необходимый зазор, во внутреннее кольцо его, изготовленное из закаленной стали и не имеющее лысок и канавок, впрессовывается с заданным натягом стальной закаленный стержень 4. В трубчатую заготовку 2 наружного кольца подшипника, изготовляемую из незакаленной хорошо обрабатываемой давлением стали, вставляется свертная втулка 3 из металлофторопластовой ленты, а затем внутреннее кольцо с запрессованным в него стержнем. Собранная таким образом заготовка подшипника помещается в матрицу 1 специального штампа и производится осаживание наружного кольца и металлофторопластовой втулки по торцам двумя кольцевыми пуансонами б и 7. В процессе осадки металл наружного кольца и втулки заполняет свободное пространство между сферической поверхностью внутреннего кольца и исходной цилиндрической поверхностью свертной металлофторопластовой втулки. Металлофторопластовый антифрикционный слой при этом плотно прижимается к сферической поверхности внутреннего кольца. Матрица при этом играет роль калибрующего кольца, обеспечивая необходимые размер л качество поверхности внешней посадочной поверхности наружного кольца подшипника. Затем подшипник выпрессовывается из матрицы, а стержень - из внутреннего кольца подшипника.

Для снижения износа шарнирных подшипников из металлофторопластовой ленты рабочую поверхность вкладышей до обжатия подвергали упрочняющей обработке специальными разгла-живающе-упрочняющими протяжками [44]. Предварительно на " металлофторопластовой ленте снимали приработочный слой и незначительную часть гранул бронзы (самые верхушки). Натяг при протягивании составлял 0,08 мм. Износ изготовленных из прошедших такую обработку втулок шарнирных подшипников ШАН-12 на базе 10 ООО дв. ходов {р = 2 кгс/мм*, У = 0,1 м/с) оказался в 3,5 раза ниже, чем у подшипников с полностью сохраненным прнработочным слоем.

Для изготовления шарнирных сферических подшипников с неразрезной металлофторопластовой втулкой можно применять индивидуально изготовляемые трубчатые втулки.

Возможен также и другой способ изготовления неразъемных шарнирных сферических подшипников (разработан Р. Б. Большаковым, Н. Н. Головачевым, П. Т. Сулаевым, Ю. С. Щетининым), основанный не на сжатии наружного кольца вдоль оси, а на обжатии его в радиальном направлении при проталкивании через калибрующую матрицу (рис. 44). Как и в описанном выше способе, для обеспечения необходимого зазора в подшипнике во внутренее кольцо 2 со сферической рабочей поверхностью, изготовленное из закаленной стали, впрессовывается с заданным натягом закаленный стальной стержень 1. Стержень с кольцом помещают на оправку (или пуансон) 3. На внутреннее кольцо подшипника надевают металлофторопластовую неразрезную, заготовку 4 наружного кольца подшипника. Диаметр внутреннего цилиндрического

отверстия ЭТОЙ заготовки, покрытого бронзофторопластовым слоем, равен диаметру сферы внутреннего кольца. Наружная поверхность заготовки представляет собой поверхность вращения сложной формы, рассчитанной или подобранной таким образом, чтобы при обжатии в радиальном направлении внутренняя антифрикционная поверхность приняла форму сферы (соответствующей сферической рабочей поверхности внутреннего кольца), а наружная - цилиндра. Заготовка обжимается при проталкивании собранного полуфабриката подшипника на пуансоне 3 через матрицу (или фильеру) 5. После операции деформирования подшипник со стержнем снимаются с пуансона, стержень выпрессовывается из внутреннего кольца подшипника и на наружном кольце снимаются фаски.

Описанные выше способы приводят к одному и тому же результату-получению неразъемных металлофторопластовых шарнирных подшипников скольжения. Однако схема деформации и напряженное состояние в процессе деформирования различны. Это должно приводить к различному упругому восстановлению формы при снятии деформирующей силы (что, в свою очередь, сказывается на величине и равномерности зазора), и к различным остаточным напряжениям, могущим сказаться на изменении величины зазора, особенно при работе подшипников при повышенных температурах.

А. п. Семенов, Ю. Э. Савинский

ГЛАВА V

Служебные свойства металлофторопластовых подшипников при колебательном движении

1. Общие сведения об условиях работы

Одно из первых применений металлофторопластовых подшипников в СССР связано с их использованием в шарнирных соединениях авиационных конструкций, в частности, в шарнирах несущей системы вертолета. По насыщенности узлами трения, работающими в режиме колебательного движения под воздействием высоких статических и динамических нагрузок, несущая система вертолета является уникальным инженерным устройством. Механическая сложность этой системы является следствием многообразия функций, выполняемых ею. Несущий винт вертолета создает подъемную силу, подобно тому как на самолете ее создает крыло; он также является движителем, роль которого на самолете выполняет тянущий винт или реактивный двигатель; наконец, несущий винт обеспечивает силы и моменты, необходимые для управления движением летательного аппарата. По условиям устойчивости, управляемости и динамической прочности лопасти несущего винта обычно крепят к валу при помощи так называемых горизонтального, вертикального и осевого шарниров, как показано на рис. 45. Горизонтальный 4 и вертикальный 1 шарниры позволяют лопасти 2 совершать свободные маховые движения соответственно в плоскостях тяги и вращения несущего винта, а осевой шарнир 3 служит для управления углом установки лопасти . Принудительное колебательное движение осевому шарниру сообщается посредством кинематической системы, включающей в себя качалки, тяги и автоматы-перекоса, служащие для передачи управляющих движений между вращающимися относительно друг друга агрегатами.

Некоторое представление о конструкции несущей системы соосного вертолета можно получить по рис. 46, на котором изображена несущая система серийного вертолета Ка-26 конструкции Н. И. Камова. Она состоит из двух трехлопастных несущих винтов, вращающихся в противоположных направ-

Рис. 45. Схема крепления лопасти ко втулке несущего винта

Рис. 46. Несущая система соосного вертолета

лениях. Шесть лопастей крепятся к валам с помощью 18 шарниров. Еще 12 шарниров служат для крепления шести гидравлических демпферов, тормозящих движение лопастей относительно вертикальных шарниров. Управление осевыми шарнирами состоит из двух автоматов-перекоса, двух ползушек с шестью парами качалок, механизма общего и дифференциального шага (на рисунке не показан) и значительного числа шарнирно опертых тяг. В режиме колебательного движения работают также шлиц-шарниры, соединяющие ступицы валов с ползушками и автоматами- перекоса, узлы подвески автоматов-перекоса и некоторые дру-, гие элементы. Для обеспечения подвижности указанных сопряжений требуется до 200 подшипников и более. -

Качательное или возвратно-поступательное движение перечисленных шарнирных соединений происходит с основной частотой, равной 4-6 Гц (определяется частотой вращения несущих винтов; имеются также незначительные наложения движений с более высокими частотами). Для большинства шарниров, в том числе, горизонтальных и осевых, типичная амплитуда качаний лежит в диапазоне значений а = 2-6°. Исключение составляет вертикальный шарнир, движение относительно которого происходит с угловой амплитудой порядка 0° 10-0° 30 и обычно не превышает 1°, Для шарниров крепления лопасти к валу характерными являются высокие статические удельные нагрузки {р = - 300-400 кгс/см*), действующие на подшипники, поскольку эти шарниры воспринимают центробежные силы, развиваемые лопастями при их вращении. Соответственно, для горизонтального и осевого шарниров величина произведения удельной нагрузки на амплитудное значение скорости скольжения достигает 15- 20 кгс/см* м/с. Среднее эксплуатационное значение pV подшипников вертикального шарнира обычно не превышает 1,5 кгс/см*-м/с. Шарниры системы управления лопастями (кроме осевых шарниров) работают под воздействием значительных динамических нагрузок (удельная нагрузка на подшипники до 100 ± 100 кгс/см*) с угловой амплитудой качаний 2-3°. Амплитудные значения произведения удельной нагрузки на скорость скольжения подшипников этих шарниров имеют порядок 1- 2 кгс/см* - м/с.

Использование в передающих колебательное движение сопряжениях несущей системы подшипников качения и шарнирных подшипников типа ШС связано с необходимостью введения в конструкцию многочисленных смазочных устройств и герметизирующих уплотнений. Смазочные канавки и резьбовые отверстия для масленок в силовых деталях, являясь концентраторами напряжений, существенно снижают усталостную прочность конструкции, а неисправности масленок и засорения маслопроводных отверстий понижают ее эксплуатационную надежность. Склонность подшипников качения, работающих в колебательном режиме при небольших относительных смещениях тел качения, к развитию в них явлений фреттинг-коррозии и ложного бринеллирования вынуждает увеличивать пх размеры, а стало быть, и массу шарниров. Во многих шарнирных соединениях несущей системы определенный уровень сил трения выполняет полезную роль. Так, трение в вертикальных шарнирах необходимо для обеспечения устойчивости вертолета по отношению к инерционным автоколебаниям типа «земной резонанс». Трение в осевом шарнире и в шарнирах системы управления лопастями повышает запас устойчивости несущего винта от аэродинамических автоколебаний типа «флаттер». По указанным причинам применение в шарнирах несущей системы вертолета, а также в шарнирах ряда других систем, выдерживающих большие удельные нагрузки, не требующих 116

смазки и обладающих высокими демпфирующими свойствами металлофторопластовых подшипников во многих случаях может оказаться целесообразным [45, 46, 47].

Для исследования служебных свойств металлофторопластовых подшипников применительно к тяжелонагруженным узлам трения колебательного движения было освоено индивидуальное производство этих подшипников по технологии, основы которой разработаны в Государственном научно-исследовательском Институте машиноведения. Несколько позднее на базе этих разработок было налажено производство свертных металлофторопластовых втулок на Климовском машиностроительном заводе. Здесь в основном приведены полученные нами результаты исследования металлофторопластовых подшипников индивидуального производства. (В проведении экспериментов творческое участие принимали инженеры В. С. Альтфельд и Н. Г. Демин).

2. Конструкции узлов трения, строение и прочностные свойства металлофторопластового материала

Конструкция. Используемые в качестве радиальных подшипников неразрезные цилиндрические втулки имеют внутреннюю или наружную рабочую поверхность или внутреннюю и наружную рабочие поверхности. Втулки с внутренней рабочей поверхностью, работающие в режиме качательного движения со значительными угловыми амплитудами (до 15°) устанавливаются в корпус по прессовой посадке. В остальных случаях втулки устанавливаются в корпус или на вал с зазором, причем устройств, предотвращающих проворачивание подшипника относительно корпуса или вала, не предусматривается. Испытывавшиеся втулки имели минимальные размеры Dxdx/= 13x10x10 мм и максимальные - 78x70x100 мм и величину диаметрального зазора между рабочими поверхностями в пределах 0,03-0,07 мм. Эллипсность и конусность подшипников не превышали 0,02 мм. Сопряженные детали изготовляли из легированных сталей ЗОХГСА и 12ХНЗА и подвергали термической обработке до твердости HRC 40-60, а их рабочие поверхности, как правило, шлифовали.

Используемые в качестве подпятников плоские шайбы имеют рабочую поверхность с одной или с обеих сторон. Для испытаний на лабораторной установке использовали шайбы с одной рабочей поверхностью, при этом их устанавливали в соответствующее приспособление с натягом, предотвращающим проворачивание. В натурных узлах применяются плавающие шайбы, имеющие рабочую поверхность с обеих сторон. Испытывавшиеся шайбы имели минимальные размеры Dxdxh= 10x6x2 мм и максимальные 118x75x2 мм. Сопряженные детали изготовляли в основном из легированных сталей ЗОХГСА или ШХ15, термически обрабатывали до твердости HRC 40-60, а их рабочие поверхности полировали.