Сферический подшипник скольжения

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шарнирных соединениях машин и механизмов для самоустановки звеньев кинематических цепей, совершающих качательное и вращательное движения. Цель изобретения - повышение несущей способности и долговечности. Сферический подшипник скольжения содержит корпус, внутреннее кольцо с наружной сферической поверхностью, разрезную втулку с внутренней сферической поверхностью и два закрепленных во втулке вкладыша, расположенных диаметрально противоположно. При этом вкладыши выполнены в виде упругих сферических пластин с равномерно увеличивающейся от полюса к периферии толщиной и установлены с натягом. Изобретение позволяет снизить коэффициент трения и износ, повысить степень перекрытия трущихся поверхностей, общую внешнюю нагрузку, а тем самым, повысить несущую способность и долговечность подшипника. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕа1У БЛИН ((9> SU (((( (g)) g F 16 С 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4615090/31-27 (22) 05.12.88 (46) 07.12.90. Бюл. ¹- 45 (71) Львовский политехнический институт им, Ленинского комсомола (7?) К1.Г.Соборов (53) 621.822,5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 964285, кл. F 16 С 11/06, 1980. (54) СФЕРИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в шарнирных соединениях машин и механизмов для самоустановки звеньев кинематических цепей, совершающих качательное и вращательное движения. Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения деталей, совершающих качательное и вращательное движения, Целью изобретения является повышение несущей способности и долговечности подшипника за счет саморегулирования давления и равномерного его распределения на поверхностях трения в зависимости от величины и характера изменения приложенной внеш. ней нагрузки, На фиг.1 показан сферический подшипник скольжения, общий вид; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 вЂ, расчетная схема подшипника, несущей способности и долговечности.

Сферический подшипник скольжения содержит корпус, внутреннее кольцо с наружной сферической поверхностью, разрезную втулку с внутренней сферической поверхностью и два закрепленных во втулке вкладыша, расположенных диаметрально противоположно. При этом вкладыши выполнены в виде упругих сферических пластин с равномерно увеличиваю(цейся от полюса к периферии толщиной и установлены с натягом. Изобретение позволяет снизить коэффициент трения и износ, повысить степень перекрытия трущихся поверхностей, оощую внешнюю нагрузку, а тем самым, повысить несущую способность и долговечность подшипника.

5 ил. на фиг.4 — узел 1 на фиг.3, на фиг.5 вкладыш, об пй(впд.

Подшипник содержит корпус 1, охватываемую деталь 2, выполненную в виде кольца с наружной сферической поверхностью и внутренней цилиндрической, разрезную втулку 3 с внутренней сферической поверхностью, два сферических вкладыша 4 с торцовыми

5 и боковыми 6 псверхностями со скруг" ленными краями 7. Вкладыши 4 закреплены во втулке 3 с помощью винтов 8 и накладок 9, имею(цих загнутые внутрь втулки отгибные .|апки 1О и выступающие за сферическую поверхностью втулки 3 буртики 11.

1612132

Вкладыши 4 могут быть изготовлены штампованием иэ листовой пружинной стали, их внутренняя поверхность может быть покрыта металлическим, например медью, электролитическим хромом, или неметаллическим, например трибополимеробраэующим, покрытием, в зависимости от величины предельной внешней нагрузки, типоразмера подшипника, условий смазки и т.д, Проектирование и расчет в3сладыша ведется из условия сохранения им постоянного контакта с внутренним кольцом как при предельном деформировании во время действия нагрузки в его сторону, так и при реверсе нагрузки,когда вкладыш полностью разгружен и минимально деформирован. г

Расчетная схема подшипника представ. лена в плоскости его симметрии, перпендикулярной оси вращения, на фиг. 3. йа схеме обоэначеныхарактерные положения внутреннего кольца и вкладышей во втулке: а - центры кольца и втулки совйадают в точке О. — исходное ненагруженное состояние (вкладыши не показаны), Ь вЂ” центр втулки в т. О, кольца — в т. 01 — внешняя нагрузка .цействует в сторону вкладыша m, при этом он деформирован максимально, а вкладыш n — минимально, С вЂ” центр втулки в т, О, кольца — в т. О2— внешняя нагрузка действует в противоположную сторону — к вклацышу п; при этом он деформирован максимально (n ), а вкладыш m — минимально (не показан).

За расчетное принято положение вкладыша и на фиг.3, При этом пред.полагается, что нагруженный, предельно цеформированный вкладыш m внутренней и наружной поверхностями полностью прилегает к соответствующим поверхностям внутреннего кольца и втулки,. а ненагруженный вкладыш и касается внутреннего кольца полюсом своей внутренней поверхности и одновременно опирается на внутреннюю сферическую поверхность втулки краями своей наружной поверхности.

Для проектирования поверхностей, ограничивающих вкладыш, необходимо задаться следующими исходными данными: половина центрального угла охвата предельно деформированного

I н вкладыша п (О(Ц)с — ) R < — радиус наружной сферической поверхности внутреннего кольца, $ „н - наименьшая толщина вкладыша в полюсе, óàõñ наибольшая величина радиального гарантированного зазора в полюсе.

25! 1

В С„= hc» = OB„-С„О- ВнВн

4p = R< R2cusl 28макс=к 2(1-cusp)

° 2 Ч а

-2 макс =2R2s n 2 2д ®акс .24

2(Rg»> — 0макс)

45 где ВнВн = 2 макс "анбо " можная деформадия вкладыша, . 2Ч

1-cos(I1 =2s1п

2 по формуле двойного аргумента.

5О

Из Ь AäВ„С н

АнСн ксн, АнВнСн-ассад - — = arctg

ВнСн "сн

АнСн з1" с AíBíCí

Ксн

sin(arctg сн ) сн!

О Papvyc R„ руж о поверхности вкладыша определяется следующим образом, Ввиду малости величины гарантированного зазора 0 „„а„, а следовательно, и деформации вкладыша в полюсе по сравнению с радиусами сферических поверхностей кольца н втулки, расчет производится с допущением, что точка АН при деформациях вкладыша неподвижна.

Из Ь АнСнО

СнО = АнО cosQ Rscosg

-где R< = R1+/=R1+S >„+3 ìåêñ радиус внутренней сферической поверхности втулки, мни макс радиальный зазор, A "н= Ксн=к 2 sin g РацнУс ос новання наружной сегментной

39 поверхности вкладыша, образованного пересечением его наружной сферической поверхности с внутренней сферической поверхностью

3S втулки, Высота наружной сегментной поверхности вкладыша

1612132

Так как АКОн=BsO„=R„° тоаАНВКОК— равнобедренный и высота ОнГИ, опущенная из вершины Он на сторону Ан В н, делит ее пополам, т,е, АнВн

Н Н

RcH ксн Rc

2sin(arctg c") cos(arctg = ) сн "сн сн

s in (2arctg ) ксн

"сн

Так как 2acrtg --- = 2(.А В О ((=

Re(I

hH ни

I (: АнВНАИ, ((обозначив j АнВнАК= hнэ

I окончательно получается, что

RcH н где ф.н — угол, лежащий в осесимметричной плоскости и вписанный в наружную сегментную поверхность вкладыша, с вершиной в ее полюсе.

Аналогично определяется радиус

R внутренней сферической поверхЬ ности вкладыша °

Из Q А >Св0 н

СеОн = АеР н cos(=(Вн-Б „ )cusp.

Здесь Бмакс = Д о мин = Вмин +

+ макс армии = мни+ макс мак сов(=Вмин +пмакс(1 cus g ) = S,÷èí + .аЧ макс где из Д AI M N (фиг. 4 ), допуска(г, что ввиду малости О М и О к (МАЕ(1=

МИН

=90, имеем

AsN = мин = M N cus(f с(„аК cosg

Радиус основания вну гренней сегментной поверхности вкладьппа

Ъ

АЕСЕ = RCS = A>O„sing =®Н — Я„акс) sin). ксн

2 sin (arctg с" ) сн СК и (AIIOHB4 ) 180 2 g АнВиОК = о

180 — 2/А В Сн = 180 о н н н — 2 arctg " — половина центральноксн

"сн

ro угла охвата недеформированного в кл адьппа, Из QFнВ,Он

ГнВн ГКВн сов(Р„ВцО сии А„Вцпн

Высота внутренней сегментной пиверхности втулки

ВвСь = псе= BèOH-СеОн-Вн Вь =

5 н н макс) " ((мнн и(c u sg ) +S с о з ((— Б м и н . ()

+ Вмак с"з демин

Из ДА ВЕСб, АеСв Rcs ( (А В Се = arctg — — = arctg ер -в,с, "св

A Св Rce

А,В

I з1п 1АвВвСЕ ° ксв), sin(arctg ---)

"cs

Так как АвОв = ВвОВ = Р.Е, то

ААрВЕОŠ— равнобедренный и высота

0 Гв делит сторону АвВ пополам,т,е, АеВб

Г В

Rce

2sin(arctg †)

Rcs

hcb

Из Д F ВЕOB находим

ГрИе FeBe сов l ГвВвС8 с" sL АвВвО

Rce

Rcs Rcs

2sin(arctg ---) cus(arctg ---)

hce hc5

Rce

35 sin(2arctg ---)

Rcs

"св

Rce кв е

45 где О(> — угол, лежащий в осесимметричной плоскости и вписанный во внутреннюю сегментную поверхность вкладыша, с вершиной в ее полюсе °

Таким образом, получено, что

iн R в

R- Rc ((sinter и

sins(e где R c(I = Raisin(g — радиус основания наружной сегментной поверхности вкладыша, образованного пересечением его наружной сферической поверхности с внутренней сферической поверхностью в тул ки, 1

Rcs

Так как 2arctg --- = 2 А В 0

Ь ееs

I (40 L ASBeA > и, обозначив, АВВВАВ а» окончательно получается, что

1612132 а 8аии+ макс — Радиус внутренней сферической поверхности наружного кольца, R1 - радиус наружной сферической поверхности внутреннего кольца

8 „„- наименьшая толщина вкладыша в его полюсе, „. — наибольшая величина гаран,тированного зазора в полюсе . 10 д - половина центрального угла

;охвата предельно деформированного, вкладыша, Всй ф и= 2 arctg — угол, лежаСИ 15 . жащий в осесимметричной плоскости и ! вписанный в наружную сегментную по верхность вкладыша, вершиной в ее ! полюсе

h <1, = 2(Raisin 2 - 41 < ) — высота 20 ( наружной сегментной поверхности вкла1

; дыша, Rt.> = R sin f - радиус основания

«и внутренней сегментной поверхности 25 вкладыша, 180 — 1)(— половина цент0 я рального угла охвата недеформированного вкладыша, фк= 2 arctg — угол, лежащий 30

RCs св в осесимметричной плоскости и вписанный во внутреннюю сегментную поверхность вкладыша, с вершиной в ее полюсе, .2ц

h с = 2R>sin 2 + Sìàïññ s мин высота внутренней сегментной поверхности вкладыша, Бмакс Б м+ 3 мщк з п 2 — наи- 40 .2Ч

« большая толщина вкладыша на пери ферии, Центры этих поверхностей лежат на оси 0 0 симметрии вкладыша,, npoxot дящей через их полюсы, например, наружный полюс наружной сферической поверхности обозначен буквой P на фиг ° 5, С боков вкладыш ограничен по ширине втулки торцовыми поверхностями 5, перпендикулярными оси вращения подшипника, и боковыми поверхностями 6, являющимися частями боковой поверхности конуса с вершиной в центре 0 и углом 2 Г при вер55 шине в осевом се чении, которые заключены между основаниями наружной и внутренней сегментных поверхностей вкладыша и торцовыми поверхностями, В подшипниках скольжения в зависимости от радиального зазора при работе под нагрузкой образуется эона контакта с центральным углом охвата о

t как правило, 90-120 .При этом наибольшее удельное давление образуется в центральной части зоны и уменьшается до минимума на ее краях. При значительной жесткости трущихся деталей уменьшение указанного угла ниже 90, при прочих равных условиях, о приводит к резкому возрастанию удельного давления, повышенному износу и к снижению несущей способности и долговечности увеличение угла свьппе

120 — к образованию ненагруженных зон в начале и конце угла охвата и, следовательно, к ограничению несущей способности подшипника, В конструкции при пружинно-упругом деформировании вкладыша этот угол может быть принят в пределах 90—

150, При выборе указанного угла следует учитывать, что с его увеличением возрастание жесткости вкладыша происходит с большей интенсивностью, чем несущая способность подшипника, поэтому можно рекомендовать средние значения угла охвата из указанных пр едел ов .

Н(есткость вкладыша может изменяться также за счет и" ìåíåíèÿ задаваемой наименьшей его толщины в полюсе и величины наибольшего гарантированного зазора, которая влияет на толщину вкладыша на периферии. Влияет на жесткость вкладыша и его ширина, ограничиваемая шириной втулки. С увеличением ширины вкладыша при неизменных других параметрах происходит более равномерное его деформиронание, более равномерное распределение внешней нагрузки по его поверхности, и следовательно, уменьшение износа и увеличение несущей способности и,чолговечности, Сборка подшипника осуществляется следующим образом, В половинах втулки 3 (фиг. 1) устанавливаются вкладыши 4 наружной. сферической поверхностью к сферической поверхности втулки 3 и закрепляются накладками 9 и винтами 8, Буртики 11 предотвращают смещение вкладыша 4 в сторону торцов втулки

3 (в плоскости фиг,2), а отгибные лапки 10 — в окружном направлении (в плоскости фиг.1).

1Ь12132

После этого половинки втулки 3 с закрепленными в них вкладышами 4 соединяются по плоскости разъема . (фиг. 1) и устанавливаются в корпусе 1, причем втулка 3 с вкладышами 4 ориентируется в корпусе 1 таким образом, чтобы оси симметрии вкладьппей, проходящие через их наружные полюсы, совпадали с линией действия внешней нагрузки. Например, в силовых цилиндрах грузоподьемных машин она совпадает с продольной осью штока, На фиг.1 стрелками показаны направления действия 15 внешней нагрузки, Подшипник работает следующим образом.

В собранном подшипнике в.ненагруженном положении (фиг. 1) оба вкла- 2щ дьппа находятся в предварительно деформированном состоянии — деформация в полюсе равна наибольшему радиальному гарантированному зазору, Такие же по величине радиальные зазоры 25 предусмотрены в этом положении между наружными полюсами вкладышей и внутренней сферической поверхностью втулки. Этому положению соответствует определенная площадь пятна кон- 3п такта вкладьппей с внутренним кольцом, что обуславливает начальную нагрузку, достижение которой начинает вызывать дальнейшую деформацию вкладышей °

После достижения начальной нагрузки и с ее дальнейшим ростом вкладыш, в сторону которого она направлена, деформируется, увеличивая кривизну своих наружной и внутренней поверхностей. При этом увеличиваются площади контакта вкладыша с внутренним кольцом и втулкой, что приводит к перераспределению и более равномерному распределению удельных цав- 45 .лений по площапкам контакта. В предельном случае внутренняя поверхность вкладыша полностью прилегает к поверхности внутреннего кольца, а наружная — к поверхности втулки обеспечивая наибольшую площадь соприкосновения трущихся поверхностей и уменьшение удельного давления иа этих поверхностях и износа.

Второй ненагруженный вкладыш во время иагружения первого будет уменьшать кривизну своих сферических поверхностей, оставаясь постоянно в ( контакте, как с внутренним кольцом, так и со втулкой. В предельном случае, когда первый вкладьпп максимально деформирован, второй - деформирован минимально, сохраняя контакт со сферической поверхностью внутреннего кольца своим внутренним полюсом и со сферической поверхностью втулки — скругленными краями боковых о поверхностей, При реверсе нагрузки происходит нагружение второго вкладыша и раэгружение первого и процесс работы и деформации вкладышей повторяется и происходит указанным способом, Выполнение скруглений на краях 7 и обеспечение плавного перехода от боковых поверхностей 6 вкладыша 4 к наружной сферической поверхности предотвращает его заклинивание в сферической поверхности втулки при деформациях. Радиус скруглений рекомендуется принимать в пределах (Оэ 2 — 0,3) Ящ к .

Выполнение вкладыша в виде упругой сферической пластины предлагаемой формы позволяет принимать его сферическим поверхностям кривизну, соответственно, изменениям внешней нагрузки, а следовательно, саморегупировать распределение нагрузки на трущиеся поверхности, автоматически выбирать их оптимальный режим работы, что приводит к улучшению триботехнических характеристик подшипника.

Конструкция обеспечивает также повышенные Пемпфирующие свойства подшипника, что важно при работе трущихся сочленений в условиях вибраций и динамических нагрузок, Все это позволяет снизить коэффициент трения и износ, повысить степень перекрытия трущихся поверхностей, общую внешнюю нагрузку, а последовательно, повысить несущую способность подшипника и его долговечность.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Сферический подшипник скольжения, содержащий корпус, охватываемую деталь с наружной сферической поверхностью, охватывающую ее разрезную втулку с внутренней сферической поверхностью и два размещенных между ними закрепленных во втулке вкладыша, расположенных .-.иаметрально противоположно относительно оси подшип1612132!

2 р СН

R эдпйн где К и К см СЬ ника> о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью повышения несущей способности и долговечности, каждый вкладыш установлен с натягом и выполнен в виде упругой пластины со сферическими наружной и внутренней поверхностями, полюсы которых расположены на оси симметрии вкладыша.„ при этом вкладыши выполнены с увеличивающейся от центра к периферии толщиной, а радиус наружной R!, и внутренней К g сферических поверхнос-. тей соответственно определяется соотношениями и R св

R, sinoCy радиус оснований наружной и внутренней сегментных поверхностей вкладыша, соответственно, углы, лежащие в осесимметричной плоскости и вписанные соответственно в наружную и внутреннюю сегментные поверхност .: вкладыша, с вершинами в полюсах тей.

1612132

4 8

1 (лолвкение а)

Составитель А, Полинский

Редактор B,Áórðåíêîâà Техред Л.Олийнык Корректор И.Максимишинец

Заказ 3823 Тираж 524 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101