Подшипник скольжения Советский патент 1989 года по МПК F16C17/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в подшипниковых узлах турбин раз- -личного назначения, насосов и т.д.

Цель изобретения - повьш1ение гидродинамической несущей способности подшипника, его износостойкости при пусках и остановах и демпфирующей способности.

На фиг.1 - опорный подшипник с равномерным расположением углублений по окружности, выполненных На неподвижном элементе под высокоподатливым антифрикционным покрытием, радиальное сечение; на фиг.2 - то же, с углублениями в нагруженной зоне подшипника, шаг которых уменьшается в сторону направления вращения вала) на фиг.З - плоский подшипник, например сегмент подпятника, с углублениями, шаг которых уменьшается от входной грани к выходной; на фиг,4 - радиальный подшипник скольжения в работе с углублениями, шаг которых уменьшается по окружности в направле- КИИ вращения вала, т.е. в сторону развития гидродинамических давлений на фиг.5 геометрические элементы в виде цилиндров, установленных равномерно по окружности в неподвижном элементе радиального подшипника, радиальное сечение; на фиг.6 - то же, с переменным шагом по окружности, уменьшающимся в сторону направления вращения вала; на фиг.7 - сегмент упорного Подшипника с цилиндрами- секторами на неподвижном элементе под антифрикционным покрытием, план

на фиг.8 - сечение А-А на фиг.7; на фиг.9 - сегмент упорного подшипника с цилиндрическими элементами на поверхности неподвижного элемента в виде наварных швов, тангенциальное сечение; на фигЛО - схема работы опоры на примере сегмента упорного подшипника.

Подшипник скольжения содержит металлический неподвижный элемент 1 с высокоподатливым антифрикционным покрытием 2, закрепленным на неподвижном элементе 1. Под антифрикционным покрытием 2 на внутренней цилиндрической поверхности неподвижного элемента 1 равномерно по окружности выполнены продольные, , параллелные оси подитипника углубления 3, Последние выполнены глyxи зiэ т.е не выходящими в торцы подшипника. Углубления 3 при изготовлении подшипника заполнены высокоподатливым антифрикционным материалом 2, например фторопластом х-ши композитом, в котором выполнена гладкая рабочая Б;илиндрнческая поверхность.

Углубления 3 могут располагаться только в нагруженной зона подшипника как с равномерным шагом по ок- ружностн (фиг,,); так и с неравно-. кериылМ шагом (фиг,2 к- 3) которьй уменьшается по параболическому зако д-137 в сторону направления: вращения подвизшого элемента.:, например вала (фиг,2) И.ТШ пяты (фиг«3)„ В плоском подши.п1-щке (з сегменте подпятника 4) шаг углублений 3 уиекьшается по параболе по направлению от входной гргкк.З сегмента 4 к выходной грани б (фиг,3) с,

Бал 7 (фкг,4) установлен в под- шипнике с зазором, Перемьгекн между углублениями могут быть вьшолке.ны в внде дилиндрическзю-; тел 8 (фиг. 5) 5. . установленных в выгюл:ненных в теле неподвижного элемента 1 пазах я выступаюрдих над его рабочей поверхностью менее,, чем на их радиус Тела 8 могут быть вьто.гшены полыми (фиг, 5 и 6) ...

Перемычки между углублениями мо- гут быть вьшолнены также в виде секторов 9, закрепленных на рабочей поверхности неподвижкого элемента 1 (фиг.7-10).

Дополнительно на обозначено: R - нагрузка, прх- Ложенная к валу 7; i текущий, т,е„ местный уго

5

0

5

0

5

5

5

геометрического клина на поверхности трения подшипника, появляющийся в результате деформации антифрикционного покрытия только в месте расположения углублений, величина угла J переменна по центральному углу, в который вписывается углубление Р - гидродинамические давления в клиновом зазоре работающего подшипника; стрелка на валу 7 показывает направление его вращения в рассматриваемом случае.

Подшипник скольжения на примере радиального подшипника (фиг.4) работает следующим образом.

При вращении вала 7 в клиновом зазоре подшипника формируются гидродинамические давления Р. В результате действия нагрузки R между вращающимся валом 7 и высокоподатливым антифрикционным покрытием 2 под действием давления Р, уравновешивающих нагрузку R, формируется клиновой, сужающийся зазор. Сужение общего зазора имеет место примерно до области максимума давления Р. При этом антифрикционное покрытие 2, находясь под сжимающими напряжениями от давлений PS деформируется. Ввиду наличия углублений 3 на неподвижном элементе

1подшипника антифрикционное покрытие

2имеет меняющуюся по окружности толщину. Вследствие этого деформации сжатия высокоподатливого .антифрикционного покрытия 2 по угловой коор- дигШте в зоне действия давлений Р неодинаковы. Деформации там больше, где больше давление Р. Далее деформации .сжатия покрытия 2 больше в углублениях 3, чем в перемычках между углублениями 3 из-за различия толщины покрытия 2. В результате этого образуются местные геометрические клинья

в области углублений 3. Последние создают подшипнику дополнительную несущую способность наряду с той несущей способностью, которая формируется из-за наличия общего сужающегося клинового зазора на протяжении д| йствия всех давлений„

В результате описанных деформаций сжатия высокоподатливого антифрикционного покрытия 2 при наличии углублений 3 поверхность трения приобретает плавную волнообразную) форму. Это обстоятельство исключает резкий переход от нисходящего клинового уча;стка в области углублений 3 в воекодящий, где и формируются наиболее благоприятные с точки зрения несуще способности дополнительные геометрические клинья.

Эффективность конструкции подшипника увеличивается, если шаг углублений 3 в нагруженной зоне уменьшается в сторону направления вращения подвижнаго элемента 7 по параболическому закону. Дело в том, что в обычных полимерных подшипниках при повьшенном нагружении в результате деформаций сжатия полимерного слоя поверхности трения в области максимальных давлений становятся параллельными. Вследствие этого генерирование давлений при наличии параллельных поверхностей при дальнейшем рост нагрузки прекращается. Давления ге- нерируютрл только на входном участке где еще сохраняется сужающийся клиновой зазор.

В предлагаемом подшипнике даже при наличии параллельных в целом поверхностей генерирование давлений в области максимальных давления не прекращается из-за наличия геометрических клиньев с местным углом jf. Таким образом, геометрические клинья с местными углами у создают дополнительную несущую способность при по- вьшении нагрузки R.

Уменьшение же шага углублений в нагруженной зоне по параболическому закону в направлении вращения подвижного элемента создает еще больший эффект приращения несущей.способности. Объясняется это тем, что количество геометрических клиновых восходящих участков с углами у должно быть там больше, где имеются наибольшие деформации сжатия, т.е. в месте максимал ьных давлений Р. Именно в этой области необходимо избежать, появления параллельных поверхностей трения и создать условие для дополнительной несущей способности за счет большего количества клиновых восходящих участков с углами у. Целесообразность изменения шага углублений 3 по параболическому закону диктуется параболическим законом нарастания гидродинамических давлений в клиновом зазоре по угловой координате подшипника.

После останова вала 7 часть смазки выдавливается в торцы подшипника, а часть за счет большей податливости

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

антифрикционного покрытия в области углублений 3 остается. Так как углубления 3 не имеют выхода в торцы подшипника, т.е. они выполнены глухими, то вал 7 благодаря высокой податли- вости антифрикционного покрытия 2 создает уплотнение по торцам подшипника и между лунками, т.е. в тех местах, где наименьшая толщина покрытия 2 и наибольшие сжимающие напряжения в контакте вала 7 с покрытием 2. В результате этого запертая в области углубления 3 валом 7 смазка остается до следующего пуска ротора. Таким образом, резервуары для смазки в области углублений 3 исключают режим сухого трения при следующем пуске и повышают износостойкость подшипника, так как в начале вращения вала смазка, находясь в указанных резервуарах под давлением, интенсивно подается в участки между валом 7 и покрытием 2, расположенными между углублениями 3

Глубина углублений 3 в данной конструкции выбирается такой, чтобы толщина высокоподатливого антифрикционного покрытия 2 в центре углублений 3 превышала минимальную толщину покрытия 2 меязду углублениями 3 в 1,2-1,5 раза.

Такое соотношение толш;ин податливого антифрикционного покрытия 2 необходимо для создания разности деформаций покрытия 2 в углублениях 3 и между ними, т.е. в месте максимальных и минимальных толщин покрытия 2. Разность же деформаций при таком соотношении толщин создает условия для получения оптимальных углов у

Схема работы плоского подшипника (фиг.З) (сегмента подпятника) не приводится ввиду того, что качественно картина деформации высокоподатливого антифрикционного покрытия 2 принципиально не отличается от картины деформации покрытия 2 в радиальном подшипнике (фиг.4).

По сравнению с известной предлагаемая конструкция подшипника обла- дает повышенной гидродинамической несущей спосо.бностью за счет применения высокоподатливого антифрикционного покрытия с осевыми углублениями, выполненными на неподвижном элементе подшипника под антифрикционным покры- ,тИем. В такой конструкции в процессе работы образуется плавная оптималь

ная волнообразная поверхность трения благодаря которой создаются условия для приращения гидродинамической несущей способности.

Процесс пуска вала под нагрузкой в предлагаемом подшипнике происходит более благоприятно, так как смазка, запертая валом в области углублений, подается в область трения в начальный момент вращения вала под некоторым давлением. При этом перед пуском за счет распирающего действия смазки в область углублений в месте переход последних в участки мезвду углубления ми формируются плавные восходящие . клиновые участки, способствуюпдае более быстрому выходу вала на гидродинамический режим трения. Так как вал при пуске быстрее всплывает на жидкую пленку, то износ подшипника уменьшается.

Процесс работы подшипника с элементами на фиг. 5-10 и достигаемый при этом эффект аналогичен описанному. В предлагаемом подпипнике средние контактные напряжения снижаются, так как податливое антифрикиционное покрытие.в области углублений воспринимает часть нагрузки, что снижает износ при пусках.

Формула изобретения

1. Подшипник скольжения, содержащий неподвижный элемент с основой, антифрикционным покрытием и продоль

с

0

5

0

5

ными углублениями, отличающийся тем, что, с целью повьщге- ния несущей способности и износостойкости при пусках-остановах под нагрузкой, углубления выполнены на рабочей поверхности неподвижного элемента под антифрикционным покрытием и заполнены им, при этом антифрикционное покрытие выполнено из материала с низким модулем упругости,

2. Подшипник по п.1, о т л и- ча,ющийся тем, что углубления в зоне по направлению действия нагрузки выполнены с неравномерным шагом, уменьшающимся в сторону направ- . ления вращения подвижного элемента,

Зо Подшипник по П.1, о т л и- чающийся тем, что неподвижный элемент выполнен в виде втулки.

4.Подшипник по п.1, о т л и- чающийся тем, что неподвижный элемент выполнен в виде сегментной колодки.

5.Подшипник по пп. 1-4, о т л и- ч а ю щи и с я тем, что с цепью повышения демпфирующей способности, перемычки между углублениями выполнены в виде полых цилиндрических тел, выступающих над яоверхностью основы менее чем на радиус.

6.Подшипник по n.3j о т л и ч аю- щ и и с я тем, что перемычки между углублениями выполнены в виде секторов, закрепленных на рабочей поверхности неподвижного элемента.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в подшипниковых узлах турбин различного назначения. Цель изобретения - повышение несущей способности и износостойкости при пусках - остановах подвижного элемента под нагрузкой. Подшипник скольжения содержит обойму, антифрикционное покрытие, а также продольные углубления. Углубления выполнены на рабочей поверхности неподвижного элемента под антифрикционным покрытием и заполнены им. Антифрикционное покрытие выполнено из материала с повышенной податливостью и с гладкой цилиндрической поверхностью. Во время работы антифрикционное покрытие деформируется на участках, расположенных над углублениями. В результате формируется профиль рабочей поверхности подшипника с чередующимися завышенными и заниженными участками с плавными переходами. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

0i/eJ

Фиг. 5

фи&

Фиг. 7

Фие.5

cpt/e,g

(риг.9

фаг. JO