ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16C25/02 

Изобретение относится к машиностроению и касается подшипникового скольжения с регулировкой, компенсирующей радиальный износ.

Известен подшипник скольжения, содержащий корпус, установленные в нем на валу подшипниковый вкладыш с осевыми продольными выемками и средство его радиальной регулировки. Указанное средство выполнено в виде упругой втулки и стяжных элементов, пропущенных через отверстия втулки.

Недостатком известного подшипника является выполнение упругой втулки в виде цельной детали, имеющей участки, выполненные наподобие тарельчатых пружин. Данное средство выполнено в виде упругой втулки и стяжных элементов, пропущенных через отверстия втулки.

Недостатком известного подшипника является выполнение упругой втулки в виде цельной детали, имеющей участки, выполненные наподобие тарельчатых пружин. Данное выполнение не позволяет самоустанавливаться втулке по подшипниковому вкладышу при изменении геометрических параметров опорной поверхности.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы путем расширения диапазона компенсируемого износа.

На фиг. 1 представлен продольный разрез подшипника; на фиг. 2 общий вид втулки; на фиг. 3 схема деформаций втулки; на фиг. 4 и 5 схемы деформации вкладыша в его поперечном и продольном сечениях соответственно; на фиг. 6 - схема, иллюстрирующая самоустановку подшипникового вкладыша; на фиг. 7 - фрагмент сегментного подшипника; на фиг. 8 подшипниковый вкладыш уменьшенной радиальной жесткости; на фиг. 9 и 10 развертки свободного и полностью сжатого подшипникового вкладыша уменьшенной жесткости; на фиг. 11 - подшипниковый вкладыш со вставками; на фиг. 12 и 13 варианты исполнения подшипника; на фиг. 14 схема установки частей втулки; на фиг. 15 подшипник с Т-образным кольцом; на фиг. 16 19 варианты конструкций.

Подшипник скольжения содержит цапфу вала 1, установленный на ней подшипниковый вкладыш 2, выполненный в виде тонкостенной втулки из антифрикционого материала. На подшипниковом вкладыше установлена составная по длине упругая втулка 3. Указанные элементы подшипника размещены в корпусе 4 с возможностью взаимодействия с крышкой 5 корпуса, подвижной в осевом направлении через регулируемые стяжные элементы 6, выполненные в виде винтов, расположенных по окружности.

Каждая часть упругой втулки 3 включает два участка 7 и 8 один из участков 7 выполнен в виде тарельчатой пружины.

Второй участок 8 втулки выполнен с продольными пазами, образующими выступы.

Подшипниковый вкладыш 2 может быть выполнен разрезным, с образованием прорезей 9, которые в осевом направлении поочередно открыты к торцам подшипникового вкладыша.Такое выполнение увеличивает радиальную податливость подшипникового вкладыша.

Прорези подшипникового вкладыша обеспечивают гибкость остальной части подшипникового вкладыша как продольным, так и поперечным (у торца) его элементам. При обжатии такого вкладыша радиальными силами прорези смыкаются (см. фиг. 10).

Регулируемость подшипникового вкладыша выше, чем соответствующая регулируемость упругой втулки, что говорит о их совместимости. Учитывая, что первая составляет величину порядка 33% а вторая 8% при реализации полной возможности частей упругой втулки обойм регулируемость подшипникового вкладыша используется на четверть.

Вкладыш более сложен в изготовлении, чем обычная втулка, поэтому его желательно использовать многократно. Подшипниковый вкладыш снабжен вставками 10, выполненными из антифрикционного материала, а несущий элемент конструкции из конструкционного материала, типичного для пружин (фиг. 11). Центральное отверстие вкладыша выполнено шлицевым. Шлицевые канавки располагаются по внутренней поверхности подшипникового вкладыша. Эти шлицевые канавки имеют круговой профиль.

После износа вставок до тела вкладыша 2 они меняются на новые, чем и повышается ремонтопригодность подшипника в целом.

Во втулке подшипника могут быть выполнены тарельчатые пружины с различным меридиональным сечением, например двухконусные, C-образные и т.д. На фиг. 13 представлен подшипник, втулка которого выполнена двухконусной тарельчатой пружиной 7. Взаимодействуют эти пружины одна с другой не своими кромками, а средними точками профиля. С корпусом и крышкой эти пружины контактируют сразу обеими кромками, что повышает надежность базирования втулки, а следовательно, надежность работы самого подшипника.

Стяжка тарельчатых пружин в данном случае выполнена иначе. Крышка выполнена в виде гайки 11 с наружной резьбой. При ее завинчивании тарельчатые пружины втулки деформируются более равномерно, а следовательно, более синхронно перемещаются и выступы 8. Качество сборки и регулировки при этом выше, а это оказывает положительное влияние на долговечность подшипника.

При использовании подшипника по фиг. 13 части втулки 3 установлены иначе, чем по фиг. 1 и фиг. 12. К конструкции втулки этого подшипника предъявляются специфические требования. Так, ширина h выступов 8 одной части втулки должна быть не более ширины паза между выступами 8 другой части втулки (фиг. 14). Такие обоймы преобразуют способность вставляться одна в другую с расположением выступов одной части втулки в пазах другой. Это обстоятельство используется либо для увеличения регулируемости втулки, либо для уменьшения осевых габаритов подшипника.

При условии l const длина l₀ выступов части обоймы (фиг.13) больше, а это означает, что при прочих равных условиях перемещение свободных концов выступов части втулки будет больше, т.е. в этом подшипнике будет повышена регулируемость.

Для решения задач, связанных с повышением удобства монтажа, подшипник снабжается кольцом 12 с Т-образным поперечного сечения (фиг.15). Ножка профиля кольца располагается между тарельчатыми пружинами частей втулки. Полкой же профиля кольцо охватывает внешние кромки тарельчатых пружин. Шайбы 13 и 14 расположены под его полкой с обеих сторон тарельчатых пружин. Кольцо 12 выполнено с отверстиями для винтов 6, которые расположены равномерно по окружности. Подшипник при данном исполнении собирается вне корпуса механизма или машины.

Подшипник по указанному исполнению может воспринимать и осевую нагрузку. Он становится еще более близким радиальному или радиально-упорному подшипнику качения.

Выступы частей втулки выполнены с упорами 15 на их внутренней поверхности для взаимодействия с прорезями 9 подшипникового вкладыша 2. Данные упоры могут быть выполнены в виде отогнутых концов (фиг. 16), пальцев (фиг. 17) и закладных лепестков (фиг. 19).

На подшипниковом вкладыше на его наружной поверхности выполнены кольцевые канавки 16, пересекающие глухие концы прорезей 9.

Подшипник работает следующим образом.

При сборке подшипника выполняется его первая регулировка (фиг. 1). Закручивая винты 6, сближают корпус и крышку 4 и 5, что деформирует тарельчатые пружины обоймы. Характер деформации иллюстрируется схемой, приведенной на фиг. 3. Пунктиром на схеме обозначен контур втулки в свободном ее состоянии. При сжатии втулки тарельчатая пружина 7 получает осевую осадку, в результате чего меридиональное сечение пружины поворачивается вокруг точки, лежащей вблизи центра тяжести этого сечения. Диаметр внешней кромки пружины при этом несколько увеличивается, а диаметр внутренней кромки уменьшается. Корпус 4 и крышка 5, а также винты 6 выполняют в подшипнике функцию устройства совместного изменения осевой осадки тарельчатых пружин.

Вместе с поворотом меридиональных сечений тарельчатых пружин происходит и поворот выступов 8 втулки -чем больше осевая осадка пружин, тем больше поворот выступов и меньше диаметр, на котором расположены свободные их концы. Этот диаметр минимален при полной осадке λ_max пружин, а угол поворота выступов втулки при этом максимален и равен углу θ подъема исходной конической оболочки пружин. Разница между диаметром D, на котором располагаются свободные концы выступов 8 до деформации втулки, и диаметром D_min, на котором они располагаются после сжатия тарельчатых пружин 7, определяет предел регулируемости втулки 3.

Из схемы, приведенной на фиг. 3, можно найти

где l₀ длина выступов.

Разделив обе части на величину D, будем иметь

Для узких подшипников отношение их длины l к диаметру d (см. фиг. 1), не превышает величины 0,5. Учитывая, что в первом приближении l ≃ 2l_o и D ≃ d найдем

С учетом этого предыдущее выражение приобретает вид

Для пружин тарельчатого типа характерно θ ≅ 15^° Полагая, что θ = 15^°, окончательно получим,

Таким образом, с помощью втулки в узких подшипниках можно изменять диаметр, на котором располагаются свободные концы выступов 8, ориентировочно на 8% Учитывая, что D ≃ d, в этих подшипниках можно скомпенсировать износ, величина которого доходит до 8% от диаметра подшипника. В более широких подшипниках, для которых и длина l₀ выступов 8 будет больше, компенсируемый износ также будет выше.

При своем движении к оси подшипника выступы 8 воздействуют на подшипниковый вкладыш. Это воздействие приводит к его деформированию. На фиг. 4 схематично представлена картина деформации подшипникового вкладыша в его поперечном сечении. В местах непосредственного контакта выступов 8 с подшипниковым вкладышем 2 последний проминается, а в свободных от взаимодействия зонах он выпучивается.

На фиг. 5 представлена схема деформации подшипникового вкладыша в его продольном сечении. В местах непосредственного соприкосновения выступа 8 с подшипниковым вкладышем 2 последний проминается, а в местах нарушения контакта он несколько выпучивается, приобретая бочкообразность.

В соответствии с назначением и точностью механизма, в котором используется данный подшипник, последний может быть отрегулирован до получения требуемого характера соединения подшипникового вкладыша с цапфой вала. Это соединение может быть со строго заданным исходным зазором δ (фиг. 4), в том числе и нулевым, а также с регламентированным натягом. Величина натяга может быть проконтролирована путем измерения момента сопротивления вращению вала или иным способом, включая измерения действительных размеров сопрягаемых диаметров вала и вкладыша.

При перекосе оси цапфы вала 1 подшипниковый вкладыш 2 отслеживает этот перекос, что схематично показано на фиг. 6. Самоустановка подшипникового вкладыша по цапфе осуществляется в результате различных поворотов выступов 8 пружин 7. по цапфе осуществляется в результате различных поворотов выступов 8 пружин 7.

При вращении вала 1 последний стремится увлечь во вращение подшипниковый вкладыш 3, который удерживается от вращения силами трения, возникающего в местах его контакта с выступами 8 (фиг. 4). Выпученные стенки подшипникового вкладыша увеличивают сопротивление его перемещению относительно втулки 3. Втулка в свою очередь удерживается от поворота силами трения, возникающего в местах контакта с корпусом и крышкой 4 и 5 (фиг. 1).

Результатом фрикционного взаимодействия цапфы вала 1 и подшипникового вкладыша 2 является их износ. Со временем износ увеличивается и достигает величин больших, чем это допускается по техническим требованиям на механизм или машину, в которой используется подшипник. При регулировке устанавливается увеличенный из-за износа зазор в паре вкладыш-цапфа вала. Последующие регулировки обуславливаются теми же причинами и выполняются по единой методике, в том числе используемой в процессе сборки и описанной ранее.

Следует отметить, что обычно подшипник скольжения изнашивается неравномерно по длине: у торцов вкладышей износ больше, чем в средних сечениях. Как отмечалось выше, в подшипнике при обжатии подшипникового вкладыша выступами втулки он приобретает бочкообразность. Если же бочкообразность получается в результате износа, то при регулировании такого подшипника бочкообразность подшипникового вкладыша убывает, благодаря чему компенсация выполняется более плотно.

Использование: выполнение подшипников скольжения. Сущность: в корпусе подшипника скольжения на валу установлены подшипниковый вкладыш и средство его радиальной регулировки. Подшипниковый вкладыш выполнен с прорезями в осевом направлении, поочередно открытыми к его торцам. На внутренней поверхности подшипникового вкладыша установлены вкладыши из антифрикционного материала, а на наружной выполнены кольцевые канавки. Средство радиальной регулировки выполнено в виде составной упругой втулки и стяжных элементов. Каждая часть втулки имеет два участка: один в виде тарельчатой пружины, другой выполнен с продольными пазами, образующими выступы. Один из выступов втулки может взаимодействовать с прорезью. Тарельчатые пружины могут быть установлены с расположением их внутренних кромок навстречу друг другу и выступов в пазах. Между тарельчатыми пружинами расположено кольцо Т-образного поперечного сечения. 6 з.п. ф-лы. 19 ил.

1. Подшипник скольжения, содержащий корпус, установленные в нем на валу подшипниковый вкладыш с осевыми продольными выемками и средство его радиальной установки в виде упругой втулки и стяжных элементов, отличающийся тем, что упругая втулка по длине выполнена составной, каждая часть которой включает два участка, один из которых выполнен в виде тарельчатой пружины, а другой с продольными пазами, образующими выступы. 2. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что осевые продольные выемки подшипникового вкладыша выполнены сквозными, образующими прорези в радиальном направлении, а в осевом направлении прорези, поочередно открытыми к его торцам. 3. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что он снабжен вставками из антифрикционного материала, а на внутренней поверхности подшипникового вкладыша выполнены продольные шлицевые канавки для размещения указанных вставок. 4. Подшипник по п.2, отличающийся тем, что по меньшей мере один из выступов упругой втулки выполнен с упором на его внутренней поверхности для взаимодействия с одной из прорезей подшипникового вкладыша. 5. Подшипник по п.2, отличающийся тем, что тарельчатые пружины расположены внутренними кромками навстречу друг друг с возможностью расположения выступов одной части в пазах другой. 6. Подшипник по п.5, отличающийся тем, что он снабжен установленным между тарельчатыми пружинами кольцом Т-образного поперечного сечения с отверстиями для размещения стяжных элементов. 7. Подшипник по п. 5, отличающийся тем, что на наружной поверхности подшипникового вкладыша у его торцов выполнены кольцевые канавки, пересекающие глухие концы прорезей.