Опора скольжения

 

Опора скольжения предназначена для использования в опорах валов. В опоре скольжения цапфа вала имеет синусоидообразный профиль в продольном сечении. Средняя полуволна профиля имеет форму, позволяющую рассекать поток смазочного материала. Паз в корпусе выполнен синусоидообразного профиля. Такое выполнение обеспечивает увеличение несущей способности и надежности опоры скольжения путем увеличения длины линии контакта и среднего диаметра цапфы вала. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в опорах валов, эксплуатирующихся в условиях высоких радиальных нагрузок.

Известна опора скольжения [1], состоящая из корпуса с двумя пазами прямоугольного сечения, антифрикционных вкладышей, размещенных на цапфе вала и входящих в пазы корпуса. Упругий элемент поджимает бурты вкладышей к стенкам пазов, создавая торцевое уплотнение опоры.

Недостаток данной конструкции - низкая несущая способность.

Также известен подшипник скольжения [2], корпус которого имеет паз полукруглого сечения, наклоненный к оси вала. На цапфе вала выполнен выступ, входящий в паз, что повышает надежность крепления деталей.

К недостаткам данного подшипника можно отнести недостаточную защищенность поверхностей трения от проникнов ения внешних абразивных частиц, невысокую несущую способность опоры.

В качестве наиболее близкого аналога рассматривается опора скольжения [3] (с. 368, рис.370, б), содержащая цапфу вала и корпус, а также установленный в корпусе и охватывающий цапфу вкладыш и канал для подвода смазки.

Основной недостаток - высокое удельное давление в пятне контакта, что снижает надежность данной конструкции и, как следствие, недостаточная несущая способность опоры.

Технический результат - повышение несущей способности и надежности опор скольжения.

Это достигается тем, что в опоре скольжения, содержащей корпус с пазом, цапфу вала и вкладыш, цапфа вала имеет в продольном сечении профиль синусоидообразной формы, средняя полуволна которого имеет форму, позволяющую рассекать поток смазочного материала, при этом паз в корпусе выполнен синусоидообразного профиля.

На чертеже представлен продольный разрез опоры скольжения.

Опора скольжения имеет корпус 1 с пазом синусоидообразного профиля, в котором установлен вкладыш 2. Цапфа 5 вала имеет в продольном сечении профиль синусоидообразной формы. Средняя полуволна 3 имеет форму, позволяющую рассекать поток смазочного материала, подаваемого через отверстие 4. Отработанный смазочный материал отводится через отверстия 6 в корпусе 1, обеспечивая нормальные условия смазки опоры, теплоотвод и удаление продукта износа.

Возможно применение антифрикционных вкладышей указанной формы и твердых смазок на основе графита.

Реализация данной конструкции позволяет увеличить нагрузочную способность и надежность опор скольжения за счет увеличения длины линии контакта и увеличения среднего диаметра цапфы вала. Форма профиля поверхностей точность установки цапфы относительно вкладыша. Сложное профиля создает лабораторное уплотнение и затрудняет доступ абразивных частиц на рабочие поверхности.

Далее приведено сравнение несущих способностей подшипника с постоянным диаметром цапфы вала (наиболее близкий аналог) и предлагаемого подшипника с сечением синусоидообразной формы.

Пусть нагрузка на опору будет Fr=10 кН, диаметр цапфы d₁=100 мм, частота вращения вала n= 1000 об/мин. Для компрессоров и насосов соотношение длины вала к диаметру рекомендуется в диапазоне 0,6...1,2 [4], (с.69). Принимаем = l₁/d₁=0,8; тогда длина вкладыша l₁=80 мм.

Окружная скорость на валу: V = dn/60, м/с; , где d - диаметр цапфы вала; n - частота вращения вала.

V₁= d₁n/60 = 3,140,11000/60 = 5,24 м/с. .

Условия расчета [5], (с.277): p=Fr/(ld)<=[p];V<=[pV]; где p - удельное давление; [p] - допустимое удельное давление; l - длина линии контакта; Fr - радиальная нагрузка на опору.

Для баббита Б-16 [5], (с. 278): [p]=15 МПа, [pV]=10 МПам/с.

Находим удельное давление и pV - фактор для первого подшипника: p₁=10000/(10080)=1,25 МПа <[p]=15 МПа; p₁V₁=1,255,24=6,5 МПам/с<[pV]=10 МПам/с.

Для цапфы вала переменного сечения: диаметр средний d_ср=110 мм, длина увеличивается до l₂=140 мм, = l₂/d_ср=110/140=1,27.

Скорость определяется по формуле (I): V₂=3,140,111000/60=5,75 м/с.

Удельное давление в подшипнике с переменным диаметром цапфы:
p₂=10000/(110140)=0,65 МПа,[p]=15 МПа;
p₂V₂=0,655,75=3,73 МПам/с<[pV]=10 МПам/с.

Получим, что удельное давление в предлагаемом подшипнике уменьшается в 1,9 раза, p₂V₂<pV₁ - в 1,74 раза.

Определим расчетную несущую способность первого и второго (предлагаемого) подшипников при неизменной частоте вращения. Максимальное удельное давление будет:
p_lmax=[pV]/V₁=10/5,24=1,9 МПа;
p_2max=[pV]/V₂=10/5,75=1,74 МПа.

После чего расчетная несущая способность, в соответствии с формулой (2), будет равна:
Fr=p_maxld,H;
Fr₁=1,980100=15,2 кН;
Fr₂=1,74140110=26,8 кН.

Таким образом, расчетная несущая способность предлагаемого подшипника увеличилась в Fr₂/Fr₁=1,76 раза без изменения осевого габарита опоры скольжения.

Если произвести только увеличение диаметра цапфы, т.е. d₃=110 мм, при той же длине l₃=l₁=80 мм, то получим по формулам (1)-(4):
V₃=5,75 м/с; p₃=10000/(80110)=1,13 МПа;
p₃V₃=6,53 МПам/с.

При [pV] = 10 МПам/с, p_3max=1,73 МПа. Расчетная несущая способность будет равна:
Fr₃=1,7380110=15,304 кН,
т.е. практически не увеличивается
Таким образом, предложенное техническое решение повышает расчетную несущую способность и надежность опоры скольжения в 1,7 раза (по сравнению с наиболее близким аналогом).

Формула изобретения

Опора скольжения, содержащая корпус с пазом, цапфу вала и вкладыш, отличающаяся тем, что цапфа вала имеет синусоидообразный профиль в продольном сечении, средняя полуволна которого имеет форму, позволяющую рассекать поток смазочного материала, при этом паз в корпусе выполнен синусоидообразного профиля.

РИСУНКИ

Рисунок 1