Сферический подшипник скольжения Советский патент 1990 года по МПК F16C23/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для согдинения деталей, совершающих качательное и вращательное движения.

Целью изобретения является повышение несущей способности и долговечности подшипника за счет саморегулирования давления и равномерного его распределения на поверхностях трения в зависимости от величины и характера изменения приложенной внешней нагрузки.

На фиг.1 показан сферический подшипник скольжения, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - расчетная схема подшипника{

на фиг. 4 - узел I на фиг.З , на фиг. 5 - вкладыш, об1ций нид,

Подшипник содержит корпус 1, охватываемую деталь 2, выполненную в виде кольца с наружной, сферической поверхностью ii внутренней цилиндрической, разрезную втулку 3 с внутренней сферической поверхностью, два сферических вкладыша 4 с торцовыми 5 и боковыми 6 поверхностями со скругленными краями 7. Вкладыши 4 закреплены во втулке 3 с помощью винтов 8 и накладок 9,.имеющих загнутые внутрь втулки отгибные лапки 10 и выступаю- цие за сферическую поверхностью втулки 3 буртики 11.

S

W Ю

Вкладьппи 4 могут быть изготовлены штампованием из листовой пружинной стали, их внутренняя поверхность может быть покрыта металлическим, на- пример медью, электролитическим хромом, или неметаллическим, например трибополимеробразуюцим, покрытием, в зависимости от величины предельной внешней нагрузки, типоразмера под- шипника, условий смазки и т.д. I Проектирование и расчет в сладьпва ведется из условия сохранения им постоянного контакта с внутренним кольцом как при-предельном деформировани во время действия нагрузки в его сторону, так и при реверсе нагрузки,когда вкладыш полностью разгружен и минимально деформирован.

Расчетная схема подшипника предста лена в плоскости его симметрии, перпендикулярной оси вращения, на фиг. 3. На схеме обозначены характерные положения внутреннего кольца и вкладьшей во втулке: а - центры кольца и втулки совпадают в точке О - исходное ненагруженное состояние (вкладьпли не показаны)} b - центр втулки в т. О, кольца - ВТ. О, - внешняя нагрузка действует в сторону вклацьпиа т, при этом он деформирован максимально, а вкладыш п - минимально; С - центр втулки в т.о, кольца - в т. 0 - внешняя нагрузка действует в противоположную сторону - к вкладышу п; при этом он деформирован максимально (п ), а вкладыш m - минимально (не показан),

За расчетное принято положение вкладыша п на фиг.З. При этом пред- полагается, что нагруженный, предельно деформированный вкладыш m внутренней и наружной поверхностями полностью прилегает к соответствующим поверхностям внутреннего кольца и втулки,- а ненагруженный вкладыш п касается внутреннего кольца полюсом своей внутренней поверхности и одновременно опирается на внутреннюю сферическую поверхность втулки края ми своей наружной поверхности.

Для проектирования поверхностей, ограничивающих вкладьш, необходимо задаться следующими исходными дан.1ЫМИ:

(в - половина центрального угла охвата предельно деформированного

вкладыыа п (,0с(. - ),

R - радиус наружной сферической поверхности внутреннего кольца,

мии наименьшая толщина вкладыша в полюсе i

о МОКС наибольшая величина радиалного гарантированного зазора в полюсе.

Радиус R наружной сферической поверхности вкладьш1а определяется следующим образом.

Ввиду малости величины гарантированного зазора о следовательно, и деформации вкладыша в полюсе по сравнению с радиусами сферических поверхностей кольца и втулки, расчет производится с допущением, что точка АИ при деформациях вкладыша неподвижна.

Из Й1АцСнО

СцО cosU RjCosM,

где Rj R Д R S д ц- J йafcc радиус внутренней сферической поверхности втулки} Л 5д, (мо11сс радиальный

зазор;

sin СР - радиус основания наружной сегментно поверхности вкладьшга, образованного пересечением е наружной сферической поверхности с внутренней сферической поверхностью втулки.

Высота наружной сегментной поверности вкладыша

„ф hcH Ов1,-С„0- ВцВц (-2.,,(1-cos(|)) - -2 Mni f. 2R,sin - 26.

макс . 2 . t

макс

где 2

макс

2(R2sin 2 -Сакс

- наибольшая возможная деформация вкладыша,

1

1-cus(B 2sin - - по формуле двойного аргумента.

Из Л А„В„Сц

A«B«C,-arctg-| V-tBf

д ,,

« sinL АцВнСн

RCH

IN.CH

sin(arctg JeiL) гн

516

Так как , то&АцВцО„ - равнобедренный и высота ОцРц, опущенная из вершины Оц на сторону А„Вц, делит ее пополам, т.е.

F В - Н 9

RCH

2132

Вырота внутренней сегментной поверхности втулки

S&CB н н еОц-в в

(,n,) - - R(1 COS

Г

МИН

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шарнирных соединениях машин и механизмов для самоустановки звеньев кинематических цепей, совершающих качательное и вращательное движения. Цель изобретения - повышение несущей способности и долговечности. Сферический подшипник скольжения содержит корпус, внутреннее кольцо с наружной сферической поверхностью, разрезную втулку с внутренней сферической поверхностью и два закрепленных во втулке вкладыша, расположенных диаметрально противоположно. При этом вкладыши выполнены в виде упругих сферических пластин с равномерно увеличивающейся от полюса к периферии толщиной и установлены с натягом. Изобретение позволяет снизить коэффициент трения и износ, повысить степень перекрытия трущихся поверхностей, общую внешнюю нагрузку, а тем самым, повысить несущую способность и долговечность подшипника. 5 ил.

180 - 2Z.A 180 - 2 arctg

RCH

половина центрально сн

го угла охвата недеформированного вкладыша,

Из АРцВнОи

Rn RГнВн ГнВн .

соз/.Г„ВнО„ со8|А„В„а

.

2sin(arctg т-) cos(arctg )

RCH

sin(2arctg J) сн

Так как 2acrtg - 2 А„В„0 (,

СИ

/.А|,, н, обозначив/. А„В|,Аj окончательно получается, что

R RCH

где о(н угол, лежащий в осесиммет- ричной плоскости и вписанный в наружную сегментную поверхность вкладыша, с вершиной в ее полюсе.

Аналогично определяется радиус R g, внутренней сферической поверхности вкладыша,

ИзйАбС Ой СцОн cosjf (

Здесь Баланс Л-Й«у,и ллин OwaKc - б А1ИН 5м 1ч+Омакс 1 мо(

5«ин макс( мин +

. 2 2

где из Л N (фиг.4), допускай, что ввиду малости а 90°, имеем

AgN

Сц М N cosCf(S j

MOIICC

COS

Радиус основания внутренней сегментной поверхности вкладьппа

АвС Rce AgOHsiny(RH - - SMOKC) sinj ,

. ,. i4,B.C.. rctgbS.J

С6

АаВа АвСв

RCB

6 & з1п/.А.ВвС,. ,Rc64

° ° р sin(arctg --) ев

Так как AgO в - в В ° iAgBgOg - равнобедренный и высота OgFg делит сторону AgBg, пополам,т.е.

F в .Сб ,..

22sin(arct8)

eft

H3UF-BgOg находим

R n R - -

B 6 ч cos/lFgBeCe cos AgBgOe, 1 Rcb,

n /RCB ч/.. Rce ч

2srn(arctg r-) cosCarctg :)

CB

C6

Rce

35 sin(2arctg ц)

CB

Так как 2arctg B 40 /.АбВ5А и, обозначив Z. A jBgA5j fl j, окончательно получается, что

R

в

Rc6

45 где oi в угол, лежащий в осесим- метричной плоскости и вписанный зо внутреннюю сегментную поверхность вкладыша, с вершиной в ее полюсе.

50

Таким образом, получено, что

R, SV

К sincx;,

и R R$6 ,

° sinoi в

где R сн RflSinCl - радиус основания наружной сегментной поверхности вкладыша, образованного пересечением его наружной сферической поверхности с внутренней сферической поверхностью втулки)

4 4 - радиус внутренней сферической поверхности наружного кольцаi

R, - наружной сфе1рической поверхности внутреннего кольца;

Мин наименьшая толщина вкладыша в его полюсе{

О макЬ наибольшая величина гаран- .тированного зазора в полюсе. (О- половина центрального угла охвата предельно деформированного вкладыша;

RCU 0,.. 2 arctg -г- - угол, лежа СИ жащий в осесимметричной плоскости и

вписанный в наружную сегментную поверхность вкладьш1а, вершиной в ее п олюсе}

IV IV

) - высота

2, ) Ьси 2( J -вшкс

наружной сегментной поверхности вкладьш1а I

Rgg - радиус основания внутренней сегментной поверхности вкладыша)

Y (Х-н - половина центрального угла охвата недеформироваи- ного вкладьш1а ,

2 arctg

угол, лежащий

h. 2Rt,sin f + 5шкс - У мин

8м«кс и- 25м«кс Si

- наи

в осесимметричной плоскости и вписанный во внутреннюю сегментную поверхность вкладьш1а, с вершиной в ее полюсе;

2 1Г

; у к . « 1 П

С6

высота внутренней сегментной поверхности вкладыша,

2

2,

большая толщина вкладьш1а на периферии.

Центры этих поверхностей лежат н оси о о симметрии вкладьшта, проходящей через их полюсы, например, наружный полюс наружной сферической поверхности обозначен буквой Р на фиг.5. С боков вкладыш ограничен по ширине втулки торцовыми поверхностями 5, перпендикулярными оси вря- щения подшипника, и боковыми поверхностями 6, являющимися частями боковой поверхности конуса с вершиной в центре 0ц и углом 2 при шине в осевом сечении, которые заключены между основаниями наружной внутренней сегментных поверхностей вкладыша и торцовыми поверхностями

O

5

0

5

30

35

40

гс

45

50

В подшипниках скольжения в зависимости от радиального зазора при работе под нагрузкой образуется зона контакта с центральным углом охвата, как правило, 90-120 .При этом наибольшее удельное давление образуется в центральной части зоны и уменьша-. ется до минимума на ее краях. При значительной жесткости трущихся деталей уменьшение указанного угла ниже 90°, при прочих равных условиях, приводит к резкому возрастанию удельного давления, повьш1енному износу и к снижению несущей способности и долговечности; увеличение угла свьш1е 120 - к образованию ненагруженных зон в начале и - конце угла охвата и, следовательно, к ограничению несущей способности подшипника.

В конструкции при пружинно-упругом деформировании вкладыша этот угол может быть принят в пределах 90 - 150°. При выборе указанного угла следует учитывать, что с его увеличением возрастание жесткости вкладыша происходит с большей интенсивностью, чем несущая способность подшипника, поэтому можно рекомендовать средние значения угла охвата из указанных пределов.

И(есткость вкладьш1а. может изменяться также за счет изменения задаваемой наименьшей его тол дины ,в полюсе и величины наибольшего гарантированного зазора, которая влияет на толщину вкладыша на периферии. Влияет на жесткость вкладыша и его ширина, ограничиваемая шириной втулки. С увеличением ширины вкладыша при неизменных других параметрах происходит более равномерное его деформирование, более равномерное распределение внешней нагрузки по.его поверхности, и следовательно, уменьшение, износа и увеличение несущей . способности и долговечности.

Сборка подшипника осуществляется следующим образом,

В половина х втулки 3 (фиг. 1) устанавливаются вкладыим 4 наружной сферической поверхностью к сферической поверхности втулки,3 и закрепляются накладками 9 и винтами 8., Буртики 11 предотвращают смещение вкладыша 4 в сторону торцов втулки З (в плоскости фиг. 2), а отгибные лапки 10 - в окружном направлении (в плоскости фиг.1).

После этого половинки втулки 3 с закреппенньп-ш в них вкладьшами 4 соединяются по плоскости разъема (фиг. 1) и устанавливаются в кор- с пусе 1, причем втулка 3 с вкладышами 4 ориентируется в корпусе 1 таким образом, чтобы оси симметрии вкладьшей, проходящие через их наружные полюсы, совпадали с линией ю действия внешней нагрузки. Например , в силовых цилиндрах грузоподъемных машин она совпадает с продольной осью штока. На фиг.1 стрелками показаны направления действия 15 внешней нагрузки.

Подшипник работает следующим образом.

В собранном подшипнике в ненагру- женном положении (фиг. 1) оба вкла- 20 дьшга находятся в предварительно деформированном состоянии - деформация в полюсе равна наибольшему радиальному гарантированному зазору. Такие же по величине радиальные зазоры 25 предусмотрены в этом положении меж- у наружными полюсами вкладышей и внутренней сферической поверхностью втулки. Этому положению соответствует определенная площадь пятна кон- зо такта вкладьш1ей с внутренним кольцом, что обуславливает начальную нагрузку, достижение которой начинает вызывать дальнейшую деформацию вкладышей.

После достижения начальной наг грузки и с ее дальнейшим ростом вкладьш, в сторону которого она направлена, деформируется, увеличивая кривизну своих наружной и внутренней Q поверхностей. При этом увеличиваются площади контакта вкладьшза с внутренним кольцом и втулкой, что приводит к перераспределению и более равномерному распределению удельных дав- 5 лений по площадкам контакта, В предельном случае внутренняя поверхность вкладыша полностью прилегает к поверхности внутреннего кольца, а наружная - к поверхности втулки обеспечивая наибольшую площадь соприкосновения трущихся поверхностей и гмeньшeниe удельного давления на этих поверхностях и из-носа.

Второй ненагруженный вклддьпн во время нагружения первого будет уменьшать кривизну своих сферических по- в.ерхностей, оставаясь постоянно в контакте, как с внутренним кольцом.

ак и со втулкой. В предельном слуае, когда первьй вкладьш максимальо деформирован, второй - деформироан минимально, сохраняя контакт со сферической поверхностью внутреннего кольца своим внутренним полюсом со сферической поверхностью втулки - cкpyглeнны 5и краями боковых поверхностей.

При реверсе нагрузки происходит нагружение второго вкладыша и раз- гружение первого и процесс работы и деформации вкладышей повторяется и происходит указанным- способом.

Выполнение скруглений на краях 7 и обеспечение плавного перехода от боковых поверхностей 6 вкладыша 4 к наружной сферической поверхности предотвращает его заклинивание в сферической поверхности втулки при деформациях. Радиус скруглений рекомендуется принимать в пределах

(0,2 - 0,3) S,cВыполнение вкладыша в виде упругой сферической пластины предлагаемой формы позволяет принимать его сферическим поверхностям кривизну, соответственно, изменениям внешней нагрузки, а следовательно, саморегу- пировать распределение нагрузки на трущиеся поверхности, автоматически выбирать их оптимальный режим работы, что приводит к улучшению триботех- нических характеристик подшипника. Конструкция обеспечивает также повышенные демпфирующие свойства подшипника, что важно при работе трущихся сочленений в условиях вибраций и динамических нагрузок.

Все это позволяет снизить коэффициент трения и износ, повысить степень перекрытия трущихся поверхностей, общую внеигнюю нагрузку, а последовательно, повысить несущую способность подшипника и его долговечность.

формула изобретения

Сферический подшипник скольже.ния, содержащий корпус, охватыв-аемую деталь с наружной сферической поверхностью, охватывающую ее разрезн то втулку с внутренней сферической поверхностью и два размещенных между ними закрепленных во втулке вкл-ады- ша, расположенных диаметрально противоположно относительно оси подшипника, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности и долговечности, каждьш вкладыш установлен с натягом и выполнен в виде упругой пластины со сферическими наружной и внутренней поверхностями, полюсы которых расположены на оси симметрии вкладыша, при этом вкладыши выполнены с уве- личивающейся от центра к периферии толщиной, а радиус наружной R , и внутренней R сферических поверхно тей соответственно определяется соотношениями

,Н

sinoiH

и

Rb

RC.B sinoie

с.н с.6 радиус оснований наружной и внутренней сегментных поверхностей вкладыша, соответственно 5

(. и oi g - углы, лежащие в осе- симметричной плоскости и вписанные соответственно в наружную и внутреннюю сегментные поверхность вкладыша, с вершинами в полюсах этих поверхностей.

,

/АлJ

.

/ - С7ЛГв Л7е а)

(Ptte.

т

Фие.З