упорный подшипник скольжения

Формула изобретения

Упорный подшипник скольжения, содержащий неподвижную опору и вал, отличающийся тем, что торцевая опорная поверхность вала выполнена состоящей из трех участков, форма которых описывается уравнениями:

,

y=0,

,

где x₁, x₂ - текущие координаты в системе прямоугольных координат x₁O₁y ₁ и x₂O₂y₂;

a ₁, а₂, n₁, n₂ - коэффициенты, характеризующие трибофизические свойства материалов и режимы работы подшипника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям упорных подшипников, работающих в режимах граничного или смешанного режимов смазки и используемых в станкостроительной, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известна также конструкция упорного подшипника скольжения, содержащая обойму, сопряженный с ней по сопрягаемой поверхности вкладыш с опорной поверхностью, при этом на одной из сопряженных поверхностей вкладыша или обоймы нанесена сетка мелких канавок и канавки соединены с источником жидкой смазки (патент РФ № 2159876 по кл. F16С 23/00 от 27.11.2007 г.).

Данная конструкция обеспечивает снижение коэффициента трения при разных режимах эксплуатации.

Недостатком данной конструкции является относительно низкая динамическая прочность подшипника при работе в условиях граничного или смешанного режимов смазки.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является упорный подшипник скольжения, содержащий неподвижную опору и вал (патент РФ № 2092722 по кл. F12C 17/22 от 10.10.1997 г.).

Недостатком данного подшипника является повышенный и неравномерный износ опорных торцевых поверхностей, обусловленный тем, что выполнение торцевых поверхностей максимально приближенными друг к другу с нулевым зазором приводит к неравномерности контактного давления поперек кольцевой площадки контакта, что в конечном итоге снижает ресурс работы упорного подшипника скольжения.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении ресурса работы упорного подшипника скольжения.

Поставленная задача решается за счет того, что в упорном подшипнике скольжения, содержащем неподвижную опору и вал, торцевая опорная поверхность вала выполнена состоящей из трех участков, форма которых описывается уравнениями:

,

у=0,

, где x₁, x₂ - текущие координаты в системе прямоугольных координат x₁O₁y ₁ и x₂O₂y₂.

Значения величин a₁; а₂; n₁; n₂ - коэффициенты, характеризующие трибофизические свойства материалов и режимы работы.

На фиг.1 представлен общий вид упорного подшипника скольжения.

На фиг.2 представлены эпюры контактных давлений р(r) вдоль радиуса в упорном подшипнике скольжения с плоскими торцевыми поверхностями вала 1 и неподвижной опоры 2, возникающих в результате действия внешней нагрузки Q.

На фиг.3 представлены эпюры контактных давлений р(r) радиуса r в упорном подшипнике скольжения, в котором торцевая поверхность вала 1 выполнена по профилю:

- участок R₁A:

- участок АВ: у=0;

- участок BR₂: , где r=А; r=В.

Из физико-химической механики поверхностного разрушения материалов при трении (трибология) известно, что износ материалов при граничном или смешанном режимах смазки h равен произведению пути трения на контактное давление р в степени m: h=kLp^m, где k и m - коэффициенты, зависящие от трибофизических свойств трущихся материалов.

Для обеспечения максимального ресурса работы упорного подшипника скольжения и ускорения процессов приработки поверхностей необходимо, чтобы износ в каждой точке площадки контакта поверхностей был постоянным (h=const при R₁<r<R₂) (фиг.3).

Из механики контактного взаимодействия цилиндрических торцевых поверхностей известно, что на кольцевой площадке контакта упорного подшипника под действием осевой нагрузки Q возникают переменные контактные давления р(r), резко возрастающие по краям этой площадки r=R₁; r=R₂ (фиг.2). В свою очередь, при вращении вала 1 пути трения для точек площадки контакта подшипника увеличиваются прямо пропорционально расстоянию этих точек от оси вращения вала: L=2 r. Поэтому для обеспечения равномерного изнашивания опорных поверхностей подшипника скольжения контактное давление должно плавно снижаться от точек r=R₁ до точек r=R₂ : p=p₁(R₁/r)^1/m (фиг.3).

На эпюру контактных давлений можно влиять путем придания начальных зазоров между поверхностями трения при Q=0. Выбрав соответствующую форму торцевой поверхности вала 1, можно обеспечить необходимую уменьшающуюся эпюру контактных давлений поперек кольцевой площадки контакта, которая при работе торцевого подшипника обеспечит равномерный минимальный износ, а значит и максимальный ресурс работы подшипника. Для этого площадка контакта в поперечном сечении упорного подшипника разбивается вдоль радиуса на три участка: R₁A, AB, BR₂ (фиг.3). На каждом из этих участков форма опорной поверхности вала 1 описывается уравнениями:

- участок R₁A:

- участок AB: у=0;

- участок BR₂: , где r=А; r=В.