Направляющая скольжения с полимерным вкладышем

Предлагаемое техническое решение относится к приборостроению, а именно, к устройствам, обеспечивающим точное движение перемещаемой детали в широком диапазоне изменяющихся температур.

Сущность решения заключается в том, что при движении детали в направляющей скольжения с полимерным вкладышем из-за дополнительного трения увеличивается температура материалов. Как следствие, из-за большего температурного расширения полимерного вкладыша может происходить заклинивание перемещаемой детали. Для исключения этого явления: во-первых, на поверхности полимерного вкладыша, соприкасающейся с перемещаемой деталью, созданы наклонные канавки, причем наклон боковых стенок канавок на полимерном вкладыше определяется соотношением между температурным расширением полимера в продольном и поперечном направлениях движения перемещаемой детали; во-вторых, канавки расположены и на поверхности корпуса, соприкасаемой с поверхностью вкладыша, причем канавки на корпусе и вкладыше сдвинуты на полшага; в-третьих, в зависимости от эксплуатационных пределов температурного диапазона создаются канавки с трапецеидальной или прямоугольной с округленными кромками формой поперечного сечения.

Предлагаемое техническое решение относится к приборостроению, а именно, к устройствам, обеспечивающим точное движение перемещаемой детали при широком диапазоне изменяющихся температур, знакопеременных нагрузок и др. В различных устройствах имеется деталь, которая перемещается под действием исполнительного механизма в осевом направлении, ограниченном специальной направляющей.

Если направляющая с малым коэффициентом трения плотно соприкасается с перемещаемой деталью, то при движении этой детали из-за трения увеличивается температура в соприкасаемых поверхностях. Следовательно, увеличивается и линейное температурное расширение материала детали в осевом и нормальном к нему направлениях. Это может приводить к заклиниванию перемещаемой детали.

Аналогом предлагаемому техническому решению является опорное устройство поворотной головки ветроагрегата [1]. Совпадающим признаком аналога и заявляемого предложения является наличие полимерного вкладыша, расположенного между неподвижным корпусом и движущейся деталью. Вкладыш обеспечивает уменьшение трения с перемещаемой деталью, что приводит к уменьшению перегрева из-за трения и уменьшению количества ситуаций, при которых происходит заклинивание перемещаемой детали. Недостатком аналога является то, что при более широком температурном диапазоне полимерный вкладыш увеличивается в размерах, что также может приводить к заклиниванию движения перемещаемой детали.

Прототипом является подшипник гребного вала морских судов [2]. Полимерный вкладыш в этом техническом решении имеет канавку вдоль направления движения перемещаемой детали. Поэтому, если при нагревании за счет трения увеличивается размер вкладыша в направлении, перпендикулярном направлению движения перемещаемой детали, то происходит затекание полимера в эту канавку. Это обеспечивает расширение диапазона температур, при котором не происходит заклинивания перемещаемой детали. Недостатком прототипа является то, что в направлении движения перемещаемой детали при нагревании может происходить значительное увеличение размеров вкладыша, особенно при сравнительно больших размерах вкладыша в направлении движения перемещаемой детали. Это может приводить к заклиниванию перемещаемой детали. Аналогичное заклинивание перемещаемой детали может происходить и в случае, если канавки расположены не продольно, а перпендикулярно направлению движения перемещаемой детали.

Задача полезной модели - обеспечить увеличение температурного диапазона движения перемещаемой детали при любых соотношениях длины и ширины вкладыша без заклинивания.

Указанная задача решается тем, что для увеличения температурного диапазона движения перемещаемой детали при любых соотношениях длины и ширины вкладыша, во-первых, в вкладыше созданы наклонные канавки, причем наклон канавок определяется соотношением между линейными температурными расширениями в продольном и перпендикулярном направлениях движения перемещаемой детали; во-вторых, созданы канавки на поверхности корпуса, соприкасаемой с поверхностью вкладыша; в-третьих, канавки на поверхности корпуса расположены со сдвигом на полшага.

Вкладыши обычно выполнены из вещества, имеющего равные коэффициенты линейного теплового расширения в продольном и перпендикулярном направлениях движения перемещаемой детали. Поэтому наклон канавок обычно 45 градусов.

Технический результат - предотвращение заклинивания перемещаемой детали, достигаемое за счет того, что при увеличении температуры полимер вкладыша затекает в канавки пропорционально величине его линейного теплового расширения в продольном и перпендикулярном направлениях к направлению движения детали. Дополнительным положительным эффектом является наличие канавок с обеих сторон вкладыша.

Предлагаемое решение иллюстрируется Рис.а и Рис.б, на которых показано осевое сечение направляющей скольжения. Направляющая состоит из неподвижного металлического корпуса (плиты, втулки) 1 и полимерного вкладыша 2. Направляющая определяет осевое движение перемещаемой детали 3. Вкладыш является монолитным и устанавливается с небольшим натягом, исключающим деформацию. Эта деформация могла бы снижать точность движения, если бы поверхности корпуса 1 и вкладыша 2 были бы гладкими.

На поверхностях корпуса 1 и вкладыша 2, контактирующего с поверхностью перемещаемой детали 3, созданы круговые канавки 4 и 5, расположенные параллельно друг другу. Кроме того, как отмечалось ранее, для уменьшения эффекта заклинивания канавки 4 и 5 смещены на полшага друг относительно друга. Также для уменьшения заклинивания ширина канавок, как на корпусе, так и на вкладыше больше расстояния между ними: h ₁>h₃, h₄>h_2, h ₁+h₂=h₃+h₄ , где h ₁ - ширина канавки корпуса, h₂ - расстояние между канавками корпуса, h₃ - ширина канавки вкладыша, h₄ - расстояние между канавками вкладыша.

В случае повышения температуры материал полимерного вкладыша, имея больший коэффициент линейного теплового расширения, чем материал корпуса или детали, затекает в канавки корпуса (Рис.б). Это приводит к увеличению площади неподвижного контакта корпуса и вкладыша, и, соответственно, приводит к уменьшению эффекта заклинивания и повышению плавности движения.

Профиль канавок имеет форму либо трапеции (Рис.а), либо прямоугольника с закругленными углами (кромками) (Рис.б). Изготовление предлагаемой формы канавок осуществимо на универсальном оборудовании (токарном или фрезерном станке). Трапецеидальная форма канавок или округление кромок канавок уменьшает концентрацию напряжений в местах контакта корпуса 1 и вкладыша 2. При этом при более высоких температурах (более 30°С) эффективнее применять канавки с округленными кромками.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает как уменьшение трения перемещаемой детали, так и предотвращение ее заклинивания из-за возможности затекания полимера вкладыша в канавки при температурном расширении полимера, как вдоль направления движения, так и в перпендикулярном к нему направлении. Это достигается вследствие применения канавок на поверхностях вкладыша под углом, отличающимся от прямого угла. Причем, канавки расположены параллельно между собой, созданы с обеих сторон полимерного вкладыша, смещены на полшага друг относительно друга и имеют определенную форму.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство. RU 2054578 С1, МПК F03D 11/04/

2. Авторское свидетельство. RU 2385256 С1, МПК В63Н 23/34, В63Н 23/36.

1. Направляющая скольжения с полимерным вкладышем, состоящая из неподвижного металлического корпуса и монолитного полимерного вкладыша, имеющая канавки на поверхности, соприкасаемой с перемещаемой деталью, отличающаяся тем, что для повышения плавности движения перемещаемой детали на поверхности корпуса, соприкасаемой с поверхностью вкладыша, выполнены канавки.

2. Направляющая по п.1, отличающаяся тем, что канавки на поверхности вкладыша, соприкасаемой с поверхностью перемещаемой детали, выполнены наклонно под углом 45º.

3. Направляющая по п.1, отличающаяся тем, что канавки на поверхностях корпуса и вкладыша параллельны друг другу.

4. Направляющая по п.1, отличающаяся тем, что канавки смещены на полшага относительно друг друга.

5. Направляющая по п.1, отличающаяся тем, что ширина канавок на корпусе и вкладыше больше расстояния между ними, а расстояния между канавками одинаковы.