Подшипник со сферическими упорными поверхностями

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в узлах с вертикальными и горизонтальными валами, периодически нагружаемыми осевыми силами значительной величины. Подшипник со сферическими упорными поверхностями содержит пяту с конусом, размещенным в центровом отверстии вала, регулировочную шайбу, подпружиненный упор, взаимодействующий с подпятником. Подпятник выполнен составным, включает две полусферы, между торцовыми поверхностями расположена менисковая шайба с вогнутой и выпуклой поверхностями вращения. Размещение геометрического центра составного сферического подпятника на вогнутой поверхности мениска способствует его самоустанавливаемости при отклонениях оси вала, а трение верчения составных частей подпятника обеспечивает малое энергопотребление в его подвижных соединениях.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в узлах с вертикальными и горизонтальными валами, периодически нагружаемыми осевыми силами значительной величины.

Известно устройство подшипника со сферическими упорными поверхностями, содержащее пяту с конусом, размещенным в центровом отверстии вала, регулировочную шайбу, сферический подпятник и осевую опору с подпружиненным упором, взаимодействующим с подпятником [1]. Изменение положения вала под нагрузкой сопровождается радиальными и угловыми смещениями торцовой поверхности вала. Наличие зазора между коническими поверхностями пяты и центрового отверстия вала, определяемого значениями величин этих смещений и получаемого путем изменения толщины регулировочной шайбы, обеспечивает самоцентрирование сферической поверхности пяты. Это способствует повышению долговечности упорного подшипника в узлах с горизонтальными валами.

Вместе с этим следует отметить, что в контактирующих сферических поверхностях осевого упора при их относительном скольжении на площадках с высокими местными температурами и давлением происходит разрушение смазочной пленки с наступлением адгезии обнажившихся поверхностей и даже схватывание металлов на микроучастках. Это вызывает дополнительное сопротивление вращательному движению вала.

Известно устройство подшипника со сферическими упорными поверхностями, содержащее пяту с конусом, размещенным в центровом отверстии вала, регулировочную шайбу, сферический подпятник и осевую опору с подпружиненным упором, взаимодействующим с подпятником [2]. Сферический подпятник выполняют составным из двух полусфер с радиусными канавками на торцовых поверхностях полусфер, в канавках в сепараторе размещают сферические тела качения (шарики), геометрические центры которых находятся в плоскости, проходящей через центр сферического подпятника и перпендикулярной оси вала. При угловых смещениях вала под действием изгибающей нагрузки сборный подпятник поворачивается вокруг геометрического центра и обеспечивает равномерное распределение осевого усилия на шарики, размещенные в канавках полусфер.

За счет составной конструкции сферического подпятника и наличия тел качения трение скольжения сферических поверхностей подпятника заменено на трение качения шариков. Это позволило устранить дополнительное сопротивление вращательному движению вала.

Однако такое устройство составного сферического подпятника накладывает ограничения на размер тел качения и поэтому обладает меньшей грузоподъемностью в сравнении с упорным устройством [1].

Цель полезной модели - повышение нагрузочной способности подшипника со сферическими упорными поверхностями.

В предлагаемом устройстве подшипника, содержащем пяту с конусом, размещенным в центровом отверстии вала, регулировочную шайбу, составной подпятник в виде полусфер, осевую опору с подпружиненным упором, взаимодействующим с подпятником, осевой штифт в конусе пяты и отверстии полусферы подпятника со стороны пяты. Составной подпятник содержит менисковую шайбу с вогнутой и выпуклой поверхностями вращения, вогнутая поверхность мениска контактирует с выпуклой поверхностью полусферы со стороны пяты с конусом, при этом геометрический центр составного сферического подпятника расположен на вогнутой поверхности мениска, а выпуклая поверхность мениска контактирует с вогнутой поверхностью полусферы со стороны осевой опоры.

На фиг.1 изображен поперечный разрез предлагаемого устройства подшипника.

Подшипник со сферическими упорными поверхностями содержит пяту 1, подпятник в виде полусфер 2 и 3, осевую опору 4, корпус 5 осевой опоры, вал 6. Пята 1 выполнена с конусом 7, между торцовыми поверхностями пяты 1 и вала 6 размещена регулировочная шайба 8. На цилиндрической поверхности опоры 4 установлен подпружиненный упор 9. Торцовые поверхности полусфер 2 и 3 выполнены соответственно выпукло и вогнуто, между полусферами расположена менисковая шайба 10. Штифт 11, установленный неподвижно в пяту 1 и с зазором в полусферу 2 подпятника, обеспечивает его радиальное фиксирование.

При сборке подшипника требуемый зазор S между коническими поверхностями пяты 1 и центрового отверстия вала 6 устанавливают с помощью регулировочной шайбы 8. При установке осевой опоры подпружиненный упор 9 поджимает составной подпятник (полусферы 2 и 3 и менисковую шайбу 10) к сферической поверхности пяты 1, при этом штифт 11 обеспечивает центрирование составного подпятника по оси вала 6.

Подшипник со сферическими упорными поверхностями работает следующим образом. Вращение вала 6 силами трения скольжения передается торцовыми поверхностям регулировочной шайбы 8 и сферическим поверхностям пяты 1 и полусферы 2, затем менисковой шайбе 10. Трение в смазываемой среде снижает сопротивление вращению вала. Втулка 12 с упругим элементом герметизирует зону контакта полусфер подпятника 2 и 3 с менисковой шайбой 10 и предотвращает попадание внешних твердых частиц в зону трения.

Под воздействием осевой нагрузки на вал 6 пята 1 подшипника упирается в сферическую поверхность полусферы 2, затем нагрузка передается менисковой шайбой 10 полусфере 3 и далее усилие воспринимает сферическая поверхность опоры 4 и ее корпус 5. При угловых смещениях вала 6 под действием изгибающей нагрузки сборный подпятник поворачивается вокруг геометрического центра и обеспечивает равномерное распределение осевого усилия на шайбу 10, размещенную между полусфер. Самоцентрирование сферической поверхности пяты 1 обеспечивается наличием зазора S между коническими поверхностями пяты и центрового отверстия вала 6.

Так как радиусы контактирующих поверхностей менисковой шайбы и полусфер приблизительно в два раза превышают радиус сферы подпятника и отличаются по размерной величине в пределах одного процента, то контактные давления от осевой нагрузки резко снижаются. Размещение геометрического центра составного сферического подпятника на вогнутой поверхности мениска способствует его самоустанавливаемости при отклонениях оси вала, а трение верчения составных частей подпятника обеспечивает малое энергопотребление в его подвижных соединениях.

Таким образом, устройство составного подпятника с менисковой шайбой способствует повышению нагрузочной способности подшипника со сферическими упорными поверхностями при больших осевых нагрузках и частотах вращения, обладая при этом небольшими энергозатратами.

Список использованных источников

1. Пат. 82011 Российская Федерация, МПК F16C 17/04. Подшипник со сферическими упорными поверхностями / А.В.Бородин, Ю.А.Иванова; заявитель и патентообладатель ОмГУПС. - 2008145684/22; заявл. 19.11.2008; опубл. 10.04.2009. Бюл. 10. - 6 с.: ил.

2. Пат. 106317 Российская Федерация, МПК F16C 17/04. Подшипник со сферическими упорными поверхностями [Текст] / А.В.Бородин, Ю.А.Иванова, М.И.Ковалев; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - 2011106854/11; заявл. 22.02.11; опубл. 10.07.11, Бюл. 19. - 5 с.: ил.

Подшипник со сферическими упорными поверхностями, содержащий пяту с конусом, размещенным в центровом отверстии вала, регулировочную шайбу, составной подпятник в виде полусфер, осевую опору с подпружиненным упором, взаимодействующим с подпятником, осевой штифт в конусе пяты и отверстии полусферы подпятника со стороны пяты, отличающийся тем, что составной подпятник содержит менисковую шайбу с вогнутой и выпуклой поверхностями вращения, вогнутая поверхность менисковой шайбы контактирует с выпуклой поверхностью полусферы со стороны пяты с конусом, при этом геометрический центр составного сферического подпятника расположен на вогнутой поверхности менисковой шайбы, а выпуклая поверхность менисковой шайбы контактирует с вогнутой поверхностью полусферы со стороны осевой опоры.