Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Изложены основные проблемы надежности и долговечности подшипниковых узлов скольжения. Приведен обзор литературы о конструкциях подшипниковых узлов скольжения, выявлены основные недостатки таких конструкций. Дано описание модернизированной конструкции подшипникового узла скольжения с использованием постоянных линейных магнитов. Перечислены характеристики марок неодимовых магнитов. Описаны принцип действия и конструкция модернизированного подшипникового узла скольжения. Перечислены его основные преимущества по сравнению с другими подшипниковыми узлами скольжения. Использование предлагаемого устройства позволяет повысить долговечность и надежность подшипникового узла скольжения.

Ключевые слова:
подшипниковый узел скольжения, постоянные линейные магниты, неодимовые магниты, гребной вал
Текст
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».
Список литературы

1. Куклин Н. Г., Куклина Г. С. Детали машин: учеб. М.: Высшая школа, 1987. 383 с.

2. Пат. СССР № 836403, МПК F 16 С 17/02. Подшипниковый узел скольжения / Богданов Е. Н., Комаров Л. Н., Медведев Л. Ф. № 2794787/25-27; заявл. 12.07.1979; опубл. 07.06.1981, Бюл. № 21.

3. Пат. СССР № 2078259, МПК F16C33/10. Подшипниковый узел скольжения / Меликов Э. Н., Лазарян А. Л. № 4804269/27; заявл. 07.02.1990; опубл. 27.04.1997.

4. Марка неодимовых магнитов. URL: http://24magnet.ru/novosti/marka_magnitov/.

5. Гузенков П. Г. Детали машин: учеб. для вузов. М.: Высшая школа, 1986. 359 с.