Опора скольжения Советский патент 1992 года по МПК F16C27/02 

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению и может быть использовано в прецизионных приводных устройствах.

Известна опора скольжения, содержащая установленную в корпусе и обхватывающую цапфу вала втулку, обхватывающую цапфу поверхность, которая выполнена криволинейной.

Однако изготовление такой опоры с высокой точностью геометрических размеров ее является сложным.

Известна также опора скольжения, содержащая втулку и цапфу вала с косыми канавками на рабочей поверхности.

Однако в опоре, где одна из рабочих поверхностей имеет канавки, в переходных скоростях вращения возникает повышенный износ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой опоре является выбранная в качестве прототипа опора, содержащая вкладыш и цапфу вала, причем цапфа имеет два кольцевых опорных участка, образованных посредством тонкостенной консольно закрепленной на валу втулки.

Недостатком известной опоры является концентрация контактных давлений у внешних кромок сопряжения, сложность изготовления длинного однородного упругого тонкостенного элемента, расположенного концентричное цапфой, в качестве упругого элемента.

Целью изобретения является увеличение коэффициента полезного действия путем уменьшения сил трения.

Это достигается тем, известной опоре, содержащей корпус с цилиндрическим отверстием и установленную в нем цапфу вала с двумя опорными кольцевыми участками, наружная поверхность каждого опорного кольцевого участка выполнена торовидной. Радиус образующей торовидного участка выполнен в следующем интервале:

0.61 1.4 0,61 2.3 гмакс I Со П

0,02

,13

0,047 1.62 0.61

Ч A Ei

3.13 1,13 0,13 0.37

(L-l) Ei A n

1.13 0,015 1,3 Рмакс тСо

где RT - радиус образующей торы;

0)

VI VI

ю

4 N Ю

Рмакс - максимальная Hat рузка на кромке корпуса;

1 - опорная длина корпуса, опоры; Со - упругая постоянная; п -суммарный приведенный коэффициент Пуассона корпуса и цапфы; EI - модуль упругости корпуса; W- минимальный относительный зазор в опоре;

Д- минимальный радиальный зазор в опоре;

L - общая длина опоры. На поверхности цапфы по обе стороны от каждого опорного участка могут быть выполнены винтовые канавки равного шага, направленные к опорному кольцевому участку в сторону, противоположную вращению цапфы вала.

На фиг.1 представлена схема опоры с опорными кольцевыми участками, на фиг,2 - схема опоры с опорными кольцевыми участками и винтовыми канавками.

Опора скольжения содержит цапфу 1 вала, размещенного в корпусе 2 с цилинд1- рическим отверстием. Цапфа вала имеет два кольцевых опорных участка 3, наружные поверхности которых выполнены торовидными, радиус образуквдей которых выполнен в интервале, указанном в формуле (1), где

Со-упругая постоянная опоры, определяемая соотношением

-/f2iHl-/i22)Ei/E2; /Л и Ц2 коэффициенты Пуассона соответственно материала корпуса и цапфы;

EI и Е2 - модули упругости соответственно корпуса и цапфы;

п - суммарный приведенный коэффициент Пуассона корпуса и цапфы, определяемый соотношениями при Ei/E2 0,1 ,,55; при 10 Ei/E2 0,1

.07(1-lgEi/E2iMi+0,20(1+lgEi/E2)/ttK),51; при Ei/E2 10 rH),41/i 2+0,45,

На поверхности цапфы могут быть выполнены винтовые канавки 4, а зазор между цапфой и корпусом заполнено смазочным веществом 5.

Опора работает следующим образом. При действии несимметричной нагрузки цапфа 1 поворачивается в пределах зазора на угол у. Образуются две контактные зоны между цапфой 1 и корпусом 2 в противоположных краях последнего. Поверхность торовидного опорного кольцевого участка 3 цапфы 1 в зоне контакта относительно гладкая, без резких изменений радиуса кривиз- ны поверхности Так распределение контактных давлений по оси корпуса тоже

гладкое, без концентрации напряжений Тем создаются благоприятные условия для образования микроклиньев в граничном смазочном слое и устраняется опасность

разрыва этого слоя.

Применение торовой поверхности, ограничивающей опорный кольцевой участок, объясняется тем, что изменение площади контакта между опорным участком и корпу0 сом 2 при изменении угла наклона у цапфы 1 в пределах зазора в процессе работы опоры минимальное именно при торовом опорном участке. Изменения площади контакта не происходит, если опорный кольцевой

5 участок ограничен шаровой поверхностью, которая является одной разновидностью торы.

Однако применение шаровой поверхности части не обеспечивает достаточно ма0 лых контактных давлений. Определение контактных давлений при непараллельности осей или при отклонении от цилиндрич- ности цапфы сводится к решению интегро-дифференциального уравнения

5 контактирования, которое производится численными методами. Трение меньше при более равномерном распределении давления и при меньших средних давлениях, так, при других равных условиях для уменьше0 ния трения должно соблюдаться условие

Оср #р

где Оср - среднее давление в опоре с торовидным кольцевым участком;

5 ас р - среднее давление в опоре с непараллельными осями цапфы и цилиндрического отверстия корпуса.

Из этого вытекает условие для нижнего предела радиуса образующей торы RT. Если

0 длина контактной зоны по направлению оси цилиндрического отверстия корпуса достаточно большая, а длина корпуса малая, то кромка корпуса пересекает контактную зону. Из намеченного обстоятельства аытека5 ет второе условие, ограничивающее сверху радиус образующей торы RT. По этому условию внешние кромки корпуса должны быть вне контэктных зон.

0 Выбор диаметра цилиндрической части цапфы d производится по условию (1/4r-L/l+1),

которое вытекает из требования, чтобы цилиндрическая часть цапфы не касалась

5 корпуса в торцах его при максимальном наклоне цапфы. С другой стороны, минимальный диаметр цапфы ограничен условием прочности. Участки опоры с увеличенными зазорами являются местами для сбора частиц износа и тем препятствуют увеличению трения.

Формула изобретения 1. Опора скольжения, содержащая корпус с цилиндрическим отверстием и установленную в нем цапфу вала с двумя опорными кольцевыми участками, отличающаяся тем, что, с целью увеличения КПД за счет уменьшения сил трения, наружная поверхность каждого опорного кольцевого участка выполнена торовидной с радиусом образующей следующем интервале:

0.61 1.4 0,61 2.3 Рмакс I Со П

0,02

0,047 1,62 0,61

Ч Л EI

3.13 1 13 0.13 0.37

(L-l) Ei A n

1,13 0,015 1,3 Рмакс ХР Со

,13

где Рмакс - максимальная нагрузка на кромке корпуса;

I - опорная длина корпуса ;

Со - упругая постоянная опоры;

л - суммарный приведенный коэффициент Пуассона корпуса и цапфы;

EI - модуль упругости корпуса;

Ч - минимальный относительный зазор в опоре;

0Л- минимальный радиальный зазор в

опоре;

L - общая длина опоры.

2. Опора по п. Отличающаяся тем, что на поверхности цапфы по обе сто- 5 роны от каждого опорного участка выполне- ны винтовые канавки равного шага, направленное к опорному кольцевому участку в сторону, противоположную вращению цапфы вала.

Использование: в прецизионных приводных устройствах. Сущность изобретения: опора скольжения содержит цапфу вала, корпус и два кольцевых торовидных опорных участка, а на поверхности цапфы выполнены винтовые канавки, каждый торовидный кольцевой участок выполнен с радиусом образующей в определенном интервале, который выбирается с учетом максимальной нагрузки на кромке корпуса, опорной длины корпуса, коэффициентов, характеризующих контактную жесткость цапфы и корпуса, модуля упругости корпуса, минимального относительного зазора в опоре, минимального радиального зазора в опоре и общей длины опоры. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.