RU2463492C1

RU2463492C1 - Plain bearing

Info

Publication number: RU2463492C1
Application number: RU2011111242/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Леонидович Юша (RU); Владимир Леонидович Юша; Николай Анатольевич Райковский (RU); Николай Анатольевич Райковский
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-10-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed bearing comprises shaft journal 1 and sleeve 2 made from polymer material enveloping eccentrically said shaft 1 Besides, bearing comprises, at least, one extra heat transmitting body 3 in contact with shaft journal and provided with cooling system 5. Note here that said heat transmitting body 5 may be made of solid of revolution, e.g. cylinder.

EFFECT: longer life.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к компрессорным машинам, насосам, двигателям и т.д., выполненным в бессмазочном исполнении, в которых происходит скольжение вала по поверхности подшипника без смазки.The invention relates to power engineering, in particular to compressor machines, pumps, engines, etc., made in the lubrication-free version, in which the shaft glides along the bearing surface without lubrication.

Известен подшипник скольжения [Пат. РФ 2148736, МКИ⁶ F16C 33/20, F16С 27/02. Подшипник скольжения] из полимерных материалов, содержащий теплоотводящие элементы, выполненные в виде металлических колец, ширина которых равна толщине втулки, а внутренний диаметр равен наружному диаметру вкладыша из полимерного антифрикционного материала.Known plain bearing [US Pat. RF 2148736, MKI ⁶ F16C 33/20, F16C 27/02. Slide bearing] made of polymeric materials containing heat-removing elements made in the form of metal rings, the width of which is equal to the thickness of the sleeve and the inner diameter is equal to the outer diameter of the liner made of a polymer antifriction material.

Известно, что полимерные композиционные материалы обладают низким значением коэффициента теплопроводности. Известно, что ресурс и надежность работы полимерного подшипникового узла существенно зависит от температуры на поверхности трения цапфы вала и подшипниковой втулки. Недостатком данного изобретения является размещение металлических теплоотводящих элементов на внешней поверхности полимерного подшипника, который имеет существенное значение термического сопротивления, что не позволяет интенсивно отводить тепло с поверхности трения подшипника.It is known that polymer composite materials have a low coefficient of thermal conductivity. It is known that the resource and reliability of a polymer bearing assembly substantially depends on the temperature on the friction surface of the shaft journal and bearing sleeve. The disadvantage of this invention is the placement of metal heat-releasing elements on the outer surface of the polymer bearing, which has a significant value of thermal resistance, which does not allow to intensively remove heat from the friction surface of the bearing.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является опора скольжения [Пат. СССР 1250749, МКИ⁶ F16C 17/02. Опора скольжения], содержащая цапфу вала и охватывающую ее втулку, оба торца которой выполнены наклонными к оси опоры и общая длина втулки равна или больше двойной длины опорной ее поверхности; при этом часть поверхности вала находится вне зоны трения и омывается охлаждающей средой (например, воздухом).The closest in technical essence and the achieved effect is the sliding support [Pat. USSR 1250749, MKI ⁶ F16C 17/02. Sliding support], comprising a shaft pin and a sleeve covering it, both ends of which are made inclined to the axis of the support and the total length of the sleeve is equal to or greater than the double length of its supporting surface; while part of the shaft surface is outside the friction zone and is washed by a cooling medium (for example, air).

Указанная опора позволяет интенсифицировать отвод тепла из зоны трения, так как контакт охлаждающей среды осуществляется непосредственно с поверхностью металлического вала.The specified support allows you to intensify the removal of heat from the friction zone, since the contact of the cooling medium is carried out directly with the surface of the metal shaft.

Недостатками прототипа являются: во-первых, увеличение осевых размеров подшипникового узла; во-вторых, в качестве охлаждающей среды в бессмазочных подшипниках может быть использован только газ, имеющий низкий коэффициент теплоотдачи, что не позволяет обеспечить интенсивное охлаждение поверхности вала.The disadvantages of the prototype are: firstly, an increase in the axial dimensions of the bearing assembly; secondly, only gas having a low heat transfer coefficient can be used as a cooling medium in oil-free bearings, which does not allow for intensive cooling of the shaft surface.

Технической задачей данного изобретения является увеличение ресурса и расширение области применения подшипников скольжения, изготовленных из полимерных композиционных материалов, за счет снижения температуры трущихся поверхностей подшипника.The technical task of this invention is to increase the resource and expand the scope of bearings made of polymer composite materials by reducing the temperature of the rubbing surfaces of the bearing.

Известно [Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Э.Д.Браун [и др.] / под ред. А.В.Чичинадзе: учебник для технических вузов. - М.: Центр "Наука и техника", 1995. - 778 с.], что область применения полимерного подшипника скольжения определяется следующим уравнением:It is known [Fundamentals of tribology (friction, wear, lubrication) / ED Brown [et al.] / Ed. A.V. Chichinadze: a textbook for technical universities. - M .: Center "Science and Technology", 1995. - 778 S.] that the scope of the polymer plain bearing is determined by the following equation:

где КТ - суммарный параметр теплоотвода подшипникового узла; Т_п - допустимая избыточная температура эксплуатации; d, l - геометрические характеристики подшипникового узла; [р×υ] - фактор допустимых режимов эксплуатации подшипника.where CT is the total heat sink parameter of the bearing assembly; T _p - permissible excess operating temperature; d, l - geometric characteristics of the bearing assembly; [p × υ] is the factor of acceptable operating conditions of the bearing.

Причем, если [p×υ] - фактор, определенный по формуле (1), выше или равен максимальному значению [р×υ], при котором эксплуатируется данный подшипниковый узел, то рассчитываемый подшипник может в нем эксплуатироваться. Анализ формулы (1) показывает, что с целью расширения области применения полимерного подшипника (увеличение величины [р×υ]) необходимо увеличивать параметр теплоотвода подшипникового узла (увеличивать параметр КТ).Moreover, if [p × υ] - the factor determined by the formula (1) is higher or equal to the maximum value [p × υ] at which this bearing unit is operated, then the calculated bearing can be operated in it. An analysis of formula (1) shows that in order to expand the scope of application of a polymer bearing (increasing [p × υ]), it is necessary to increase the heat sink parameter of the bearing assembly (increase the CT parameter).

Известно [Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Э.Д.Браун [и др.] / под ред. А.В.Чичинадзе: учебник для технических вузов. - М.: Центр "Наука и техника", 1995. - 778 с.], что с целью увеличения ресурса полимерного подшипника скольжения необходимо снижать температуру его трущихся поверхностей.It is known [Fundamentals of tribology (friction, wear, lubrication) / ED Brown [et al.] / Ed. A.V. Chichinadze: a textbook for technical universities. - M.: Center "Science and Technology", 1995. - 778 S.] that in order to increase the resource of the polymer sliding bearing, it is necessary to reduce the temperature of its rubbing surfaces.

Указанная техническая задача решается тем, что в конструкцию подшипника скольжения вводится, по крайней мере, одно дополнительное теплопередающее тело, находящееся в контакте с поверхностью металлического вала, причем данное тело располагается за пределами угла контакта вала и полимерного подшипника, тем самым не нарушая структуру антифрикционного слоя несущей поверхности подшипника. Дополнительное теплопередающее тело содержит систему охлаждения, в которой может быть использована охлаждающая среда с высоким значением коэффициента теплоотдачи.The specified technical problem is solved by the fact that at least one additional heat transfer body in contact with the surface of the metal shaft is introduced into the design of the sliding bearing, and this body is located outside the contact angle of the shaft and the polymer bearing, thereby not violating the structure of the antifriction layer bearing surface. The additional heat transfer body contains a cooling system in which a cooling medium with a high heat transfer coefficient can be used.

Наиболее эффективными способами охлаждения пары трения "стальной вал-полимерная втулка", учитывая тепловой расчетно-теоретический анализ известных способов отвода тепла из зоны трения [Райковский Н.А. Факторный анализ влияния конструктивного исполнения бессмазочного подшипника скольжения и способов его охлаждения на температуру в зоне трения / Н.А.Райковский и [др.] // Омское время - взгляд в будущее: матер. регион. молодежн. науч. - техн. конф. - Омск: ОмГТУ, 2010. - Кн. 1. - С.85-88], являются: интенсификация охлаждения поверхностей вала и подшипника, заключенных в серповидном пространстве, а также охлаждение стального вала, у которых снижение температуры в зоне трения существенно выше в сравнении с другими способами отвода тепла (например, охлаждение внешней поверхности полимерного материала; охлаждение торцевых поверхностей полимерной втулки). Причем наибольший эффект проявляется в диапазоне коэффициентов теплоотдачи, которые соответствуют жидкостному охлаждению.The most effective methods of cooling a friction pair "steel shaft-polymer sleeve", given the thermal calculation and theoretical analysis of known methods of heat removal from the friction zone [N. Raikovsky Factor analysis of the influence of the design of a lubrication-free sliding bearing and methods of its cooling on the temperature in the friction zone / N.A. Raikovsky and [others] // Omsk Time - A Look into the Future: Mater. region. youth scientific - tech. conf. - Omsk: OmSTU, 2010. - Book. 1. - P.85-88], are: the intensification of the cooling of the surfaces of the shaft and bearing enclosed in a crescent-shaped space, as well as the cooling of a steel shaft, in which the temperature drop in the friction zone is much higher in comparison with other methods of heat removal (for example, cooling the outer surface of the polymer material; cooling the end surfaces of the polymer sleeve). Moreover, the greatest effect is manifested in the range of heat transfer coefficients, which correspond to liquid cooling.

Данный анализ свидетельствует, что с целью интенсификации охлаждение подшипника скольжения необходимо стремиться отводить тепло либо непосредственно с поверхности стального вала, либо через тела, обладающие сравнительно высокими значениями коэффициентов теплопроводности. Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет существенно интенсифицировать процесс охлаждения и соответствует критерию "новизна".This analysis indicates that, in order to intensify the cooling of the sliding bearing, it is necessary to strive to remove heat either directly from the surface of the steel shaft or through bodies having relatively high values of thermal conductivity. Thus, the claimed technical solution allows to significantly intensify the cooling process and meets the criterion of "novelty."

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображены поперечный и продольный разрезы подшипника скольжения с дополнительным теплопередающим телом скольжения, на фиг.2 - вариант с теплопередающими телами, выполненными в форме тел качения.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the transverse and longitudinal sections of a sliding bearing with an additional heat transfer sliding body, figure 2 is a variant with heat transferring bodies made in the form of rolling bodies.

Подшипник скольжения (фиг.1) включает стальной вал 1, полимерную втулку 2, расположенную эксцентрично валу, по меньшей мере, одно дополнительное теплопередающее тело скольжения 3, находящееся в контакте с поверхностью вала 1, что обеспечивают поджимающие элементы 4. Дополнительное теплопередающее тело 3 содержит систему охлаждения 5. Причем дополнительное теплопередающее тело может представлять собой, по меньшей мере, одно тело качения (например, на фиг.2 дополнительное теплопередающее тело имеет форму цилиндра).The sliding bearing (Fig. 1) includes a steel shaft 1, a polymer sleeve 2 located eccentrically to the shaft, at least one additional heat transfer sliding body 3 in contact with the surface of the shaft 1, which is provided by the pressing elements 4. The additional heat transfer body 3 contains cooling system 5. Moreover, the additional heat transfer body may be at least one rolling body (for example, in FIG. 2, the additional heat transfer body has the shape of a cylinder).

Заявляемый подшипник скольжения работает следующим образом. При вращении вала 1 под действием нагрузки, в результате работы сил трения, на опорной поверхности втулки 2 выделяется тепло, распределяемое за счет вращательного движения по всей внешней поверхности вала 1 в пределах опорной длины втулки 2. Так как с ненагруженной части поверхности втулки 2 к валу 1 поджаты теплопередающие элементы 3 (из антифрикционных металлических и неметаллических материалов с высоким значением коэффициента теплопроводности, например 7В-2А, AT - 1500Б83, AГ - 1500С05, ЛС59-1 и т.д.), охлаждаемые известными методами (газовое охлаждение, жидкостное охлаждение, термоэлектрическое охлаждение и т.д.), то процесс теплообмена подшипникового узла с окружающей средой протекает интенсивно. Для интенсификации теплообмена можно увеличить площадь контакта теплопередающего элемента с валом (фиг.1). При контакте дополнительного теплопередающего тела скольжения 3 (фиг.1) с поверхностью вала 1 происходит выделение дополнительно некоторого количества тепла, но учитывая малую величину силы поджатия, которая необходима для обеспечения теплового контакта, а также возможность подбора оптимального, с точки зрения "теплопроводность - коэффициент трения", материала, данное количество тепла несущественно в сравнении с основной тепловой мощностью, выделяющейся на поверхности трения полимерной втулки (предварительная оценка показала, что мощность трения выделяющегося на поверхности дополнительного теплопередающего тела скольжения составляет менее 10% от суммарной мощности трения (при этом, чем сильнее нагружение полимерного подшипника со стороны ротора, тем менее существенно выделение дополнительной мощности трения и достигает значений менее 1%), при этом количество тепла, отводимое данным элементом с поверхности стального вала может достигать 95% от суммарной мощности трения). На фиг.2 представлен подшипник скольжения, в котором теплопередающие тела 3 выполнены в виде тел качения, что, как известно, существенно снижает коэффициент трения в контакте и, следовательно, снижает дополнительную тепловую мощность трения. Теплопередающие элементы при этом обкатывают внешнюю поверхность трения вала и в каждое мгновение будут касаться поверхности трения вала новыми участками своей поверхности. Участки поверхности теплопередающего элемента, вышедшие из прямого контакта с поверхностью вала, будут открыты в окружающую среду и интенсивно охлаждаться. Таким образом, данное техническое решение позволяет развить поверхность охлаждения вала, не затрагивая конструкцию самого вала.The inventive sliding bearing operates as follows. When the shaft 1 rotates under the action of the load, as a result of the friction forces, heat is generated on the supporting surface of the sleeve 2, which is distributed due to the rotational movement along the entire external surface of the shaft 1 within the reference length of the sleeve 2. Since the unloaded part of the surface of the sleeve 2 is on the shaft 1 the heat transfer elements 3 are pressed in (from antifriction metal and nonmetallic materials with a high value of the coefficient of thermal conductivity, for example 7V-2A, AT - 1500B83, AG - 1500С05, LS59-1, etc.), cooled by known methods (gas cooling e, liquid cooling, thermoelectric cooling, etc.), then the process of heat exchange of the bearing unit with the environment proceeds intensively. To intensify heat transfer, you can increase the contact area of the heat transfer element with the shaft (figure 1). Upon contact of the additional heat transfer sliding body 3 (Fig. 1) with the surface of the shaft 1, an additional amount of heat is released, but taking into account the small amount of compressive force, which is necessary to ensure thermal contact, as well as the possibility of selecting the optimal, from the point of view of “thermal conductivity - coefficient friction ", material, this amount of heat is insignificant in comparison with the main thermal power released on the friction surface of the polymer sleeve (preliminary assessment showed that The friction coefficient of the additional heat transfer sliding body released on the surface is less than 10% of the total friction power (in this case, the stronger the loading of the polymer bearing on the rotor side, the less significant is the release of additional friction power and reaches values less than 1%), while the amount of heat removed by this element from the surface of the steel shaft can reach 95% of the total friction power). Figure 2 presents the sliding bearing, in which the heat transfer bodies 3 are made in the form of rolling bodies, which, as you know, significantly reduces the friction coefficient in the contact and, therefore, reduces the additional thermal friction power. In this case, heat transfer elements run around the external surface of the shaft friction and at each moment they will touch the surface of the shaft friction with new sections of its surface. The surface areas of the heat transfer element that come out of direct contact with the shaft surface will be open to the environment and intensively cooled. Thus, this technical solution allows you to develop a cooling surface of the shaft, without affecting the design of the shaft itself.

Claims

1. A plain bearing comprising a shaft pin that eccentrically surrounds a sleeve of polymer material, characterized in that at least one additional heat transfer body is introduced in contact with the surface of the shaft pin, and the heat transfer body is provided with a cooling system.

2. The sliding bearing according to claim 1, characterized in that the heat transfer body is made in the form of a rolling body.