Подшипник скольжения

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкциям подшипников скольжения, и может быть широко использовано в различных отраслях промышленности. Подшипник скольжения содержит опору и втулку из неметаллического материала, образующие пару трения и установленные соответственно в корпусе и на валу. Причем между корпусом и опорой, а также между валом и втулкой установлены упругие элементы. Опора и втулка выполнены из износостойкой керамики, например из карбида кремния, а упругие элементы выполнены резиновыми с возможностью дискретного контакта с деталями подшипника и с образованием гарантированного радиального зазора между опорой и корпусом, а также между втулкой и валом, например выполнены в виде пространственной резиновой спирали. При вращении вала крутящий момент передается керамической втулке и керамическому кольцу благодаря силам трения туго посаженных резиновых колец о поверхности элементов. Технический результат - создание долговечного, износостойкого и прочного подшипника скольжения, не нуждающегося в специальной жидкой или твердой смазке, способного работать в химически агрессивных и абразивных средах. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкциям подшипников скольжения, и может быть широко использовано в различных отраслях промышленности.

Известен подшипник скольжения, выполненный в виде опоры и втулки с выполненными в них продольными пазами для размещения вкладышей твердой смазки [Воротников Б.Д. Подшипники сухого трения. Л.: Машиностроение, 1979, стр. 48-49].

Недостатками известного подшипника являются низкий ресурс работы в химически агрессивных и абразивсодержащих жидкостях, а также малая динамическая прочность.

Известен также подшипник скольжения, содержащий три концентрично расположенные втулки, две из которых, наружная и внутренняя, жесткие (металлические), а одна, промежуточная, эластичная [а.с. СССР №398773, кл. F 16 С 25/02, опубл. 1973].

Известный подшипник скольжения обладает некоторой динамической прочностью. Недостатком его является низкий ресурс работы в химически агрессивных и абразивсодержащих жидкостях из-за недолговечности металлических втулок.

В качестве прототипа выбран подшипник скольжения, содержащий опору и втулку из неметаллического (углеродного композиционного) материала, образующие пару трения, закрепленные соответственно с корпусом и валом, причем между корпусом и опорой, а также между валом и втулкой установлены упругие элементы в виде резиновых втулок [пат. РФ №2007634, кл. F 16 С 25/02, опубл. 1994].

Недостатком известного подшипника скольжения является низкий ресурс работы углеродных композиционных втулок в химически агрессивных жидкостях.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание долговечного, динамически прочного износостойкого подшипника скольжения, не требующего специальной жидкой или твердой смазки, способного работать в химически агрессивных и абразивных средах.

Поставленная цель достигается тем, что в подшипнике скольжения, содержащем опору и втулку из неметаллического материала, образующие пару трения, закрепленные соответственно с корпусом и валом, причем между корпусом и опорой, а также между валом и втулкой установлены упругие элементы, согласно изобретению опора и втулка выполнены из износостойкой керамики, например из карбида кремния, а упругие элементы выполнены в виде резиновых колец.

При этом упругие элементы могут быть выполнены в виде набора резиновых колец с различной упругостью, размещенных на втулке и опоре с гарантированным натягом, или в виде пространственных спиралей, а опора и втулка могут быть расположены между собой с образованием гарантированного радиального зазора, а в корпусе и на валу могут быть выполнены проточки с возможностью размещения в них упругих элементов.

При этом на валу может быть выполнен подпятник, а по крайней мере с одной стороны опоры выполнен фланец, торцевые поверхности которого расположены между подпятником вала и корпусом.

При этом между фланцем подшипника и подпятником вала может быть размещено кольцо из износостойкого материала, образующего пару трения с фланцем, например, из карбида кремния.

При этом на внешней поверхности вала и внутренней поверхности корпуса могут быть выполнены проточки по форме резиновых элементов, например спиральные проточки.

При этом упругие элементы могут быть выполнены в виде набора резиновых колец с различной упругостью, размещенных на валу и втулке с гарантированным натягом, а на валу и в корпусе выполнены кольцевые проточки.

При этом резиновые элементы могут быть выполнены в виде цилиндрических втулок с ребристой внутренней и наружной поверхностью.

При этом резиновые элементы могут быть выполнены армированными.

При этом торцевые части втулки могут быть выполнены в виде усеченных конусов и зажаты между ответными чашеобразными металлическими шайбами, закрепленными на валу, например, по тугой посадке, а между шайбами и торцами втулки размещены кольца из эластичного материала, например резины, с возможностью демпфирования осевых динамических нагрузок на керамическую втулку подшипника.

При этом на наружной поверхности втулки и/или валу могут быть выполнены винтообразные канавки в направлении, противоположном вращению вала, с возможностью обеспечения охлаждения упругих элементов подшипника при его работе в жидкой среде путем прохождения последней через канавки.

При этом число заходов винтовых канавок может быть больше одного.

Сопоставительный анализ заявляемого подшипника с прототипом и с другими решениями в данной области техники показывает, что изложенная в патентной формуле совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "новизна".

По мнению заявителя и авторов, совокупность изложенных в патентной формуле существенных признаков не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не видно влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков патентной формулы, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения второму критерию "изобретательский уровень".

Соответствие предлагаемого решения критерию "промышленная применимость" видно из ниже приведенного примера конкретного выполнения подшипника скольжения.

Изобретение иллюстрировано чертежом, на котором схематично представлен общий вид подшипника скольжения, выполненного по пп.1, 2, 3 формулы изобретения.

Перечень обозначений на чертеже.

1 - опора;

2 - втулка;

3 - корпус;

4 - вал;

5 - резиновое кольцо;

6 - резиновое кольцо;

7 - подпятник вала 4;

8 - фланец опоры 1;

9 - керамическое кольцо;

10 - резиновое кольцо;

11 - резиновое кольцо;

12 - жидкая среда.

Подшипник скольжения содержит опору 1 и втулку 2 из карбида кремния, образующие пару трения. Опора 1 закреплена в корпусе 3, а втулка 2 установлена на валу 4. Между корпусом 3 и опорой 1 установлены в сжатом состоянии резиновые кольца 5, а между валом 4 и втулкой 2 установлены в сжатом состоянии резиновые кольца 6 с образованием гарантированного радиального зазора между опорой 1 и корпусом 3, а также между втулкой 2 и валом 4.

На валу 4 выполнен подпятник 7, а с одной стороны опоры 1 выполнен фланец 8. Между фланцем 8 и подпятником 7 установлено кольцо 9 из карбида кремния, закрепленное на шейке вала 4. Для демпфирования осевых динамических нагрузок на керамическое кольцо 9 между последним и подпятником 7 установлено резиновое кольцо 10. Для демпфирования радиальных динамических нагрузок на керамическое кольцо 9 между последним и шейкой вала 4 установлено в сжатом положении резиновое кольцо 11.

В рабочем положении подшипника его детали находятся в жидкой среде 12. Ею может быть химически агрессивная и содержащая абразивные частицы жидкость. В этом случае корпус 3 и вал 4 выполнены из химически стойкого материала, например из нержавеющей стали, или выполнены из обычной стали с защитным покрытием, а кольца 5, 6, 10 и 11 выполнены из химически стойкой резины.

Работа подшипника скольжения происходит следующим образом.

При вращении вала 4 крутящий момент передается керамической втулке 2 и керамическому кольцу 9 благодаря силам трения туго посаженных резиновых колец 6, 10, 11 о поверхности элементов 2, 4, 9.

Вращающиеся керамические втулка 2 и кольцо 9 образуют пары трения с керамической опорой 1. Выполнение элементов 1, 2, 9 из химически и абразивно стойкого карбида кремния обеспечивает их высокий ресурс работы в любых средах и расширяет возможную область применения предлагаемого подшипника скольжения.

Наличие резиновых колец 5, 6, 10 и 11 обеспечивает демпфирование осевых и радиальных перемещений относительно хрупких керамических элементов 1, 2, 9, что устраняет разрушительное влияние на них динамических нагрузок и несоосности монтажа и повышает надежность конструкции подшипника.

Наличие жидкой среды 12 обеспечивает смазку между трущимися поверхностями пар трения (втулкой 2 и кольца 9, втулкой 2 и опорой 1) и интенсифицирует охлаждение чувствительных к перегреву резиновых колец 5, 6, 10, 11.

Подшипник может быть выполнен как радиальным (п.1 формулы изобретения), так и радиально-упорным (п.2, 3, 8 формулы изобретения).

Выполнение на наружной поверхности втулки и/или валу винтообразных канавок в направлении, противоположном вращению вала (п.9. формулы изобретения), обеспечивает лучшее охлаждение резиновых колец благодаря более интенсивной циркуляции жидкости. Многозаходное выполнение канавок (п.10. формулы изобретения) дополнительно улучшает охлаждение резиновых колец.

Использование предлагаемого изобретения позволяет создать долговечный, износостойкий и прочный подшипник скольжения, не нуждающийся в специальной жидкой или твердой смазке, способный работать в химически агрессивных и абразивных средах. Предлагаемый подшипник скольжения обладает широкими функциональными возможностями и может найти применение в любых областях промышленности.

1. Подшипник скольжения, содержащий опору и втулку из неметаллического материала, образующие пару трения, установленные соответственно в корпусе и на валу, причем между корпусом и опорой, а также между валом и втулкой установлены упругие элементы, отличающийся тем, что опора и втулка выполнены из износостойкой керамики, например из карбида кремния, а упругие элементы выполнены резиновыми с возможностью дискретного контакта с деталями подшипника и с образованием гарантированного радиального зазора между опорой и корпусом, а также между втулкой и валом, например выполнены в виде пространственной резиновой спирали.

2. Подшипник скольжения по п.1, отличающийся тем, что на валу выполнен подпятник, а по крайней мере с одной стороны опоры выполнен фланец, торцевые поверхности которого расположены между подпятником вала и корпусом.

3. Подшипник скольжения по п.2, отличающийся тем, что между фланцем подшипника и подпятником вала размещено кольцо из износостойкого материала, образующее пару трения с фланцем, например из карбида кремния.

4. Подшипник скольжения по п.1, отличающийся тем, что на внешней поверхности вала и внутренней поверхности корпуса выполнены проточки по форме резиновых элементов, например спиральные проточки.

5. Подшипник скольжения по п.1, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде набора резиновых колец с различной упругостью, размещенных на валу и втулке с гарантированным натягом, а на валу и в корпусе выполнены кольцевые проточки.

6. Подшипник скольжения по п.1, отличающийся тем, что резиновые упругие элементы выполнены в виде цилиндрических втулок с ребристой внутренней и наружной поверхностями.

7. Подшипник скольжения по п.1, отличающийся тем, что резиновые упругие элементы выполнены армированными.

8. Подшипник скольжения по п.1, отличающийся тем, что торцевые части втулки выполнены в виде усеченных конусов и зажаты между ответными чашеобразными металлическими шайбами, закрепленными на валу, например, по тугой посадке, при этом между шайбами и торцами втулки размещены кольца из эластичного материала, например резины, с возможностью демпфирования осевых динамических нагрузок на керамическую втулку подшипника.

9. Подшипник скольжения по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности втулки и/или валу выполнены винтообразные канавки в направлении, противоположном вращению вала, для обеспечения возможности охлаждения упругих элементов подшипника при его работе в жидкой среде путем прохождения последней через канавки.

10. Подшипник скольжения по п.9, отличающийся тем, что число заходов винтовых канавок больше одного.