Результат интеллектуальной деятельности: Подшипник скольжения

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в опорах валов различных машин, в частности в деревообрабатывающих станках и оборудовании, станках текстильной промышленности и др.

Известен подшипник скольжения, который состоит из двух втулок наружной - опорной и внутренней, выполненной из антифрикционного материала. Между этими втулками располагается внутренняя замкнутая полость, в которой по винтовой канавке укладывается упругий элемент в виде проволоки с предварительным натяжением. Затем располагается тканый материал, пропитанный связующим, образующий наружную обойму подшипника скольжения (патент RU, №2172678, КМП B29D 31/02 В29 С 53/56.).

Вместе с тем работоспособность такого подшипника остается недостаточной по причине наличия в функциональных антифрикционных поверхностных слоях неблагоприятных остаточных напряжений растяжения, а также вследствие возможного перегрева подшипникового узла из-за недостаточных показателей теплоемкости и теплопроводности антифрикционного материала внутренней втулки подшипника

Близким к заявленному является подшипник скольжения, содержащий опорную втулку и вкладыш, выполненный из антифрикционного композитного материала, состоящего из древесной основы и сферических теплоотводящих элементов различного диаметра, распределенными по толщине вкладыша радиальными слоями с переменной концентрацией (патент RU, №2432508, КМП F16C 33/04 F16C 33/24).

Теплоотводящие элементы выполнены в виде капсул, представляющих собой оболочку, заполненную легкоплавким эвтектическим сплавом. Недостатками этого подшипника является невысокая прочность и износостойкость, а также ограниченные температурные условия эксплуатации.

Технической задачей, на решение которой направленно изобретение, является повышение работоспособности, долговечности и теплостойкости предложенного подшипника скольжения. Эта задача решается за счет создания в объеме материала внутренней втулки подшипника скольжения благоприятных остаточных напряжений сжатия и достижения в нем повышенной теплопроводности и теплоемкости за счет увеличения объема теплопоглощающего легкоплавкого материала и более рационального его размещения во внутренней полости подшипника скольжения.

В результате обеспечивается следующий технический результат - повышение износостойкости и контактной усталостной прочности, за счет создания управляемых остаточных напряжений сжатия на рабочей поверхности и повышение теплоемкости подшипника скольжения.

Поставленная цель достигается тем, что подшипник скольжения, состоящий из двух соединенных между собой втулок - наружной, выполненной из высокопрочного материала и внутренней, изготовленной из антифрикционного материала, между которыми расположена замкнутая пространство, где размещена пружина и легкоплавкий материал, отличающийся тем, что пружина находится в растянутом состоянии и размещена в винтовой канавке, выполненной на наружной поверхности внутренней втулки, а оставшийся свободный объем канавки заполнен легкоплавким материалом на 90-95%, внутренняя поверхность наружной втулки и наружная поверхность внутренней втулки выполняются коническими, имеющими одинаковую конусность, при этом соединение внутренней и наружной втулки осуществляется путем поэтапной запрессовки. Модуль упругости материала наружного кольца задается равным не менее 1,5-2 кратного значения модуля упругости материала внутреннего кольца, а степень растяжения пружины, размещаемой в винтовой канавке, составляет 20-35% от ее номинальной длины. На рабочей поверхности внутренней втулки подшипника скольжения создается регулярный рельеф способом поверхностного пластического деформирования, обладающий повышенными антифрикционными и демпфирующими характеристиками.

На фиг. 1 изображена внутренняя втулка с металлической пружиной легкоплавким материалом готовая для запрессовки, на фиг. 2 - подшипник скольжения до запрессовки, на фиг. 3 подшипник скольжения после запрессовки.

Подшипник содержит внутреннюю втулку 1 с винтовой канавкой по наружному диаметру, наружную втулку 2, металлическую пружину 3, легкоплавкий материал 4.

Подшипник состоит из двух втулок - наружной 2 и внутренней 1. Наружную втулку 2 изготавливают из высокопрочного материала, например, стали 40Х, а внутреннюю 1 из антифрикционного материала, например, бронзы. При этом модуль упругости наружной втулки 2 задается равным не менее 1,5-2 кратного значения модуля упругости внутренней втулки 1.

Внутреннюю поверхность наружной втулки 2 и наружную поверхность внутренней втулки 1 выполняются коническими, имеющими одинаковую конусность, и образуют в процессе осевой запрессовки посадку с натягом.

На наружной поверхности внутренней втулки 1 нарезают винтовую канавку и навивают металлическую пружину 3. Пружина 3 находится в растянутом состоянии, при этом степень растяжения пружины, размещаемой в винтовой канавке, составляет 20-35% от ее номинальной длины.

В результате создание благоприятного уровня управляемых остаточных напряжений в функциональных поверхностных слоях внутренней втулки подшипника скольжения осуществляется за счет действия сжимающих нагрузок, формируемых растянутой пружиной 3 и вследствие посадки с натягом соединяемых втулок подшипников скольжения.

Таким образом, коническая посадка с натягом, наряду с сжимающей нагрузкой со стороны растянутой пружины, обеспечивают достижение возможности создания управляемых остаточных напряжений сжатия в функциональном поверхностном слое внутреннего диаметра подшипника, что способствует увеличению контактной усталостной прочности и износостойкости подшипника скольжения.

Кроме того, пружина 3 на наружной поверхности внутренней втулки 1 размещается в растянутом состоянии, то ее сжимающий эффект увеличивает демпфирующие характеристики подшипника скольжения. Такой же эффект обеспечивается за счет демпфирующих характеристик стыка неподвижной посадки втулок подшипника.

Винтовая канавка внутренней втулки 1 вместе с размещенной в ней пружиной 3 заполняется легкоплавким материалом 4 (фиг. 1), например, сплавом, содержащим 50% висмут, 28% свинец, 22% олово (Т_пл=100°С); 53% висмут, 26% олово, 21% кадмий (Т_пл=103°С). Объем легкоплавкого материала 4 составляет 90-95%), при этом лишний материал снимается с наружной поверхности внутренней втулки 1.

Теплопоглощение в процессе работы подшипника происходит за счет аккумуляции энергии, выделяющейся в результате трения в подшипнике скольжения, что способствует оптимизации температурного режима работы подшипникового узла. При этом температурный режим определяется температурой плавления используемого сплава.

Соединение внутренней 1 и наружной втулки 2 осуществляется путем поэтапной запрессовки с контролем внутреннего диаметра подшипника и введением его по мере необходимости в заданное поле допуска (фиг. 2 и фиг. 3). Поскольку соединение внутренней 1 и наружной втулок 2 выполняется по неподвижной конической посадке с натягом, путем поэтапной осевой запрессовки с текущем контролем внутреннего функционального диаметра внутренней втулки 1 и введения его по мере необходимости в заданное поле допуска, то этим также предоставляется возможность дополнительного регулирования напряженного состояния за счет осевого взаимного перемещения сопрягаемых втулок 1 и 2 и увеличения тем самым величины натяга и, соответственно, напряженного состояния соединяемых деталей подшипника. В процессе осевой запрессовки посадку с натягом, обеспечивающей, наряду с со сжимающей нагрузкой со стороны растянутой пружины 3, создание в функциональном поверхностном слое внутреннего диаметра подшипника остаточных напряжений сжатия.

Завершающей операцией изготовления подшипника скольжения является формирование на рабочей поверхности внутренней втулки подшипника скольжения регулярного рельефа, способом поверхностного пластического деформирования, что способствует увеличению износостойкости.