Радіальний підшипниковий вузол ковзання

1. Радіальний підшипниковий вузол ковзання, що містить корпус підшипника, опорний вкладиш, пружно установлений усередині корпусу підшипника із зазором відносно нього, в корпусі підшипника розташовані принаймні два пружні кільцеві ущіль C2 2 (19) 1 3 Недоліком відомого підшипникового вузла є недостатньо надійний захист складових елементів пари тертя від крайового ефекту, спричиненого перекосом пари тертя, обумовленим спільним впливом вібрацій, механічних ударних навантажень і радіального прогину вала. При цьому може також мати місце зниження ефективності демпфування вібрацій та механічних ударних навантажень при закупорюванні бічною поверхнею втулки поперечного наскрізного отвору опорного вкладиша при зіткненні втулки та опорного вкладиша, яке періодично виникає через поперечні зміщення вала. Відомо радіальний підшипниковий вузол ковзання з рідинною системою демпфування вібрацій, який містить тримач вкладиша, нерухомо пружно закріплюваний до внутрішньої стінки статора заглибного електродвигуна за допомогою двох пружних протиобертальних пружинних кільцевих ущільнювальних елементів, опорний вкладиш, нерухомо пружно установлений усередині тримача вкладиша із зазором відносно нього, герметизованим установленими на протилежних кінцях вкладиша еластичними ущільнювальними кільцями, в якому розташовані два пружні протиобертальні пружинні кільцеві ущільнювальні елементи, і втулку, концентрично установлену усередині опорного вкладиша на носійному валу з можливістю обертання разом з валом, причому втулка розташована в безпосередньому контакті з опорним вкладишем з утворенням з ним пари тертя ковзання. Гідравлічне демпфування вібрацій вала здійснюється за допомогою двох вузьких наскрізних дозувальних поперечних каналів, виконаних в опорному вкладиші, що сполучають камеру з рідинною плівкою, заключену між еластичними ущільнювальними кільцями в зазорі між тримачем опорного вкладиша та опорним вкладишем, з рідинною плівкою, заключеною в зазорі між втулкою та опорним вкладишем, при цьому ефективне поповнення об'єму рідини у рідинних плівках забезпечується за допомогою чотирьох широких наскрізних поперечних каналів, виконаних у втулці, що сполучають рідинну плівку, яка знаходиться між тертьовими поверхнями, з проточним осьовим каналом носійного вала крізь виконані у валу бічні отвори. В залежності від напрямку кутового зміщення вала при його вібраціях, виникає перекачування рідини крізь дозувальні канали, що діють як дозувальні клапани, то з рідинної плівки, яка відокремлює втулку від опорного вкладиша, в рідинну плівку, яка відокремлює опорний вкладиш від тримача опорного вкладиша, то в зворотному напрямку (патент США №6566774, МПК Н02К 5/16, опубл. 20.05.2003). Недоліком відомого підшипникового вузла є складність конструкції підшипникового вузла. Крім того, при обертанні вала може виникати перекривання дозувальних поперечних каналів опорного вкладиша, які служать для проходження мастильної рідини, при виникненні контакту опорного вкладиша з втулкою, що знижує ефективність демпфування вібрацій и, тим самим, знижує надійність підшипникового вузла. Відомо радіальний підшипниковий вузол ков 92621 4 зання, що містить корпус підшипника, опорний вкладиш, нерухомо пружно установлений усередині корпусу підшипника, втулку, закріплену на поверхні носійного вала, обертовий вкладиш, нерухомо пружно установлений на втулці в безпосередньому контакті з опорним вкладишем з утворенням з ним пари тертя ковзання, і два циліндричні незнімно установлені довгасті пружні елементи з еластичного матеріалу, один з яких розташований між корпусом підшипника і опорним вкладишем, а другий, завулканізований або наклеєний на втулці, - між втулкою та обертовим вкладишем. Корпус підшипника та опорний вкладиш, а також втулка і обертовий вкладиш механічно скріплені один з одним пазовим з'єднанням (патент Російської Федерації № 2007634, МПК F16C 27/02, 33/20, опубл. 15.02.1994). Недоліком відомого підшипникового вузла є недостатня величина деформації пружних елементів у радіальному напрямку, яка спричиняється поперечним зміщенням вала, через розподіл радіального зусилля, що прикладається до них з боку вала, який обертається, на більшу площу бічної поверхні пружних елементів, що виявляється у низькій чутливості пружних елементів до величин вібраційних та ударних механічних навантажень і механічного навантаження, зумовленого радіальним прогином вала, що існують, наприклад, у свердловинних заглибних відцентрових електронасосах для добування нафти. Цим також знижуються можливості самоустановлювання поверхонь тертя у такі положення при кутових зміщеннях вала, в яких момент тертя у парі тертя є мінімальним. Крім того, самоустановлюванню поверхонь тертя в положення, яке відповідає мінімальному моменту тертя, запобігає пазове з'єднання корпусу з опорним вкладишем і втулки з обертовим вкладишем, оскільки такий спосіб з'єднання повністю виключає можливість прокручування опорного вкладиша відносно корпусу та обертового вкладиша відносно втулки. Таким чином, відома конструкція підшипникового вузла не дозволяє усунути крайовий ефект, який проявляється при кутових зміщеннях вала під час його обертання, що знижує надійність і строк служби підшипникового вузла. Найближчим аналогом технічного рішення, що заявляється, є радіальний підшипниковий вузол ковзання, який містить корпус підшипника, опорний вкладиш, нерухомо пружно установлений усередині корпусу підшипника із зазором відносно нього, в якому розташовані два віддалені один від одного в осьовому напрямку еластичні кільцеві ущільнювальні елементи, і втулку, концентрично установлену усередині опорного вкладиша на носійному валу з можливістю обертання разом з валом, причому втулка розташована в безпосередньому контакті з опорним вкладишем з утворенням з ним пари тертя ковзання і опорний вкладиш зафіксований до корпусу підшипника від зміщення в осьовому напрямку стопорним кільцем (Международный транслятор "Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти". 1998. - С. 191-192). Перевагою відомого підшипникового вузла є простота конструкції. Однак втулка піддана радіа 5 льному зносу через радіальний перекіс пари тертя, викликуваний спільним впливом вібрацій вала, механічних ударних навантажень та радіального прогину вала, постійно існуючого при роботі обертової машини великої довжини. В результаті виникає перегрів пари тертя, охолоджувальної рідини і потім вихід підшипника з ладу. В основу винаходу поставлено задачу підвищення надійності та строку служби радіального підшипникового вузла ковзання шляхом зниження імовірності виникнення крайового ефекту за рахунок уведення в пару тертя нового елементу та пропонованих згідно винаходу особливостей його взаємозв'язку з опорним вкладишем і втулкою та розташування відносно їх. Поставлена задача вирішується тим, що радіальний підшипник, який містить корпус підшипника, опорний вкладиш, пружно установлений усередині корпусу підшипника із зазором відносно нього, в корпусі підшипника розташовані принаймні два пружні кільцеві ущільнювальні елементи, віддалені один від одного в осьовому напрямку, та втулку, концентрично установлену усередині опорного вкладиша на несучому валу з можливістю обертання разом з валом, згідно з винаходом, додатково містить обертовий вкладиш, пружно установлений на втулці між втулкою та опорним вкладишем із зазором відносно втулки, у втулці розташовані принаймні два пружні кільцеві ущільнювальні елементи, віддалені один від одного в осьовому напрямку, причому обертовий вкладиш розташований в безпосередньому контакті з опорним вкладишем з утворенням з ним пари тертя ковзання. Крім того, згідно з винаходом, корпус підшипника і втулка на одному з двох їх кінців виконані з кільцевим радіальним виступом, а на другому їх кінці установлене стопорне кільце. Стопорні кільця і кільцеві радіальні виступи корпусу підшипника і втулки розташовані на протилежних кінцях підшипникового вузла. При цьому опорний вкладиш і обертовий вкладиш виконані рівними за довжиною в осьовому напрямку і кожний з них установлений між радіальним кільцевим виступом і стопорним кільцем. Опорний вкладиш і обертовий вкладиш виготовлені з твердосплавних керамічних матеріалів. Уведення обертового вкладиша між втулкою та опорним вкладишем так, що він розташований в безпосередньому контакті з опорним вкладишем з утворенням з ним пари тертя ковзання і пружно з'єднаний з втулкою за допомогою принаймні двох пружних кільцевих ущільнювальних елементів, віддалених один від одного в осьовому напрямку і розташованих у зазорі між втулкою і обертовим вкладишем, знижує імовірність виникнення крайового ефекту при обертанні вала шляхом забезпечення адаптації до кутових зміщень вала обертового компонента пари тертя ковзання завдяки деформації пружних кільцевих ущільнювальних елементів у зазорі між втулкою і обертовим вкладишем. Адаптація до кутових зміщень вала необертового компонента пари тертя забезпечується, як і в найближчому аналогу технічного рішення, що заявляється, за рахунок деформації віддалених 92621 6 один від одного пружних кільцевих ущільнювальних елементів, які забезпечують пружне з'єднання опорного вкладиша з корпусом підшипника. Крім того, забезпечується можливість прокручування втулки, установленої на валу, відносно обертового вкладиша при кутових зміщеннях вала, який обертається, що зменшує перегрів підшипника. Таким чином, забезпечується підвищення надійності підшипникового вузла та його строку служби. Фіксація осьового положення обертового та опорного вкладишів у підшипниковому вузлі за допомогою кільцевого радіального виступу, виконаного на одному з двох їх кінців, і стопорного кільця, установленого на другому, протилежному їх конці, забезпечує, при виконанні вкладишів рівними за довжиною в осьовому напрямку, підвищення технологічності конструкції радіального підшипникового вузла, а також підвищення надійності підшипникового вузла шляхом зменшення тертя ковзання за рахунок забезпечення можливості прокручування опорного вкладиша відносно корпусу і обертового вкладиша відносно втулки. Виконання опорного і обертового вкладишів з твердосплавних керамічних матеріалів забезпечує достатньо тривалий строк служби радіальних підшипників ковзання, що працюють у свердловинних електровідцентрових насосах, які перекачують газорідинні суміші з високим вмістом механічних домішок високої твердості. Суть винаходу пояснюється конкретним прикладом його здійснення та кресленням, на якому схематично наведений загальний вигляд радіального підшипникового вузла, пропонованого згідно з винаходом, в поздовжньому розрізі уздовж осі симетрії несучого вала. Радіальний підшипниковий вузол ковзання, зображений на фігурі креслення, містить корпус 1 підшипника, опорний вкладиш 2, обертовий вкладиш 3, втулку 4, установлену на несучому валу 5, чотири пружні кільцеві ущільнювальні елементи, виконані у вигляді еластичних ущільнювальних кілець 6, 7, та два стопорні кільця 8, 9. Опорний вкладиш 2 установлений усередині корпусу 1 підшипника нерухомо за допомогою пружно деформованих еластичних ущільнювальних кілець 6, віддалених одне від одного в осьовому напрямку, які забезпечують пружне з'єднання опорного вкладиша 2 з корпусом 1. Еластичні кільця 6 установлені в пружно деформованому стані між корпусом 1 і опорним вкладишем 2 у кільцевих канавках, утворених на внутрішній поверхні корпусу 1, так, що ці еластичні кільця виступають з кільцевих канавок відносно внутрішньої поверхні корпусу 1 в напрямку радіально усередину, забезпечуючи утворення радіального зазору 1 між внутрішньою поверхнею корпусу 1 і зовнішньою бічною поверхнею опорного вкладиша 2. При цьому еластичні кільця 6 притиснуті їх радіально зовнішньою стороною до корпусу 1, а їх радіально внутрішньою стороною - до опорного вкладиша 2. Величина та форма радіального зазору 1 залежать від ступеня пружної деформації кожного з двох еластичних кілець 6. Втулка 4 установлена на несучому валу 5 з можливістю обертання разом з цим валом, при цьому вона розташована усере 7 дині опорного вкладиша 2 концентрично відносно нього. Обертовий вкладиш 3 розташований між опорним вкладишем 2 і втулкою 4. Обертовий вкладиш 3 установлений на втулці 4 за допомогою двох пружно деформованих еластичних ущільнювальних кілець 7, віддалених одне від одного в осьовому напрямку, які забезпечують пружне з'єднання обертового вкладиша 3 з втулкою 4. Еластичні кільця 7 установлені в пружно деформованому стані між втулкою 4 і обертовим вкладишем 3 у кільцевих канавках, утворених на зовнішній бічній поверхні втулки 4, так, що ці еластичні кільця виступають відносно зовнішньої бічної поверхні втулки 4 у напрямку радіально назовні, забезпечуючи утворення радіального зазору 2 між зовнішньою бічною поверхнею втулки 4 та внутрішньою бічною поверхнею обертового вкладиша 3. При цьому еластичні кільця 7 притиснуті їх радіально внутрішньою стороною до втулки 4, а їх радіально зовнішньою стороною - до обертового вкладиша 3. Величина і форма радіального зазору 2 залежать від ступеня пружної деформації кожного з двох еластичних кілець 7. Зовнішня бічна поверхня обертового вкладиша 3 щільно притиснута до внутрішньої бічної поверхні опорного вкладиша 2. Таким чином, обертовий вкладиш 3 і опорний вкладиш 2 утворюють пару тертя ковзання. Корпус 1 підшипника виконаний на одному його кінці з кільцевим радіальним виступом 10, зверненим радіально усередину. На другому кінці корпусу 1, на його внутрішній бічній поверхні установлене стопорне кільце 8. Опорний вкладиш 2 установлений між кільцевим радіальним виступом 10 і стопорним кільцем 8 так, що він контактує з ними протилежними торцями, що забезпечує фіксацію осьового положення опорного вкладиша 2. Втулка 4 виконана на одному з двох її кінців зі зверненим радіально назовні кільцевим радіальним виступом 11, а на другому її кінці установлене стопорне кільце 9. Виступи 10, 11 розташовані на протилежних кінцях підшипникового вузла. Обертовий вкладиш 3 установлений між кільцевим радіальним виступом 11 і стопорним кільцем 9 так, що він контактує з ними протилежними торцями, що забезпечує фіксацію осьового положення обертового вкладиша 3. Опорний вкладиш 2 і обертовий вкладиш 3 виготовлені рівними за довжиною в осьовому напрямку. Обидва вкладиші виготовлені 92621 8 з твердосплавних керамічних матеріалів. Р а д і а л ь н и й п і д ш и п н и к о в и й в уз о л к о в зання працює таким чином. При обертанні несучого вала 5 разом з ним обертається втулка 4, еластичні кільця 7 і вкладиш 3. Вкладиш 3 обертається усередині опорного вкладиша 2, утворюючи з ним пару тертя ковзання. Завдяки пружному з'єднанню вкладиша 2 з корпусом 1 і вкладиша 3 з втулкою 4 при відсутності жорстких механічних зв'язків між ними забезпечується можливість прокручування вкладиша 2 відносно корпусу 1 і вкладиша 3 відносно втулки 4, яке забезпечує самоустановлювання поверхонь тертя вкладишів 2, 3 і заняття ними оптимального положення, в якому момент тертя у підшипнику ковзання є мінімальним, що зменшує нагрівання підшипника. Спосіб фіксації осьового положення вкладишів 2, 3 за допомогою кільцевих радіальних виступів 10, 11 та стопорних кілець 8, 9 не перешкоджає самоустановлюванню вкладишів 2, 3 у положення, що є оптимальним з точки зору забезпечення мінімального тертя тертьових поверхонь, і при цьому така. фіксація осьового положення забезпечує підвищення технологічності конструкції. Пружне з'єднання вкладиша 3 з втулкою 4 за допомогою еластичних кілець 7 і вкладиша 2 з корпусом 1 за допомогою еластичних кілець 6 забезпечує, за рахунок пружної деформації еластичних кілець 6, 7, компенсацію кутових зміщень вала 5, що обертається, і його статичного радіального прогину, які викликають зношування на краях тертьових елементів пари тертя, тобто крайовий ефект. Під впливом пружних механічних деформацій еластичних кілець 6, 7, що спричиняються радіальними зусиллями, які прикладаються до них з боку вала 5, виникає зміна величини та форми радіальних зазорів 1 і 2 таким чином, що відбувається самоустановлювання вкладишів 2, 3 у положення оптимальної адаптації одна до одної тертьових поверхонь цих вкладишів, при якому сила тертя та ступінь зносу тертьових поверхонь є мінімальними, що значно зменшує проявляння крайового ефекту. Таким чином, винахід забезпечує підвищення надійності та строку служби радіального підшипника ковзання. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 92621 Підписне 10 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