Патент на изобретение №2320907

(54) НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ РОЛИКОВЫЙ ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области судостроения, машиностроения и предназначено для обеспечения работы вращающихся валов в агрессивных средах, содержащих значительное количество механических и абразивных примесей. Неметаллический роликовый подшипник качения состоит из сепаратора и установленных в нем полимерных роликов. Причем ролики выполнены из двух слоев однородных материалов, например резин, – внутреннего твердого стержня и внешней мягкой оболочки, связанных между собой на химическом уровне в процессе полимеризации. Технический результат: создание роликов подшипника качения, которые обладают высокой износостойкостью при работе в среде с высоким содержанием абразива и также высокой нагрузочной способностью и надежностью. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения, машиностроения и предназначено для обеспечения работы вращающихся валов в агрессивных средах, содержащих значительное количество механических и абразивных примесей.

Известен неметаллический роликовый подшипник качения, описанный в патенте RU №2115038, F16C 19/22, опубл. 10.07.1998. Ролики этого известного подшипника выполнены из двух различных материалов, связанных между собой клеевым слоем и обладающих разными физико-механическими свойствами. Наружная часть каждого из роликов выполнена из упругого антифрикционного материала, например фторопласта, а внутренняя часть – из высокопрочного конструкционного материала, например стеклопластика. Эти ролики обладают высокой химической стойкостью и позволяют использовать в качестве смазки и для охлаждения прокачиваемую жидкость. Упругий внешний слой позволяет уменьшить воздействие абразивных частиц на контактирующие поверхности и тем самым уменьшить их износ. К сокращению ресурса таких роликов приводит разрушение при воздействии циклических нагрузок клеевого соединения внешней и внутренней частей ролика, так как такое соединение является недостаточно надежным в условиях вибрации, термических напряжений из-за различия коэффициентов температурного расширения (КТР) сопрягаемых материалов, циклических нагрузок и больших скоростей в процессе работы механизма.

Известен также неметаллический роликовый подшипник, описанный в Научно-техническом сборнике «ЦНИИ материалов – 90 лет в материаловедении», ФГУП «ЦНИИ материалов», 2004, вып. №2, изд. Политехнического университета, Санкт-Петербурга, ролики которого представляют собой обрезиненные капролоновые оси. Резиновая обкладка роликов соединяется с капролоновой осью путем склеивания. Существенным недостатком этих известных роликов является нарушение сплошности (отслоение) резинового слоя при длительной работе в условиях циклических нагрузок. Одной из причин отслоения наружного слоя служит значительное различие коэффициентов теплового расширения совмещаемых материалов в условиях неравномерного и пониженного теплоотвода – в зоне контакта материалов при работе (нагреве) возникают дополнительно значительные термические напряжения, приводящие в итоге к отслаиванию оболочки от сердечника.

Известны также неметаллические роликовые подшипники качения, ролики которых целиком выполнены из полимерных материалов, например полиуретана, резины и т.п.

Так, например, известен неметаллический роликовый подшипник качения, состоящий из сепаратора и установленных в нем роликов, принятый за прототип и описанный в ж.Морской вестник, №3(15), 2005, с.65. Ролики этого известного подшипника выполнены из резинового монолита и отличаются высокой износо-, масло- и бензостойкостью.

Однако и этот подшипник имеет ряд недостатков. При использовании в качестве материала роликов твердых резин, например ИРП-1394, 51-1574 (см. Приложение №1, ТУ 38 1051082-86 «Смеси резиновые невулканизированные товарные»), работа подшипника в абразивосодержащих средах сопровождается заметным износом роликов. На их поверхности образуется большое количество выбоин и рисок от попавших на них абразивных частиц. Эти риски, являясь концентраторами напряжений, приводят к разрушению роликов и, соответственно, к выходу подшипника из строя.

Использование же в качестве материала для роликов более мягких резин, таких как ИРП-1352, 51-2091 (см. то же ТУ 38 1051082-86), увеличивает износостойкость в условиях абразивосодержащих сред, так как при контакте абразивная частица не внедряется в материал, то есть не оставляет следа. Но такие ролики обладают низкой нагрузочной способностью и их нельзя использовать в механизмах, где не допускаются большие отклонения оси вала.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание такого роликового подшипника качения, ролики которого обладали бы высокой износостойкостью при работе в среде с высоким содержанием абразива и вместе с тем обладали бы высокой нагрузочной способностью и надежностью.

Эта задача решается тем, что в неметаллическом роликовом подшипнике качения полимерные ролики выполнены из двух однородных материалов, например резин, – внутреннего твердого стержня и мягкой оболочки, связанных между собой на химическом уровне в процессе совместной вулканизации.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено поперечное сечение резинового ролика подшипника.

Ролик выполнен из двух слоев химически однородных полимерных материалов, например резин, – твердого стержня 1 и мягкой оболочки 2, связанных между собой в области контакта 3 посредством взаимопроникающих полимерных сеток, образующихся в результате полимеризации в процессе совместной вулканизации.

Подшипник работает следующим образом.

Предлагаемая конструкция роликов имеет податливый наружный слой, уменьшающий контактную нагрузку и имеющий увеличенную износостойкость. При этом внутренний твердый слой является несущей стержневой основой ролика, воспринимающей основную нагрузку. При попадании в зону контакта абразивной частицы размером не более толщины наружного слоя ролик обкатывает эту частицу со значительно меньшим давлением.

Благодаря податливости верхнего слоя роликов установка их в окна сепаратора осуществляется путем нажима на ролик. При этом ролик, слегка деформируясь, входит в окна сепаратора и встает на место.

Податливость и износостойкость наружного слоя ролика позволяет снизить воздействие абразивных частиц на контактирующие детали, то есть способствует малому износу узла трения, что приводит к увеличению ресурса подшипника в целом при работе в средах, содержащих абразивные частицы.

Мягкий верхний слой ролика обеспечивает бесшумность и плавность работы подшипника.

Формула изобретения

Неметаллический роликовый подшипник качения, состоящий из сепаратора и установленных в нем полимерных роликов, отличающийся тем, что ролики выполнены из двух слоев однородных материалов, например резин, внутреннего твердого стержня и внешней мягкой оболочки, связанных между собой на химическом уровне в процессе полимеризации.

РИСУНКИ