Сферическая опора Советский патент 1992 года по МПК F16C17/08 F16C23/04 

сл

с

Использование: в машиностроении для крупногабаритных тяжелонагруженных сферических опор скольжения. Сущность изобретения: антифрикционные вкладыши выполнены разрезными по высоте, а их части смещены в окружном направлении. Пята и основание выполнены со срезанными полюсами, а форма и размеры вкладышей определяются по заданным зависимостям. Данное выполнение опоры исключает ее заклинивание при возникающей в процессе эксплуатации боковой нагрузки. 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для крупногабаритныхтяжелонагруженныхсферических опор скольжения.

Известно устройство, в котором сферическая пята опирается на сферическое основание через закрепленные на поверхности пяты антифрикционный вкладыши, выполненные в виде соединенных между собой на полосе сферы с меридионально направленными осями симметрии сферических элементов форма и размеры которых связаны соотношением

I - S sln2p п R sln2#Ji

Недостатком этого устройства является невозможность его эксплуатации для сферической пяты со срезанным полюсом, вследствие появления неравномерности на- гружения на сферический вкладыш, что приведет его к повышенному износу. При появлении дополнительной эксплуатационной нагрузки момент трения в таком устройстве возрастает за счет эффекта заклинивания.

Целью изобретения является сокращение потерь на трение в сферической опоре со срезанным полюсом у сферической пяты и устранение эффекта заклинивания при появлении боковой эксплуатационной нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем сферическую пяту и сферическое основание со срезанными полюсами, а также антифрикционные вкладыши, расположенные между ними, согласно изобретения форма и размеры антифрикционных вкладышей, расположенные на сферическом основании, связаны соотношением/ЖЕЕГ

N (&, - #ь) (COS (p COS2

VI оо

Ј vi

ON

L

R n Pont In (f pCsinV -sin2)

причем количество этих вкладышей всегда нечетно, вкладыши разделены на две части в горизонтальном направлении на угле

.р,.-0) ,

-0 12С + 1,ЗД +

где

V ПубйЛ + iVfoiff J2 ЬЫ 1уЫ

2

и верхние части вкладышей смещены относите о нижних вокруг оси сферического шарнира на угол

OV.-M

Ос- п

где If - ширина сферического элемента на уровне, определяемом углом р; N - нормальная нагрузка на шарнире; ръ и р - соответственно верхний и нижний углы ограничивающие расположение антифрикционных вкладышей; R - радиус сферического шарнира; п - количество антифрикционных вкладышей, всегда нечетное; Ропт - оптимальное давление для выбранного антифрикционного материала; pVz угол деления антифрикционных вкладышей; Ос- угол сдвига половинок антифрикционных вкладышей; i 0,1, 2.

На фиг. 1,2 изображена схема построения развертки сферического элемента антифрикционного вкладыша; на фиг.З - вид на сферическое основание со срезанной части; на фиг.4 - сферическая опора скольжения, срезанная на полюсе; на фиг.5,6 - гр афиче- ское доказательство эффекта заклинивания.

Устройство состоит из сферического основания 1, сферической пяты 2, со срезанным полюсом и радиусом R и антифрикционных прокладок 3. На устройство действует нормальная эксплуатационная нагрузка N и боковая нагрузка Q, причем .

Эксплуатационная нагрузка N, приложенная к сферической опоре скольжения, направлена вдоль оси пяты и передается на основание через антифрикционный вкладыш. При этом пята может совершать вращательное движение вдоль оси нагружения или качательное движение вокруг горизонтальной оси. При вращении или колебании шарнира возникают силы трения, устранить которые и призваны антифрикционные прокладки.

Чтобы реализовать равномерное распределение удельных давлений необходимо, чтобы пропорционально изменялась и площадь вкладыша из антифрикционного

материала.

Если выделить на сферической поверхности кольцевую площадку dS (фиг. 1,2), определяемую при постоянном угле р, шириной dp, в угловых мерах, или Rd p- в

линейных. Антифрикционные вкладыши размещены между центральными углами фв и рн . Тогда среднее нормальное давление на этом участке будет равно

15

Рср1

N

&R( -sfnzpn)

Известно, что при контактировании сферической пяты по срезанным полюсом, распределение давлений подчиняется закону

Ctg p,

откуда

25

Очевидно, что это давление направлено под некоторым углом к нормали, который может быть найден из соотношения равенства площадей сферической поверхности до и после него, т.е.

ч

fc 180

($-Й)

40

ш)Откуда имеем, что

ъ-ЩЖ

Тогда

Рср1 Рср2 CoSpfc .

(3)

(4)

Выполнив преобразования получим, что

Рмах

У0з-1б N (у - рн) COS 2

R2-In(l)(sinV-si 2)

(5)

Тогда, удельное нормальное давление, приходящееся на элементарную площадку dS с учетом (5) будет равно

dPN 2 Л R sin (р РЕ, R d p 2siny -IM-fob )

(li Xs nV-sin1,)

С другой стороны, при соблюдении равномерного давления на все участки антифрикционного вкладыша, у материала которого существует оптимальное давление Ропт, тогда

dPN P0nT «n К,.(7)

Уравняв (6)vi (7), получим

N (рл IH) (COS р COS

R n Pont In (5jS-g) (sin V - sin V)

Эта формула отражает закон изменения ширины одного антифрикционного вкладыша от центрального угла р.

При появлении боковой нагрузки Q возникает эффект заклинивания (фиг.5,6), который заключается в следующем. В какой-то момент времени одна из точек, на сферической пяте находящихся вблизи прохождения вектора Q (т.В), останавливает свое относительное скольжение и вся пята начинает вращаться вокруг нее. При этом, возникает заклинивание на противоположной стороне в антифрикционном вкладыше, тем большее, чем больше угол этого поворота. Если же антифрикционный вкладыш выполнить разрезным и смещенным на угол, равный половине расстояние между соседними вкладышами, вокруг оси сферической

1 ЯП

опоры Ос - ---, то в плоскости колебания

сферического шарнира эти вкладыши будут иметь вид, показанный на фиг.6. Т.е. один вкладыш расположен выше некоторого угла yvЈ, другой ниже. Тогда, при возникновении остановки в точках С и D, сферическая поверхность будет выходить из зацепления с ответным вкладышем и заклинивание исчезнет.

Угол определим из требования равенства нагрузки на верхнюю и нижнюю части каждого вкладыша, т.е. среднее давление на вкладыши на углах от должно равняться среднему давлению на углах от (pVi RO рн.

Полагая фигуру вкладыша близкую к трапеции, которую необходимо разделить на две, равные по площади части, в которой верхнее основание

а ((РВ), а нижнее основание

b «.(рн). Тогда получим, опуская очевидные выкладки

,Л1, ,. (С + В) (jjfr- ун)

(2С + а + в)

5 где

Л г

УГа+вУг-2

I

ав

Пусть, на сферическую опору, имеющие углы расположения антифрикционных вкладышей 50°, приложена нагрузка N - 10000 кгс, радиус шаровой поверхности R 100 см. Количество анти- фрикционных вкладышей выбираем равным n 3 и используем материал типа НПИ-МС с Ропт 10 кгс/см . Тогда закон изменения ширины антифрикционного вкладыша будет равен из (1) 1у 0,996 Cos p.

Рассчитаем эти значения для некоторых углов

p 50°;lf 0,64;

р 55°-; lf 0,57;

у) 60°; If 0,5;

р 65°; lf- 0,42;

f 70°;lf 0,34;

р 75°; I 0,26;

(р 80СН 0,17;

у 85°;1У- 0,09.

Отложим значения ly на развертке и, соединив точки плавными линиями, получим контуры антифрикционного вкладыша (фиг.1).

Теперь найдем угол pvb- По упрощенной формуле (10), он равен 61,51°. На этом угле и необходимо разделить вкладыши на две части и сместить их относительно друг друга на угол

«с

180 fino

Результаты построения показаны на фиг.З.

На установке были проведены сравнительные испытания по прототипу и по заявляемому техническому решению, показали преимущество последнего. Момент трения для однотипного антифрикционного материала НПИ-МС снижался на 15-25%. Износ вкладыша в прототипе происходил по его нижней части, а по заявляемому техническому решению - равномерное.

Формула изобретения

Сферическая опора, содержащая сферическую пяту и сферическое основание, а также антифрикционные вкладыши, расположенные между ними, отличающая-ся

тем, что, с целью сокращения потерь на трение и устранения эффекта заклинивания при боковой нагрузке в сферической опоре, пята и основание выполнены со срезанными полюсами, вкладыши расположены на основании, а форма и размеры антифрикционных вкладышей связаны соотношением

,у- Nffl.-(W)(cos p-cos jT{

R П Pom In |Јg)(Sin V -Sln2)

Причем количество этих вкладышей всегда нечетно, вкладыши разделены на две части в горизонтальном направлении на угле

,«i ,«- С+М0й)3(0в.-0й) щг+т$ет+та

где

с v + Wtfhff -2 Ы 1УЫ

рцг.2

и верхние части вкладышей смещены относительно нижних вокруг оси сферического шарнира на угол

Ос

180 п

где 1у- шйр йнЖвкЛадыша на уровне, определяемом углом р

N - допустимая эксплуатационная нормальная нагрузка на шарнир;

фъ и р - соответственно верхний и нижний углы, ограничивающие расположение антифрикционных вкладышей; R - радиус сферического шарнира;

п - количество антифрикционных вкладышей, всегда нечетное;

Ропт. - оптимальное давление для выбранного антифрикционного материала; Ос- угол деления антифрикционных

вкладышей;

pfa - угол сдвига половинок антифрикционных вкладышей.

(риг 6

Фиг 4