Двоклиновий псевдоеліптичний підшипниковий вузол ковзання

Підшипниковий вузол ковзання, що складається із вкладиша у вигляді тонкостінної втулки з антифрикційним покриттям її внутрішньої поверхні, жорстко закріпленої в корпусі машини або в спеціальному корпусі підшипника, та цапфи, що охоплюється вкладишем, який відрізняється тим, 3 26507 4 При цьому через радіальний отвір 6 та змащурадіус-вектор r(j), що характеризує закон зміни вальну канавку 7 в зазор 5, рівний D, потрапляє псевдоеліптичної кривої, виражається залежністю мастило, яке заповнює порожнину 11, що знахоr(j)=r+kd(1+cosj), диться між цапфою 4 та псевдоеліптичною внутде j - поточний кут, що змінюється в межах рішньою поверхнею 8 вкладиша 1, що характери0£j£p/2; r - радіус цапфи; d - діаметральний зазор, зується малою 9 та великою 10 піввісями що представляє собою додатну піврізницю між псевдоеліпса. великою віссю 2b псевдоеліпса та діаметром d=2r В процесі експлуатації двоклинового симетрицапфи; k - коефіцієнт, що враховує зміну малої вісі чного псевдоеліптичного підшипникового вузла псевдоеліпса в межах 1/3£k£1/2. ковзання мастило за рахунок обертання цапфи з Порівняння технічного рішення, що заявляєтькутовою швидкістю со засмоктується у верхній та ся, не тільки з прототипом, але і з іншими технічнижній зазори клиновидної форми, утворюючи при ними рішеннями в даній галузі техніки, не виявило цьому зони підвищеного тиску. в них ознак, що відрізняли б технічне рішення, що Наявність двох зон гідродинамічного тиску, що заявляється, від прототипу, що дозволяє зробити виражається верхньою 12 та нижньою 13 епюрами висновок про відповідність критерію «винахідницьтиску, створює в порожнині 11 дію двох результукий рівень». ючих сил F1 та F2. Ці сили в поєднанні з заданою На Фіг.1 зображено двоклиновий підшипниковеличиною радіальної сили Fr врівноважують цавий вузол ковзання, на Фіг.2 - вкладиш підшипнипфу 4 відносно вкладиша 1 та, як наслідок, відноскового вузла ковзання в нормальному перерізі, а но корпуса машини 3 та всієї машини в цілому. на Фіг.3 - епюри гідродинамічного тиску двоклиноТаким чином, наявність двох сил F1 та F2 в пового симетричного підшипникового вузла ковзанєднанні з діючою силою Fr дозволяє забезпечити ня. стійку роботу цапфи у вкладиші, виключаючи можУ відповідності до Фіг.1-3 маємо наступні поливість її автоколивань. При цьому, чим більше значення: d - діаметр цапфи вала; l - ширина підвеличини сил F1 та F2, тим вище вібростійкість шипнику, рівна довжині вкладиша; D - діаметральпідшипникового вузла ковзання. ний зазор; w - кутова швидкість цапфи; r - радіус Несуча здатність існуючих двоклинових симецапфи; а, b - мала та велика піввісі псевдоеліпса; тричних підшипників менше, ніж одноклинових r(j) - радіус-вектор псевдоеліптичної кривої; j підшипників ковзання, так як при будь-якому напоточний кут; F1, F2 - результуючі сили верхньої та прямку обертання дуга охоплення в кожній полонижньої епюр гідродинамічного тиску; Fr - радіальвині вкладиша дорівнює або менше чверті кола. на сила, що діє на вкладиш зі сторони цапфи. Положення цапфи в псевдоеліптичному підДвоклиновий симетричний підшипниковий вушипниковому вузлі ковзання характеризується зол ковзання складається з псевдоеліптичного двома ексцентриситетами по відношенню до кожвкладиша 1, на внутрішню поверхню якого наненої половини вкладиша. В зв'язку з цим двоклинові сено антифрикційне покриття 2. При цьому вкласиметричні підшипникові вузли ковзання, як покадиш жорстко з'єднаний з корпусом 3 машини. Всезали спеціально виконані нами досліди, характередині вкладиша розміщена цапфа 4, що є ризуються дуже малими величинами кутів jа, враопорною частиною вала. Між цапфою та вкладиховуючих положення цапфи у вкладиші, кутів j1 шем є діаметральний зазор 5. початку ділянки тертя та кутів jm, при яких гідроВ корпусі машини та у вкладиші виконано динамічний тиск є максимальним. Крім того, кут j2, отвір 6 для підводу мастила, яке під тиском потращо характеризує кінець ділянки тертя, коливається пляє в порожнину 7, названу змащувальною канав межах величин, близьких до 90°, в зв'язку з чим вкою. можна прийняти j2=p/2. Псевдоеліптична крива 8 характеризується На підставі виконаних дослідів в подальшому малою 9 та великою 10 піввісями. Між цапфою та рекомендується приймати jа=2,5°...15°; вкладишем є вільний простір 11 у вигляді деякої jm=79°...81°; j1=0; j2=p/2. При малих значеннях порожнини, заповненої мастилом, що подається в підшипниковий вузол ковзання. кутів jа=2,5°...10° відносний ексцентриситет x доВерхня 12 та нижня 13 епюри гідродинамічносягає високих значень, рівних 0,978... 0,994. го тиску в поєднанні з дією радіальної сили Fr Для оцінки ефективності запропонованого створюють стійке положення цапфи у вкладиші. технічного рішення та його порівняння з традиційДвоклиновий псевдоеліптичний підшипниковий ним симетричним двоклиновим підшипниковим вузол ковзання працює наступним чином. вузлом ковзання запишемо рівняння гідродинамічПід час обертання цапфи 4, що належить ваних сил, наприклад, для нижньої епюри тиску, які лу, з кутовою швидкістю со через вкладиш 1, вкримають вигляд: тий зсередини тонким шаром антифрикційного покриття 2, на корпус машини 3 передається зі сторони вала радіальна сила Fr. j2 j é (1 + x cos j ) - (1 + x cos jm ) ù * 3m wld F2 = 0 dj ú cos( j + ja )d j; (1) ò òê ú (1 + x cos j)3 y2 0 0 ê ë û 5 F2 = 3m0 wld y2 26507 6 j2 j ì ï [k + (k + x ) cos j] - [k + (k + x ) cos jm ] ü ï djý cos(j + ja )dj, ò òí 3 ï [k + (k + x ) cos j] î þ 0 0ï (2) нової змінної величини кута a=j/2pn, де 2pn - кут обертання цапфи в одиницю часу, наприклад, протягом однієї хвилини. Величина кута a безрозмірна та вона є величиною малого порядку. В якості меж інтегрування, виходячи з нової змінної величини a, приймемо a 2=j2/2pn, покладаючи, що 0£a£j/2pn та 0£a 2£j2/2pn. Потім, розклавши кожну з підінтегральних функцій других інтегралів, які входять в рівняння (1) та (2), в ряд Маклорена та скориставшись при цьому другим членом кожного з рядів при a=0, запишемо, залишаючи проміжні перетворення , вирази: де m 0 - в'язкість мастила за атмосферного тиску, МПа-с; y =d/r - відносний зазор; Х=е/d - відносний ексцентриситет; е - ексцентриситет. Рівняння (1) загальновідоме, а рівняння (2) вперше виведене автором. Вказані рівняння записані в припущенні, що кут початку ділянки тертя j1=0, що є правомірним. В зв'язку з цим кут, що характеризує межі ділянки тертя, прийнято рівним j2-j1=j2–0=p/2. Рівняння (1) та (2) є неінтегруємими, в зв'язку з чим для рішення других інтегралів з межами інтегрування від 0 до j скористаємося наближеним методом інтегрування, шляхом вводу в розгляд j (1 + x cos j) - (1 + x cos jm )dj = x(1 - cos jm ) × j ; (3) (1 + x cos j)3 (1 + x )3 0 ò j [k + (k + x )cos j] - [k + (k + x )cos jm ]dj = (k + x )(1 - cos jm ) × j (4) [k + (k + x )cos j]3 (2k + x )3 0 ò Об’єднавши знайдені вирази (3) та (4) з рівняннями (1) та (2), отримаємо наступні залежності: * F2 = F2 = 3m0 wldx (1 - cos jm ) (1 + x )3 y 2 j2 ò j cos(j + j )dj (5) a 0 ; j 3m0 wld (k + x )(1 - cos jm ) 2 ò j cos(j + ja )dj. (6) (2k + x )3 y2 0 Рівняння (5) та (6) містять однакові інтеграли, кожний з яких дорівнює j2 ò j cos(j + j )dj = cos j (cos j a a a + j2 sinj2 - 1) + sin ja (j 2 cos j2 - sin j2 ) 0 У відповідності до викладеного, розділивши ліві та праві частини рівнянь (5) та (6) одна на одну, знайдемо вираз коефіцієнта kF , який враховує підвищення результуючої сили F2 в порівнянні з аналогічною епюрою тиску, але стосовно до традиційного двоклинового симетричного підшипникового вузла ковзання, а саме: 3 k + x æ 1+ x ö F (7) ç kF = 2 = ÷ . * x è 2k + x ø F2 Використовуючи рівняння (7), визначимо значення коефіцієнта kF при k=1/3; (1/3+1/2)/2=5/12 та 1/2, які відповідно дорівнюють 2,235; 1,855 та 1,511. З приведених розрахунків зрозуміло, що результуюча сила F2 нижньої епюри тиску при k=1/3; * 5/12 та 1/2 перевищує результуючу силу F2 аналогічної епюри тиску відповідно в 2,235; 1,855 та 1,511 разів, а це вказує на високу ефективність запропонованого двоклинового псевдоеліптичного підшипникового вузла ковзання. Аналогічне співвідношення спостерігається між силами F1 та F1* стосовно до верхніх епюр гідродинамічного тиску. Однак для верхньої епюри тиску кут j2»80°, в зв'язку з чим на підставі виконаних розрахунків при j2=80° та ja=10° маємо * F2 / F = F2 / F1 = 1.298 . 1 7 26507 8 Таким чином, несуча здатність змащувального рахунок підвищення навантажувальної здатності шару нижніх епюр тиску запропонованого технічта вібростійкості підшипникового вузла ковзання. ного рішення в 1,298 разів, тобто приблизно на Суспільна користь технічного рішення, що за30%, перевищує таку ж, що відноситься до верхніх являється, полягає в зниженні вібрації та шуму епюр тиску прототипу. (промсанітарія), що зумовлено створенням стійких Економічний ефект від впровадження запрорежимів експлуатації підшипникового вузла ковпонованого технічного рішення слід очікувати за зання. Комп’ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601