Упорный подшипник скольжения

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт надежности машин Национальной Академии Наук Беларуси(57) 1. Упорный подшипник скольжения, содержащий вращающийся и неподвижный, взаимодействующие между собой цилиндрические металлические элементы, при этом на сопряженной рабочей поверхности неподвижного элемента выполнен периодический профиль, отличающийся тем, что сопряженная рабочая поверхность вращающегося металлического элемента выполнена с комплиментарным профилем неподвижному элементу в виде концентрично расположенных чередующихся выступов и впадин, радиус и высота которых выбирается исходя из следующих соотношений 0,020,15,0,010,07,где- радиус подшипника, мм- радиус выступа (впадины), мм- высота выступа (впадины), мм. 2. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что на торцевой поверхности вращающегося элемента выполнены глухие -образные пазы. 3. Подшипник по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что на сопряженной поверхности вращающегося элемента выполнены, по крайней мере, две спиральные встречно-направленные канавки, выходящие в-образные пазы, при этом ширина и глубина канавок выбирается из следующих соотношений Н(0,010,08),(0,010,08),где- радиус подшипника, мм Н - глубина спиральной канавки, мм В - ширина спиральной канавки, мм. Фиг. 1 Полезная модель относится к деталям машин и может быть использована в подшипниковых узлах, опорах скольжения и других узлах, применяемых в машиностроительной, металлообрабатывающей, станкостроительной, приборостроительной промышленности и других. 252 Известен подшипник с периодическим профилем поверхности скольжения 1. В этом подшипнике периодический профиль выполнен в виде последовательно расположенных остроконечных выступов высотой 28 мкм, формирующих микрорельеф поверхности, обеспечивающий более рациональный режим смазки. Существенным недостатком этого технического решения является острый, гребенчатый профиль контактирующих поверхностей. В процессе работы на выступах такого профиля возникают повышенные контактные давления, приводящие к разрушению выступов при использовании относительно хрупких материалов,например, металлокерамики, имеющих высокую твердость и износостойкость. В результате разрушения выступов из металлокерамики в трущееся сопряжение попадают твердые абразивные частицы, что приводит к повышению интенсивности износа, разрушению рабочих поверхностей и снижению долговечности подшипника. Из известных аналогов наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является упорный подшипник скольжения, содержащий вращающийся и неподвижный, взаимодействующие между собой цилиндрические металлические элементы, при этом на сопряженной рабочей поверхности неподвижного элемента выполнен периодический профиль 2. В этом подшипнике на неподвижном элементе выполнен периодический профиль в виде спиральных канавок в поперечном сечении образующих выступы и впадины глубиной от 3 до 50 мкм. Существенным недостатком этого подшипника является повышенный износ рабочих поверхностей при реверсивном движении, противоположном направлению закручивания спирали, и повышенных осевых нагрузках. При вращении подвижного элемента подшипника в этом направлении смазка не поступает в зону контакта, что приводит к сухому или граничному трению выступов периодического профиля об плоскую ответную поверхность. Как следствие, происходит быстрый износ рабочих поверхностей, схватывание и задиры трущихся поверхностей подшипника. Задачей полезной модели является создание подшипника скольжения, обеспечивающего повышенную износостойкость, отсутствие схватывания и задиров рабочих поверхностей при реверсивном движении и повышенных осевых нагрузках. Для достижения поставленной задачи в упорном подшипнике скольжения, содержащем вращающийся и неподвижный, взаимодействующие между собой цилиндрические металлические элементы, на сопряженной рабочей поверхности неподвижного элемента выполнен периодический профиль, согласно полезной модели,сопряженная рабочая поверхность вращающегося металлического элемента выполнена с комплиментарным профилем неподвижному элементу в виде концентрично расположенных чередующихся выступов и впадин,радиус и высота которых выбирается исходя из следующих соотношений 0,020,15,0,01-0,07,где- радиус подшипника, мм- радиус выступа (впадины), мм- высота выступа (впадины), мм. На торцевой поверхности вращающегося элемента подшипника выполнены глухие -образные пазы. На сопряженной поверхности вращающегося элемента выполнены, по крайней мере, две спиральные встречнонаправленные канавки, выходящие в -образные пазы, при этом ширина и глубина канавок выбирается из следующих соотношений Н(0,010,08) ,(0,010,08) ,где- радиус подшипника, мм Н - глубина спиральной канавки, мм В - ширина спиральной канавки, мм. Повышенная износостойкость рабочих поверхностей подшипника при реверсивном движении и повышенных нагрузках обеспечивается за счет того, что сопряженная рабочая поверхность вращающегося металлического элемента выполнена с комплиментарным профилем неподвижному элементу в виде концентрично расположенных чередующихся выступов и впадин согласно указанным соотношениям. При концентричном расположении выступов и впадин периодического профиля выступ одной поверхности взаимодействует с впадиной ответной поверхности и свободно перемещается в ней при вращении по часовой стрелке или наоборот. Поверхностный слой на соответствующем выступе захватывает частицы смазки. При работе подшипника смазка распределяется по впадинам и обеспечивается равномерный слой смазки между рабочими поверхностями подшипника, что снижает его износ при реверсивном направлении движения, пуске и остановке. Периодическая форма выступов и впадин периодического профиля сглаживает острые кромки и края поверхности, увеличивает площадь контакта. В результате это обеспечивает низкие контактные напряжения при высоких осевых нагрузках. Поверхностный слой материала не имеет остроконечных выступов с концентраторами напряжений, что способствует повышению его прочностных свойств и повышению ресурса работоспособности. 252 Высокая эффективность поступления смазки обеспечивается за счет глухих -образных пазов на торцевой поверхности вращающегося элемента, в полости которых выходят спиральные канавки, размеры которых определяются по приведенным выше соотношениям. При вращении подшипника соответствующий направлению вращения -образный паз, открытый по ходу движения, захватывает смазку, которая поступает по канавке и затем распределяется по всей поверхности периодического профиля при помощи выступов и впадин. При вращении по часовой стрелке и обратно поступление смазки обеспечивает встречнонаправленное расположение канавок и -образных пазов. Спиральные канавки не пересекаются между собой. Таким образом, смазка постоянно и равномерно циркулирует между трущимися поверхностями, способствуя их низкому износу. Результаты испытаний даны в таблице. Подшипник имеет повышенную устойчивость к осевым и радиальным нагрузкам за счет выступов и впадин периодического профиля. При работе подшипника выступы и впадины периодического профиля взаимодействуют друг с другом, обеспечивая увеличенную площадь контакта. В результате этого снижаются контактные и остаточные напряжения на выступах периодического профиля, снижается интенсивность износа поверхностного слоя, исключается образование абразивных частиц, устраняется перекос и заедание подшипника при относительно высоких нагрузках. Реализация полученной в результате исследований зависимости для определения параметров периодического профиля подшипника обеспечивает при значениях параметров, меньших минимально допустимых, резко снижается эффективность использования предлагаемого технического решения, так как контактная площадь увеличивается незначительно,что приводит к повышению удельных нагрузок и схватыванию взаимодействующих элементов подшипника. Кроме того, смазка менее интенсивно поступает по канавкам малого сечения, при этом образуется незначительный по толщине смазочный слой и происходит повышенный износ рабочих поверхностей при значении, большем максимально допустимого, уменьшается число выступов и впадин, составляющих периодический профиль при одновременном увеличении их размеров. В результате этого нагрузка распределяется неравномерно по объему рабочего слоя. На выступах значительно повышаются контактные напряжения, а во впадинах напряжения не значительны, особенно при контакте твердых материалов, например оксидокерамических покрытий. Это приводит к микротрещинам и разрушению поверхностных рабочих слоев. На фиг. 1 изображен подшипник. На фиг. 2 показан вид А-А фиг. 1. Подшипник состоит (фиг. 1) из неподвижного 1 и подвижного 2 элементов с металлокерамическим покрытием рабочих поверхностей, имеющих периодический профиль в поперечном сечении, образующий выступы 3 и впадины 4. Вращающийся элемент 2 подшипника (фиг. 2) имеет периодический профиль в поперечном сечении, образующий выступы 3 и впадины 4, канавки 5, -образные пазы 6. Подшипник работает следующим образом. При вращении подвижного элемента подшипника 2 в одну из сторон соответствующий -образный паз 6 захватывает смазку, которая под действием центробежных сил,возникающих при вращении подвижного элемента 2 подшипника, поступает соответствующей по канавке 5. Затем смазка распределяется по всей площади контакта за счет выступов 3 и впадин 4. Таким образом, обеспечивается постоянный приток и распределение смазки между трущимися поверхностями подшипника, что предотвращает сухое трение при реверсивном движении, пуске и остановке подшипника. Реализация полезной модели позволяет обеспечить повышенную износостойкость рабочих поверхностей подшипника при повышенных нагрузках и реверсивном движении. 252 Результаты испытаний подшипников Величина износа,мкм/км Радиус цилиндрического элемента подшипника равен 70 мм. 4 Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.