Казалось бы, в этой области механики трудно придумать что-нибудь новое: в узлах трения машин и приборов испокон веку применяются подшипники двух основных видов — шариковые или роликовые (качения) и втулочные или вкладышевые (скольжения). Не только устройство, но и материалы их традиционны: сталь, баббит, бронза, текстолит, специальный чугун.
Однако на Выставке достижений народного хозяйства СССР большой интерес новаторов производства вызвали новые виды подшипников скольжения, отмеченные целой серией авторских свидетельств. Их представил на ВДНХ СССР Институт механики металлополимерных систем Академии наук Белорусской ССР — один из участников большой экспозиции, посвященной 250-летию Академии наук СССР.
Научные сотрудники института применили для разработки подшипников современные материалы — пластмассы и получили совершенно новый комплекс свойств, отсутствовавших у прежних конструкций.
Сегодня мы знакомим молодых новаторов из отрядов НТТМ, энтузиастов внедрения новой техники с этими экспонатами ВДНХ СССР, открывающими большие возможности и резервы в экономии дефицитных металлов, повышении долговечности и надежности конструкций самых различных машин и приборов.
«КАЧЕЛИ» ТРЕНИЯ
Он словно техническая головоломка: и на вал не насажен, и в кольцо корпуса не запрессован — и в то же самое время про него можно с полным основанием сказать и первое, и второе.
Называется этот подшипник «самопроворачивающимся» (рис. 1). Он представляет собой полиамидную втулку с продольными внешними и внутренними канавками, которая устанавливается между валом и корпусом подшипника. Посадка скользящая, с небольшими зазорами. В этих зазорах и свойствах полиамидной пластмассы кроется главный секрет подшипника. А заключается он вот в чем.
Рис. 1. Самопроворачивающийся подшипник:
1 — полиамидная втулка; 2 — вал; 3 — корпус подшипника; е — зазор между втулкой и корпусом; е1 — зазор между втулкой и валом.
В начальный период работы этого узла скольжение происходит по внутренней поверхности втулки: она неподвижно упирается в корпус, и в ней скользит, вращаясь, вал — «работает» зазор «е1» (см. рис. 1). Но вот от трения температура внутренних поверхностей втулки возрастает, происходит их расширение, зазор «е1» исчезает — втулка «схватывается» с валом и начинает вращаться вместе с ним, скользя своей внешней поверхностью внутри корпуса подшипника: «заработал» зазор «е».
В этом режиме вращение идет также до критического нагрева трущейся наружной поверхности втулки, и то время как внутренняя, «прижавшись» к валу, остывает. Снова наступает момент смены трущихся пар: втулка «упирается» в корпус подшипника, а вал получает возможность вращаться внутри ее.
Смена режимов работы полиамидного подшипника происходит, таким образом, автоматически, чередуясь в этих своеобразных «качелях» трения в зависимости от нарастания или снижения температуры в зоне трущихся поверхностей.
Такое чередование способствует отводу излишков тепла с подшипника через металлические элементы: то на вал, то на корпус. Благодаря этому увеличивается износостойкость и долговечность подшипника, который может успешно работать без смазки.
ЗАМОК ИЗ «ЛЕПЕСТКОВ»
Чтобы повысить технологичность сборки и разборки узла трения, в котором в качестве подшипника используется полиамидная втулка, белорусские ученые предложили оригинальную ее конструкцию, исключающую необходимость запрессовки или использования каких-либо упоров, ограничительных шайб и других вспомогательных деталей.
Рис. 2. Самофиксирующийся подшипник:
1 — полиамидная втулка; 2 — секционно-лепестковый бортик; 3 — сплошной ограничительный бортик; 4 — корпус узла трения с подшипником (в сборе).
Для фиксации втулки в узлах трения и предотвращения ее осевого смещения этот полиамидный цилиндр имеет два торцовых ограничительных бортика. Один из них — с проточкой и прорезями, которые делят его на отдельные секторы, соединяющиеся с рабочей частью эластичными ножками — «лепестками». Сжатый до минимального диаметра, такой секционно-«лепестковый» бортик свободно проходит посадочное место. С легким щелчком «лепестки» распрямляются, минуя край корпуса, и, словно замок, защелкиваются снаружи, образуя второй бортик. За счет этого обеспечивается надежная фиксация втулки в корпусе узла трения.
«МЯГКИЙ» ПОДШИПНИК
Среди пластмасс с небольшим коэффициентом трения и высокой износостойкостью поликапроамид самый упругий. Это его качество было успешно использовано для создания необычного «мягкого» подшипника скольжения. Он незаменим для быстро вращающихся валов, где по условиям работы требуется высокая демпфирующая способность узла трения.
Амортизационные свойства подшипника усиливаются особенностями его конструкции. Она довольно проста, несмотря на кажущуюся сложность: такой подшипник может быть изготовлен в обычной пресс-форме.
Рис. 3. Демпфирующий поликапроамилный подшипник.
Его корпус образует два кольца. Внутреннее разрезано на несколько секторов, каждый из которых соединен с наружным кольцом зигзагообразной ножкой, имеющей разную толщину. Такое устройство позволяет компенсировать большие динамические воздействия во всех направлениях. Кроме того, посаженный без зазора, «внатяг», «мягкий» подшипник благодаря пружинящим ножкам несущих секторов будет, несмотря на частичный износ трущейся поверхности, так же плотно облегать вал.
При работе без смазки можно на вал установить лопасти: прогоняя воздух через подшипник, они будут обеспечивать его охлаждение.
СОЮЗ ДЕРЕВА И ПОЛИМЕРА
Они напоминают браслеты: в желтоватое, словно слоновая кость, кольцо из полимера темно-коричневыми квадратиками инкрустации «врезаны» небольшие брусочки дерева. Такие наборные подшипники наиболее эффективны в крупногабаритных узлах трения, особенна там, где есть контакт с абразивно-агрессивными средами и где другие материалы оказываются недолговечными.
Подшипники состоят из деревянных вкладышей, обращенных торцом к рабочей поверхности и скрепленных термопластичным полимером: отходы капрона, поли-
формальдегида, полипропилена. Вкладыши изготовлены также из отходов деревообрабатывающих производств, поэтому подшипники получаются намного дешевле традиционных, а служат дольше. Немаловажно, что их конструкция позволяет упростить и автоматизировать производство, а значит, увеличить производительность труда.
Рис. 4. Наборные подшипники из дерева и полимера.
В институте разработана и технология изготовления целиком деревянных подшипников. Здесь создан для этого специальный материал АПД-1, представляющий собой прессованную древесину, наполненную в горячем виде тугоплавкой смазкой из моторного масла и порошка полиэтилена. Такая пропитка, заполняя капиллярную систему заготовки, резко повышает термостабильность антифрикционвых свойств древесины. Подшипники из материала АПД-1 работают на самосмазке.
На гомельских предприятиях, например, новые подшипники используются в узлах трения различных транспортеров вместо шарикоподшипников № 204. Это упростило конструкцию узла, сделало ненужными крышку и корпус подшипника, что экономит по две с половиной тонны металла на каждой тысяче подшипников. Срок службы узла увеличился в 2 раза.
Производство подшипников скольжения из материала АПД-1 может быть организовано на любом лесозаготовительном, деревообрабатывающем и аналогичных им предприятиях из брусковых отходов производства, чти даст немалый экономический эффект.
Л. П. ИВЕРШИНА
