка, устойчивые к среде эксплуатации подшипника скольжения. Жесткость и надежность крепления обеспечивают стальные подложки в сегментах и твердые частицы с высоким модулем упругости, содержащиеся в жестком слое. Для работы в воде лучшей полимерной матрицей является эпоксидная смола с соответствующими пластификатором и отвердителем. Наиболее эффективными наполнителями в антифрикционном тканевом слое являются порошки мягких металлов в сочетании с порошком графита и углеродных сорбентов косточковых растений. Лучшими по демпфирующим свойствам при работе подшипника в воде является наполнитель из резиновой крошки. Наполнитель в жестком слое из мелкодисперсного отожженого песка повышает жесткость, твердость, водостойкость, недефицитен и недорог.

Использование: в машиностроении для опор валов и осей различных машин. Сущность: в подшипнике скольжения втулка состоит из нескольких сегментов, имеющих неразъемную трехслойную структуру с размещенными послойно различными добавками и основой которой является полимерная матрица. Антифрикционный слой дополнительно содержит порошковый наполнитель из графита, меди, алюминия, углеродных графитизированных сорбентов косточковых растений. Второй упругий демпфирующий слой содержит порошковый наполнитель из упругих материалов, например, резины, каучука. Третий жесткий слой содержит стальные планки и мелкодисперсный порошок оксида кремния. Неразъемная трехслойная структура втулки с размещенными послойно различными добавками и полимерной матрицей в качестве основы обеспечивает износостойкость рабочего пограничного антифрикционного слоя благодаря низкому коэффициенту трения и высокой теплопроводности, необходимую упругость, демпфируемость, виброгашение, плавное распределение эпюры напряжений - благодаря наличию упругого слоя, позволяет обеспечить жесткость сегментов подшипника скольжения с корпусом машины. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Подшипник скольжения, содержащий втулку с антифрикционным тканевым слоем, отличающийся тем, что втулка дополнительно снабжена упругим демпфирующим и жестким слоями, антифрикционный тканевый слой, упругий демпфирующий и жесткий слои выполнены за одно целое на основе из полимерной матрицы, при этом втулка выполнена в виде сегментов. 2. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что антифрикционный тканевый слой содержит порошковые антифрикционные наполнители, например, из порошка графита, алюминия, меди, углеродных сорбентов косточковых растений. 3. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что упругий демпфирующий слой содержит упругие частицы, например резиновую крошку. 4. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что жесткий слой содержит стальную подложку и твердые частицы с высоким модулем упругости, например песок.