RU2462626C1 - Unit of friction with bearing from pressed wood - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: unit of friction with a bearing from pressed wood in the form of a reverse pair of friction comprises a shaft (or an axis) (1), on which an inner shell is rigidly fixed with a sector bushing (5) from pressed wood with radial arrangement of fibres, and an external metal shell (6), fixed in the friction unit body. The bushing (5), having an outer external spherical surface of friction, is pressed at both sides by compensating rings (7), arranged from a material having a high coefficient of temperature expansion. The shell (6), installed as capable of rotation and embracing the bushing (5), has a concave spherical shape of friction surface and may be fixed in the body of the friction unit by different methods.

EFFECT: higher strength, reliability and serviceability of a friction unit as a whole by stabilisation of mechanical properties under various temperature conditions of operation.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к тяжелому машиностроению и может быть использовано в опорах скольжения, испытывающих большие радиальные статические и динамические нагрузки, а также незначительные осевые смещения и нагрузки взамен самоустанавливающихся подшипников катков, колес, роликов балансиров перемещения металлоконструкций: кран-балок, консольно-козловых, козловых и башенных кранов, а также большегрузных тележек.The invention relates to heavy machinery and can be used in sliding bearings experiencing large radial static and dynamic loads, as well as minor axial displacements and loads instead of self-aligning bearings of rollers, wheels, balancing rollers of metal structures: crane beams, gantry-gantry, gantry and tower cranes, as well as heavy trucks.

Известны конические роликоподшипники, изготовляемые по ГОСТ 5721-75 и по ТУ 24-1-173-70, устанавливаемые в узлах трения канатов, катков тележек и роликов балансиров перемещения грузов по рельсам. Они имеют следующие недостатки:Known tapered roller bearings manufactured in accordance with GOST 5721-75 and TU 24-1-173-70, installed in the friction nodes of ropes, carriage rollers and rollers of load balancers on rails. They have the following disadvantages:

- сложность конструкции и высокая стоимость (более чем на один порядок по сравнению со стоимостью подшипников из модифицированной древесины);- the complexity of the design and the high cost (more than one order compared to the cost of bearings made of modified wood);

- высокая металлоемкость и энергоемкость изготовления подшипника, необходимость установки сальников, исключающих возможность попадания в подшипник абразива (песка, цемента, окалины и др.);- high metal and energy consumption of the manufacture of the bearing, the need to install glands, eliminating the possibility of the abrasive (sand, cement, scale, etc.) getting into the bearing;

- значительное снижение надежности и работоспособности при эксплуатации в условиях переменных температур (от -60°С до +100°С).- a significant decrease in reliability and performance during operation under variable temperatures (from -60 ° C to + 100 ° C).

Известны узлы трения с подшипниками в виде двухслойных деревокаркасных втулок из прессованной древесины (ДП) марки ДП-КР (а.с. SU 1110952, F16C 33/18, 1982), и металлокаркасных втулки марки ДМ-МКТ (а.с. SU 926397, F16, 33/12, 1979), содержащие деревянную контурную или металлическую обойму и секторную втулку, запрессованную внутрь деревянного или металлического каркаса (обойму). Дерево- или металлокаркасные втулки успешно работают как направляющие при возвратно-поступательном трении при небольших радиальных нагрузках и скоростях скольжения.Known friction units with bearings in the form of two-layer wood-frame bushings from pressed wood (DP) of the DP-KR brand (A.S. SU 1110952, F16C 33/18, 1982), and metal-frame bushings of the DM-MKT brand (A.S. SU 926397 , F16, 33/12, 1979) containing a wooden contour or metal holder and a sector sleeve pressed into the wooden or metal frame (holder). Wood or metal frame bushings successfully operate as guides for reciprocating friction with small radial loads and sliding speeds.

Основными недостатками известных секторных втулок из ДП являются отсутствие надежных устойчивых бортовых кромок, по которым происходит трение с вращательно-осевыми перемещениями и нагрузками. Осевые перемещения и динамические нагрузки приводят к увеличению износа бортов и их разрушению.The main disadvantages of the known sector bushings from DP are the lack of reliable stable side edges along which friction occurs with rotational-axial movements and loads. Axial movements and dynamic loads lead to increased wear on the sides and their destruction.

Известны также безбортовые подшипники с трением скольжения по сферической поверхности (патент США №5219231, 1993 г.), которые содержат вал с жестко закрепленной на нем втулкой и металлическую обойму, причем трение скольжения происходит по поверхности сферической формы, описанной из центра тяжести втулки вдоль ее длины по наружной поверхности (втулка имеет выпуклую бочкообразную форму поверхности трения), что обеспечивает восприятие не только больших радиальных нагрузок, но и небольших осевых перемещений и угловых отклонений осей вала и подшипника за счет безбортового трения по сферическим поверхностям. Втулка выполнена в виде двух полуколец из изотропного материала. Это коренным образом отличает ее по устройству от предлагаемой нами секторной втулки, выполненной из ДП с учетом ее анизотропии, что позволяет значительно увеличить несущую способность и долговечность узла трения в целом.Also known are rollerless bearings with sliding friction on a spherical surface (US Pat. No. 5,219,231, 1993), which comprise a shaft with a sleeve rigidly fixed thereon and a metal cage, with sliding friction occurring on a spherical surface described from the center of gravity of the sleeve along it lengths on the outer surface (the sleeve has a convex barrel-shaped shape of the friction surface), which ensures the perception of not only large radial loads, but also small axial displacements and angular deviations of the axes of the shaft and pnika due flangeless friction in spherical surfaces. The sleeve is made in the form of two half rings of isotropic material. This fundamentally distinguishes it in design from the sector sleeve we offer, made of DP, taking into account its anisotropy, which allows us to significantly increase the bearing capacity and durability of the friction unit as a whole.

Наиболее близким аналогом является известный радиально-осевой подшипник из модифицированной древесины, содержащий вал (ось) колеса с жестко закрепленной на нем секторной втулкой со сферической выпуклой по длине наружной поверхностью трения, и наружную металлическую обойму, закрепленную в корпусе узла трения с внутренней вогнутой вовнутрь охватывающей втулку поверхностью трения (патент РФ №2222724 C2, F16C 17/10 33/18, 2004). Основными недостатками радиально-осевых подшипников из модифицированной древесины являются следующие: наружная металлическая обойма с внутренней вогнутой поверхностью трения выполнена в виде двух полуколец, соединенных и центрированных друг против друга штифтами, что увеличивает трудоемкость обработки поверхности трения и не исключает возможности перекоса; для компенсации релаксации внутренних напряжений, возникающих в прессованной древесине, предусмотрена поджимная гайка, наворачиваемая на вал, что усложняет конструкцию узла трения; в конструкции не учтена закономерность изменения механических свойств ДП при изменении температуры, что уменьшает надежность и работоспособность узлов трения при различных температурных условиях эксплуатации; секторная втулка недостаточно надежно закреплена на валу (оси) и при более высоких значениях радиальных нагрузок возможно ее проскальзывание.The closest analogue is the known radial-axial bearing made of modified wood, containing a shaft (axis) of the wheel with a sector hub rigidly fixed on it with a spherical outer surface of friction convex along the length, and an external metal cage fixed in the housing of the friction unit with an internal concave inward enclosing the sleeve by the friction surface (RF patent No. 2222724 C2, F16C 17/10 33/18, 2004). The main disadvantages of radial-axial bearings made of modified wood are as follows: the outer metal cage with an internal concave friction surface is made in the form of two half rings connected and centered against each other by pins, which increases the complexity of processing the friction surface and does not exclude the possibility of skew; to compensate for the relaxation of internal stresses arising in the pressed wood, a compression nut is provided that is screwed onto the shaft, which complicates the design of the friction unit; the design does not take into account the regularity of the change in the mechanical properties of the DP when the temperature changes, which reduces the reliability and performance of the friction units under various temperature operating conditions; the sector sleeve is not sufficiently securely mounted on the shaft (axis) and, at higher radial loads, it can slip.

Изобретение решает задачу увеличения надежности при различных температурных условиях эксплуатации и упрощения конструкции узла трения в целом.The invention solves the problem of increasing reliability under various temperature operating conditions and simplifying the design of the friction assembly as a whole.

Технический результат состоит в повышении прочности и надежности узлов трения с подшипниками из ДП путем стабилизации механических свойств при различных температурных условиях эксплуатации; в увеличении надежности крепления секторной фигурной втулки из ДП на валу (оси).The technical result consists in increasing the strength and reliability of friction units with bearings made of DP by stabilizing the mechanical properties under various temperature operating conditions; in increasing the reliability of securing the sector shaped sleeve of DP on the shaft (axis).

Для решения поставленной задачи в узле трения с подшипником из прессованной древесины в виде обратной пары трения, содержащем вал (ось), на котором жестко закреплена внутренняя металлическая обойма с секторной втулкой из прессованной древесины с наружной поверхностью трения, и наружную металлическую обойму, закрепленную в корпусе узла трения с вогнутой поверхностью трения, согласно изобретению секторная втулка из прессованной древесины с радиальным расположением волокон, имеющая наружную сферическую поверхность трения, зажата с двух боковых сторон с предварительным усилием в поперечном сечении компенсирующими кольцами, выполненными из материала, имеющего большой коэффициент температурного расширения (например, этилен, поливинилхлорид, полиэтилен), а металлическая наружная обойма, установленная с возможностью вращения и охватывающая втулку, имеет вогнутую сферическую поверхность трения, закреплена в корпусе узла трения с помощью болтового или другого разъемного соединения, а также с помощью посадки с натягом. Для обеспечения сборки и разборки узла трения внутренняя металлическая обойма выполнена в виде полуобоймы и бокового кольца, соединенных гайкой.To solve the problem in a friction unit with a pressed wood bearing in the form of a reciprocal friction pair containing a shaft (axis), on which an internal metal sleeve with a sector sleeve of pressed wood with an external friction surface is fixed, and an external metal sleeve fixed in the housing a friction unit with a concave friction surface, according to the invention, a sector sleeve of pressed wood with a radial arrangement of fibers having an outer spherical friction surface, is clamped from two lateral sides with a preliminary cross-sectional force by compensating rings made of a material having a large coefficient of thermal expansion (for example, ethylene, polyvinyl chloride, polyethylene), and the metal outer cage, mounted for rotation and covering the sleeve, has a concave spherical friction surface, is fixed in the case of the friction unit with a bolt or other detachable connection, as well as with an interference fit. To ensure the assembly and disassembly of the friction unit, the inner metal cage is made in the form of a half-cage and a side ring connected by a nut.

На чертеже показан узел трения с подшипником из ДП в сборе. Узел трения состоит из вала (оси) 1, на который посажена с натягом металлическая внутренняя обойма, состоящая из внутренней полуобоймы 2 и бокового кольца 3. Внутренняя полуобойма 2 имеет метрическую резьбу, на которую наворачивается гайка 4, служащая для крепления бокового кольца 3 к внутренней полуобойме 2 и зажатия секторной втулки из ДП 5 с предварительным усилием в поперечном направлении.The drawing shows a friction unit with a bearing from the DP assembly. The friction unit consists of a shaft (axis) 1, on which an inner metal cage is fitted with an interference fit, consisting of an inner half-cage 2 and a side ring 3. The inner half-cage 2 has a metric thread on which a nut 4 is screwed, which serves to fasten the side ring 3 to the inner semi-cage 2 and clamping of the sector sleeve from DP 5 with preliminary force in the transverse direction.

Металлическая наружная обойма 6 (обратная пара трения) с вогнутой сферической поверхностью трения устанавливается в корпусе узла трения различными способами, т.е. она может быть закреплена с помощью болтового или другого разъемного соединения, а также с помощью посадки с натягом.The metal outer cage 6 (reverse friction pair) with a concave spherical friction surface is installed in the housing of the friction unit in various ways, i.e. it can be fixed with a bolt or other detachable connection, as well as with an interference fit.

Внутренняя поверхность трения наружной обоймы подшипника имеет вогнутую внутрь форму, описанную вдоль оси вала тем же радиусом, что и поверхность трения секторной втулки из ДП. Радиус описываемой сферической поверхности трения металлической наружной обоймы равен по величине расстоянию от центра тяжести втулки до левой или правой начальных точек поверхности трения.The inner friction surface of the outer race of the bearing has an inwardly concave shape described along the axis of the shaft with the same radius as the friction surface of the sector sleeve made of DP. The radius of the described spherical friction surface of the metal outer casing is equal in magnitude to the distance from the center of gravity of the sleeve to the left or right starting points of the friction surface.

С двух сторон к секторной втулке из ДП примыкают компенсирующие кольца 7, которые выполнены из материала, имеющего большой коэффициент температурного расширения (этилен, поливинилиденфторид, полиэтилен).On both sides, a compensating ring 7 is adjacent to the sector sleeve from the DP, which are made of a material having a large coefficient of thermal expansion (ethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene).

Сборка узла трения производится следующим образом. Секторная втулка из ДП 5 вставляется (впрессовывается) в наружную металлическую обойму 6, затем устанавливается одно компенсирующее кольцо 7 и во втулку внутренняя полуобойма 2. С другой стороны втулки 5 устанавливается второе компенсирующее кольцо 7 и с помощью гайки 4 крепится боковое кольцо 3. Гайка 4 затягивается с определенным усилием, позволяющим надежно зажать секторную втулку из ДП.Assembly of the friction unit is as follows. The sector sleeve from DP 5 is inserted (pressed) into the outer metal sleeve 6, then one compensating ring 7 is installed and the inner half-sleeve 2 is inserted into the sleeve. On the other side of the sleeve 5, the second compensating ring 7 is installed and the side ring 3 is fastened with the nut 4. Nut 4 tightened with a certain force, allowing you to reliably clamp the sector sleeve of the DP.

После сборки подшипника внутренняя металлическая обойма крепится на вал (ось) с помощью посадки с натягом, а наружная металлическая обойма - в корпус узла трения способом, предусмотренным конструкцией узла трения. При сборке поверхность трения секторной втулки из ДП смазывается солидолом.After assembling the bearing, the inner metal cage is mounted on the shaft (axis) by interference fit, and the outer metal cage is mounted in the friction unit housing in the manner prescribed by the design of the friction unit. During assembly, the friction surface of the sector sleeve from the DP is lubricated with solid oil.

Узел трения работает следующим образом. Вместе с валом 1, получающим принудительное вращение, вращается закрепленная на нем внутренняя металлическая обойма с зажатой в ней секторной втулкой из ДП 5, в результате чего происходит трение скольжения наружной торцевой поверхности втулки из ДП о наружную металлическую обойму 6. Поверхность трения имеет форму сферического кольца с закруглением вдоль оси вала (вдоль подшипника) радиусом, равным расстоянию от оси вала до поверхности трения.The friction unit operates as follows. Together with the shaft 1 receiving forced rotation, the inner metal cage fixed on it with the sector sleeve made of DP 5 clamped in it rotates, as a result of which the sliding of the outer end surface of the sleeve of the DP from the outer metal cage 6 occurs. The friction surface has the shape of a spherical ring with a rounding along the axis of the shaft (along the bearing) with a radius equal to the distance from the axis of the shaft to the friction surface.

Во время работы узла трения температура повышается, в результате чего компенсирующие кольца расширяются и сдавливают секторную втулку из ДП. При увеличении давления на секторную втулку твердость и упругость ДП возрастает, тем самым поддерживая механические свойства ДП, так как при нагреве твердость и упругость ДП уменьшаются. Наоборот, при уменьшении температуры узла трения компенсирующие кольца сужаются и уменьшают давление на секторную втулку из ДП, тем самым уменьшается твердость и упругость ДП. Так как при уменьшении температуры механические свойства ДП увеличиваются, твердость и упругость ДП поддерживаются на заданном значении.During operation of the friction unit, the temperature rises, as a result of which the expansion rings expand and squeeze the sector sleeve from the DP. With increasing pressure on the sector sleeve, the hardness and elasticity of the DP increases, thereby maintaining the mechanical properties of the DP, since when heated, the hardness and elasticity of the DP decrease. On the contrary, when the temperature of the friction unit decreases, the compensating rings narrow and reduce the pressure on the sector sleeve from the DP, thereby reducing the hardness and elasticity of the DP. Since with a decrease in temperature the mechanical properties of the DP increase, the hardness and elasticity of the DP are maintained at a given value.

Отклонение от соосности вала (оси) и узла трения компенсируется боковыми перемещениями в подшипнике за счет закругления вдоль оси поверхности трения.The deviation from the alignment of the shaft (axis) and the friction unit is compensated by lateral displacements in the bearing due to rounding along the axis of the friction surface.

Стоимость подшипника из ДП на порядок ниже стоимости серийно выпускаемых самоустанавливающихся роликовых металлических подшипников. При этом их долговечность при работе на самосмазке при нагрузках менее 10 МПа может превышать долговечность роликовых подшипников.The cost of the bearing from the DP is an order of magnitude lower than the cost of commercially available self-aligning roller metal bearings. Moreover, their durability when working on self-lubrication at loads less than 10 MPa may exceed the durability of roller bearings.

Claims (2)

1. Узел трения с подшипником из прессованной древесины в виде обратной пары трения, содержащий вал (ось), на котором жестко закреплена внутренняя металлическая обойма с секторной втулкой из прессованной древесины с наружной поверхностью трения, и наружную металлическую обойму, закрепленную в корпусе узла трения с вогнутой поверхностью трения, отличающийся тем, что секторная втулка из прессованной древесины с радиальным расположением волокон, имеющая наружную сферическую поверхность трения, зажата с двух боковых сторон с предварительным усилием в поперечном сечении компенсирующими кольцами, выполненными из материала, имеющего большой коэффициент температурного расширения (например, этилен, поливинилхлорид, полиэтилен), а металлическая наружная обойма, установленная с возможностью вращения и охватывающая втулку, имеет вогнутую форму поверхности трения, закреплена в корпусе узла трения с помощью болтового или другого разъемного соединения, а также с помощью посадки с натягом.1. A friction assembly with a pressed wood bearing in the form of a reciprocal friction pair, comprising a shaft (axis) on which an inner metal cage with a sector sleeve of pressed wood with an external friction surface is rigidly mounted, and an external metal cage fixed in the case of a friction assembly with concave friction surface, characterized in that the sector sleeve of pressed wood with a radial arrangement of fibers having an outer spherical friction surface is clamped on two sides from the preliminary the force in the cross section of the compensating rings made of a material having a large coefficient of thermal expansion (for example, ethylene, polyvinyl chloride, polyethylene), and the metal outer cage, mounted for rotation and covering the sleeve, has a concave shape of the friction surface, is fixed in the case of the friction unit by means of a bolt or other detachable connection, as well as by tight fit. 2. Узел трения по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения сборки и разборки узла трения внутренняя металлическая обойма выполнена в виде полуобоймы и бокового кольца, соединенных гайкой. 2. The friction assembly according to claim 1, characterized in that in order to ensure assembly and disassembly of the friction assembly, the inner metal cage is made in the form of a semi-cage and a side ring connected by a nut.