MODERNIZATION OF THE PLAIN BEARING UNIT
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Astrakhan State Technical University
3.
Grozniy State Technical Oil University named after academician M. D. Millionschikov
Type:
Article
Pages:
from 88
to 92
Status:
Published
Received:
20.11.2017
Accepted:
25.11.2017
Published:
25.11.2017
Subject area:
UDK 629.891
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 55.42 Двигателестроение
GRNTI 55.45 Судостроение
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 55.42 Двигателестроение
GRNTI 55.45 Судостроение
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
Language:
Russian
Keywords:
plain bearing unit, permanent linear magnets, neodymium magnets, propeller shaft
Abstract (English):
The article touches upon the main problems of reliability and durability of plain bearing units. The review of literature on the constructions of plain bearing units has been given, the main shortcomings of such constructions have been revealed. A description of the modernized design of a plain bearing unit using permanent linear magnets has been presented. The characteristics of neodymium magnets are listed. The operation principle and the design of the modernized plain bearing unit have been described. Its main advantages have been listed and compared with other plain bearing units. The use of the proposed device makes it possible to increase durability and reliability of the plain bearing unit.
The article touches upon the main problems of reliability and durability of plain bearing units. The review of literature on the constructions of plain bearing units has been given, the main shortcomings of such constructions have been revealed. A description of the modernized design of a plain bearing unit using permanent linear magnets has been presented. The characteristics of neodymium magnets are listed. The operation principle and the design of the modernized plain bearing unit have been described. Its main advantages have been listed and compared with other plain bearing units. The use of the proposed device makes it possible to increase durability and reliability of the plain bearing unit.
Keywords:
plain bearing unit, permanent linear magnets, neodymium magnets, propeller shaft
plain bearing unit, permanent linear magnets, neodymium magnets, propeller shaft
Состояние проблемы Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. Они воспринимают нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на корпус машины. В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в станину машины (рис. 1). Рис. 1. Неразъемный подшипник, встроенный в станину машины: 1 - втулка; 2 - смазочная канавка; 3 - стопорный винт; 4 - станина машины Качество подшипников в значительной степени определяет надежность и долговечность машин [1]. Проблема надежности подшипниковых узлов скольжения и подшипников скольжения в частности на сегодняшний день остается все еще актуальной. В технической литературе приводятся различные способы улучшения работы подшипникового узла скольжения. Например, в [2] приведен подшипниковый узел скольжения, имеющий вал, корпус со стержневыми вкладышами и закрепленными в обойме упорными кольцами, которые фиксируют стержни в осевом направлении, в результате чего повышается надежность работы подшипникового узла в условиях высоких температур. Известен также подшипниковый узел скольжения, состоящий из корпуса, который охватывает цапфу вала, с размещенным между ними кольцевым вкладышем из ферромагнитного материала и постоянным магнитом, выполненным линейным, и размещенным в цапфе вала перпендикулярно его продольной оси [3]. При вращении вала происходит перемагничивание вкладыша, в результате чего его линейные размеры изменяются и смазка из пор выравнивается. К основным недостаткам таких подшипниковых узлов скольжения относятся их сложность, нетехнологичность, а также недостаточно коаксиальное положение вала относительно корпуса подшипника. Даже после всплытия вала с помощью масляного клина происходит восстановление некоаксиального положения вала относительно цапфы. Это приводит к интенсивному износу и разрушению втулки подшипника скольжения, что, в свою очередь, влечет за собой выход из строя судна. Решить данные проблемы позволит модернизированная конструкция подшипникового узла скольжения с использованием постоянных линейных магнитов, что увеличивает срок его службы и надежность за счет повышения износостойкости пары трения «шейка вала - вкладыш подшипника». Такое устройство может найти применение при изготовлении дейдвудных опор гребных валов судовых валопроводов. Предлагаемое решение проблемы Предлагаемый подшипниковый узел скольжения состоит из корпуса, охватывающего цапфу вала, с размещенным между ними кольцевым вкладышем, вкладыш выполнен из немагнитных материалов, на внешней поверхности корпуса и на валу установлены в продольном направлении и зафиксированы стальными ленточными хомутами постоянные линейные магниты с одинаково направленными полюсами. Чем выше напряженность магнитного поля, тем точнее происходит корректировка коаксиального положения вала. За счет этого уменьшается коэффициент трения при пуске и остановке гребного вала и снижается износ вала и подшипника. Намагниченность постоянных магнитов - в радиальном направлении, т. е. по толщине магнита. Схема направления намагниченности изображена на рис. 2. Рис. 2. Схема направления намагниченности постоянных магнитов Принцип действия постоянных магнитов заключается в следующем: одноименные полюса магнитов отталкиваются, магнитные силы воздействия зависят от расстояний между магнитами. Чем ближе одноименные полюса, тем сильнее воздействие напряженности магнитного поля. В качестве постоянных магнитов используются неодимовые магниты марки N50 [4], обеспечивающие коаксиальную корректировку положения гребного вала. Характеристики марок неодимовых магнитов приведены в таблице. Характеристики марок неодимовых магнитов Марка/ класс Остаточная магнитная индукция, мТл (кГс) Коэрцитивная сила, кА/м (кЭ) Магнитная энергия, кДж/м3 (МГс-Э) Рабочая температура, ºС N35 1170-1220 (11,7-12,2) ≥ 955 (≥ 12) 263-287 (33-36) 80 N38 1220-1250 (12,2-12,5) ≥ 955 (≥ 12) 287-310 (36-39) 80 N40 1250-1280 (12,5-12,8) ≥ 955 (≥ 12) 302-326 (38-41) 80 N42 1280-1320 (12,8-13,2) ≥ 955 (≥ 12) 318-342 (40-43) 80 N45 1320-1380 (13,2-13,8) ≥ 955 (≥ 12) 342-366 (43-46) 80 N48 1380-1420 (13,8-14,2) ≥ 876 (≥ 12) 366-390 (46-49) 80 N50 1400-1450 (14,0-14,5) ≥ 876 (≥ 12) 382-406 (48-51) 80 N52 1430-1480 (14,3-14,8) ≥ 876 (≥ 12) 398-422 (50-53) 80 33M 1130-1170 (11,3-11,7) ≥ 1114 (≥ 14) 247-263 (31-33) 100 35M 1170-1220 (11,7-12,2) ≥ 1114 (≥ 14) 263-287 (33-36) 100 38M 1220-1250 (12,2-12,5) ≥ 1114 (≥ 14) 287-310 (36-39) 100 40M 1250-1280 (12,5-12,8) ≥ 1114 (≥ 14) 302-326 (38-41) 100 42M 1280-1320 (12,8-13,2) ≥ 1114 (≥ 14) 318-342 (40-43) 100 45M 1320-1380 (13,2-13,8) ≥ 1114 (≥ 14) 342-366 (43-46) 100 48M 1380-1420 (13,8-14,3) ≥ 1114 (≥ 14) 366-390 (46-49) 100 50M 1400-1450 (14,0-14,5) ≥ 1114 (≥ 14) 382-406 (48-51) 100 30H 1080-1130 (10,8-11,3) ≥ 1353 (≥ 17) 223-247 (28-31) 120 Продолжение табл. Марка/ класс Остаточная магнитная индукция, мТл (кГс) Коэрцитивная сила, кА/м (кЭ) Магнитная энергия, кДж/м3 (МГс-Э) Рабочая температура, ºС 33H 1130-1170 (11,3-11,7) ≥ 1353 (≥ 17) 247-271 (31-34) 120 35H 1170-1220 (11,7-12,2) ≥ 1353 (≥ 17) 263-287 (33-36) 120 38H 1220-1250 (12,2-12,5) ≥ 1353 (≥ 17) 287-310 (36-39) 120 40H 1250-1280 (12,5-12,8) ≥ 1353 (≥ 17) 302-326 (38-41) 120 42H 1280-1320 (12,8-13,2) ≥ 1353 (≥ 17) 318-342 (40-43) 120 45H 1320-1380 (13,2-13,8) ≥ 1353 (≥ 17) 326-358 (43-46) 120 48H 1380-1420 (13,8-14,3) ≥ 1353 (≥ 17) 366-390 (46-49) 120 30SH 1080-1130 (10,8-11,3) ≥ 1592 (≥ 20) 233-247 (28-31) 150 33SH 1130-1170 (11,3-11,7) ≥ 1592 (≥ 20) 247-271 (31-34) 150 35SH 1170-1220 (11,7-12,2) ≥ 1592 (≥ 20) 263-287 (33-36) 150 38SH 1220-1250 (12,2-12,5) ≥ 1592 (≥ 20) 287-310 (36-39) 150 40SH 1240-1280 (12,4-12,8) ≥ 1592 (≥ 20) 302-326 (38-41) 150 42SH 1280-1320 (12,8-13,2) ≥ 1592 (≥ 20) 318-342 (40-43) 150 45SH 1320-1380 (13,2-13,8) ≥ 1592 (≥ 20) 342-366 (43-46) 150 28UH 1020-1080 (10,2-10,8) ≥ 1990 (≥ 25) 207-231 (26-29) 180 30UH 1080-1130 (10,8-11,3) ≥ 1990 (≥ 25) 223-247 (28-31) 180 33UH 1130-1170 (11,3-11,7) ≥ 1990 (≥ 25) 247-271 (31-34) 180 35UH 1180-1220 (11,7-12,2) ≥ 1990 (≥ 25) 263-287 (33-36) 180 38UH 1220-1250 (12,2-12,5) ≥ 1990 (≥ 25) 287-310 (36-39) 180 40UH 1240-1280 (12,4-12,8) ≥ 1990 (≥ 25) 302-326 (38-41) 180 28EH 1040-1090 (10,4-10,9) ≥ 2388 (≥ 30) 207-231 (26-29) 200 30EH 1080-1130 (10,8-11,3) ≥ 2388 (≥ 30) 233-247 (28-31) 200 33EH 1130-1170 (11,3-11,7) ≥ 2388 (≥ 30) 247-271 (31-34) 200 35EH 1170-1220 (11,7-12,2) ≥ 2388 (≥ 30) 263-287 (33-36) 200 38EH 1220-1250 (12,2-12,5) ≥ 2388 (≥ 30) 287-310 (36-39) 200 Минимальное количество магнитов - по 8 шт. на корпусе подшипника и на валу. Длина магнита на валу и на корпусе равна длине корпуса подшипника. Ширина и высота выбираются в зависимости от размеров подшипника и гребного вала, т. к. «сила на отрыв» зависит не только от физических характеристик магнита, но и от размеров и веса взаимодействующих с магнитом деталей. На рис. 3 изображены постоянные линейные неодимовые магниты марки N50. Рис. 3. Постоянные линейные неодимовые магниты марки N50 Описание изобретения На рис. 4 изображено предлагаемое устройство (вид в разрезе). Устройство имеет корпус 1 с кольцевым вкладышем 2 из немагнитных материалов, установленный на валу 3, постоянные линейные неодимовые магниты 4, установленные и закрепленные с помощью стальных ленточных хомутов 5 на внешней поверхности корпуса подшипника 1 и на валу 3. Рис. 4. Подшипниковый узел скольжения с постоянными линейными магнитами: 1 - корпус; 2 - вкладыш; 3 - гребной вал; 4 - постоянные линейные неодимовые магниты; 5 - стальные ленточные хомуты Устройство работает следующим образом: вал 3 с помощью электродвигателя (на чертеже не показан) приводится в движение. При движении вала относительно корпуса подшипника 1 магнитное поле корректирует коаксиальное положение вала. При увеличении скорости вращения гребного вала под действием гидродинамического давления жидкостной смазки возникает гидродинамический клин, способствующий всплытию вала и стремлению его к симметричному положению относительно центра корпуса подшипника. Распределение гидродинамического давления в подшипнике изображено на рис. 5. а б Рис. 5. Эпюра распределения гидродинамического давления в подшипнике: а - по окружности; б - по длине [5] Выводы 1. Применение в конструкции подшипникового узла скольжения постоянных линейных неодимовых магнитов создает условия для более быстрого всплытия вала и стремления его к коаксиальному положению. 2. Чем выше напряженность магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, тем точнее происходит корректировка коаксиального положения вала. 3. Использование предлагаемого устройства позволит повысить долговечность и надежность подшипникового узла скольжения за счет повышения износостойкости пары трения «шейка вала - вкладыш подшипника».
1. Kuklin N. G., Kuklina G. S. Detali mashin: ucheb. M.: Vysshaya shkola, 1987. 383 s.
2. Pat. SSSR № 836403, MPK F 16 S 17/02. Podshipnikovyy uzel skol'zheniya / Bogdanov E. N., Komarov L. N., Medvedev L. F. № 2794787/25-27; zayavl. 12.07.1979; opubl. 07.06.1981, Byul. № 21.
3. Pat. SSSR № 2078259, MPK F16C33/10. Podshipnikovyy uzel skol'zheniya / Melikov E. N., Lazaryan A. L. № 4804269/27; zayavl. 07.02.1990; opubl. 27.04.1997.
4. Marka neodimovyh magnitov. URL: http://24magnet.ru/novosti/marka_magnitov/.
5. Guzenkov P. G. Detali mashin: ucheb. dlya vuzov. M.: Vysshaya shkola, 1986. 359 s.
