ПОДШИПНИК Российский патент 1996 года по МПК F16C33/14 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к подшипникам, выполненным с деталями из полимерных материалов, работающим при воздействии повышенных температур, агрессивных сред и высоких скоростях.

В известных подшипниках скольжения с использованием полимерного материала может быть изготовлена втулка (вкладыш) или подпятник. В шарнирных подшипниках с использованием полимерного материала могут быть изготовлены внутреннее и/или наружное кольца.

В подшипниках качения с использованием полимерных материалов могут быть изготовлены внутренние и наружные кольца, тела качения (шарики или ролики), размещенные между кольцами, сепаратор массивной или корончатой конструкции, содержащий гнезда под тела качения, разделяющий и удерживающий их на определенном расстоянии друг от друга.

При этом подшипник или его детали изготавливаются полностью либо частично из пластмассы, либо выполнены с антифрикционным покрытием полиамидом (1).

Основной недостаток известных подшипников с полиамидными элементами состоит в ухудшении характеристик в условиях длительной работы при температурах, превышающих 120^oС, и при непрерывном воздействии агрессивных сред, в частности масел, а также высоких скоростей (1, с.127).

Задачей настоящего изобретения является повышение стойкости подшипников и их деталей из полиамида к воздействию повышенных температур, агрессивных сред (масел) и высоких скоростей.

Поставленная цель достигается тем, что в подшипнике, содержащем неподвижные и/или подвижные детали, по крайней мере одна из которых выполнена с использованием полиамидного материала, последний образован радиационно-сшитым сетчатым полиамидом, обладающим равновесным модулем высокоэластичности, равным 2-150 МПа. Сшитые сетчатые полиамиды могут быть образованы полиамидом 6 или полиамидом 66, или полиамидом 610, или полиамидом 12, предпочтительно полиамидом 66.

Радиационно-сшитый сетчатый полиамид с равновесным модулем высокоэластичности 2-150 МПа получают путем радиационной обработки ионизирующим излучением полиамида, содержащего 1,0-5,0 мас. сшивающей добавки, предпочтительно аллилового типа (например, диаллиловый эфир изофталевой кислоты), и при необходимости наполнителя.

В качестве источника ионизирующего излучения могут быть использованы электронная пушка, изотопный источник гамма-излучения и др. предпочтительно использование ускоренных электронов; при этом облучение осуществляют при комнатной температуре дозой 1-10 Мрад.

Равновесный модуль определяют при температуре, превышающей температуру плавления кристаллической фазы полиамида на 20-25^oС.

Сшитые сетчатые полиамиды могут быть образованы вышеуказанными полиамидами, наполненными необходимым количеством различных наполнителей.

В качестве неорганических наполнителей могут быть применены дисперсные и волокнистые наполнители разной химической природы: металлы и их сплавы (например, медь, никель, вольфрам, молибден, алюминий, бронза и др.), окислы металлов (например, двуокись титана, окись цинка), силикаты (например, тальк, каолин, волластонит и др.), карбиды (например, карбид кремния), нитриды (например, нитрид бора, нитрид титана), сульфиды (например, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама), сульфаты (например, сульфат бария), графит, сажа, стеклосферы, стекловолокно, углеволокно, металлические волокна (например, медное волокно) или их различные комбинации.

В качестве органических наполнителей могут быть использованы полиэтилен, пентапласт, фторполимеры (предпочтительно фторопласт-4), полиацетали (например, поливинилфурфураль), порошкообразные фенольные смолы, порошкообразные кремнийорганические смолы, арамидные волокна (например, "Терлон") или их смеси.

Указанные выше наполнители могут быть добавлены в случае необходимости как для увеличения твердости деталей подшипника и улучшения стабильности размеров, так и для изменения триботехнических характеристик.

Стекловолокно (СВ) является одним из оптимальных наполнителей для полиамидов в соответствии с настоящим изобретением. Возможно использование как короткого рубленого стекловолокна с длиной волокна от 0,5 до 10 мм и диаметром волокна от 5 до 20 мкм, так и непрерывного волокна того же диаметра.

Стекловолокно добавляется в количестве от 0 до 50 мас. предпочтительно от 10 до 45 мас. к общей массе полимерной композиции. Добавление менее 10 мас. стекловолокна не обеспечивает в большинстве случаев применения необходимого упрочнения, и, следовательно, необходимых механических свойств и теплостойкости; введение более 50 мас. стекловолокна снижает способность материала к деформации, что создаст трудности, связанные с формовочными операциями и обуславливает растрескивание (разрыв) деталей подшипника.

Полимерные композиции в соответствии с настоящим изобретением могут содержать также стабилизаторы, смачивающие агенты, поверхностные модификаторы, красители, антистатики и другие целевые добавки.

Не требуется какого-либо специального порядка смешения ингредиентов - пригоден любой известный способ с использованием одно- или двухшнековых экструдеров, вальцевых смесителей и т.п.

Подшипник в соответствии с заявленным решением может быть выполнен: в виде подшипника качения, в котором кольца и/или сепаратор, и/или тела качения выполнены из радиационно-сшитого полиамида, при этом телами качения могут быть шарики либо ролики любой формы (например, бочкообразной, цилиндрической, конической, игольчатой); в виде подшипника скольжения с втулкой (вкладышем) или подпятником из радиационно-сшитого полиамида.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 показан подшипник, содержащий внутреннее и наружное кольца 1 и 2, размещенные между ними тела качения 3 и сепаратор 4, удерживающий их на определенном расстоянии друг от друга, выполненный из радиационно-сшитого сетчатого полиамида; на фиг.3 - подшипник, содержащий внутреннее и наружное кольца 1 и 2, выполненные из радиационно-сшитого сетчатого полиамида, размещенные между ними тела качения 3 и сепаратор 4, удерживающий их на определенном расстоянии друг от друга, выполненный из радиационно-сшитого сетчатого полиамида; на фиг.4 подшипник, содержащий внутреннее и наружное кольца 1 и 2, выполненные из радиационно-сшитого сетчатого полиамида, размещенные между ними тела качения 3 и сепаратор 4, удерживающий их на определенном расстоянии друг от друга; на фиг.5 подшипник, содержащий тела качения 1 и сепаратор 2, удерживающий их на определенном расстоянии друг от друга, выполненный из радиационно-сшитого сетчатого полиамида; на фиг.6 подшипник, содержащий корпус 1 и размещенный в нем вкладыш, выполненный из радиационно-сшитого сетчатого полиамида; подшипник установлен на вал 3; на фиг.7 подшипник, содержащий наружное кольцо 2 и размещенное в нем внутреннее кольцо 1, выполненное из радиационно-сшитого сетчатого полиамида.

При работе подшипника пару трения образуют соприкасающиеся поверхности следующих деталей, по крайней мере одна из которых выполнена из радиационно-сшитого сетчатого полиамида.

Сепаратор 4 наружное кольцо 2 (см. фиг.1), сепаратор 4 тело качения 3, cепаратор 4 тело качения 3 (см. фиг.2), внутреннее кольцо 1 тело качения 3 (см. фиг. 3), наружное кольцо 2 тело качения 3, сепаратор 4 тело качения 3, внутреннее кольцо 1 тело качения 3 (см. фиг.4), наружное кольцо 2 тело качения 3, сепаратор 2 тело качения 1 (см. фиг.5), одной из деталей пары трения является вкладыш (втулка) 2 (см. фиг.6), внутреннее кольцо 1 - наружное кольцо 2 (см. фиг.7).

Изготовление подшипника может осуществляться в различных вариантах: путем предварительного облучения одной или нескольких деталей подшипника из полиамида с последующей их сборкой в подшипник; сборкой подшипника с последующим облучением одной или нескольких деталей (через специальные окна) либо подшипника в целом, в этом случае используется изменение упругих свойств и прочности полиамидного материала подшипника после облучения для обеспечения качества его сборки и надежной эксплуатации в течение заданного ресурса.

Применение полиамидного материала в соответствии с изобретением повысило стойкость полимерного подшипника к высоким скоростям не менее чем в 1,5 раза.

Предпочтительными областями применения подшипников являются:
высокоскоростные опорные узлы в условиях недостаточного смазывания;
высокоскоростные опорные узлы при воздействии температур до 200^oC, фиг. 1б;
малонагруженные опорные узлы при воздействии агрессивных сред и высоких температур, фиг.2, 3;
опорные узлы, при воздействии агрессивных сред и высоких скоростей, фиг.4, 5;
опорные узлы при воздействии агрессивных сред, фиг.6.

Использование: подшипники качения, скольжения и шарнирные соединения. Сущность изобретения: подшипник содержит одну из деталей, образующих пару трения, выполненную из радиационно-сшитого сетчатого полиамида с равновесным модулем высокоэластичности, равным 2-150 МПа. Могут быть использованы полиамиды различных видов. Полиамид содержит до 50 мас.% волокнистого, дисперсионного или стекловолокна. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Подшипник, содержащий по меньшей мере одну пару трения, одна из деталей которой выполнена из полимерного материала, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала использован радиационно-сшитый сетчатый полиамид с равновесным модулем высокоэластичности 2 150 МПа. 2. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что радиационно-сшитый сетчатый полиамид образован полиамидом ПА6. 3. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что радиационно-сшитый сетчатый полиамид образован полиамидом ПА66. 4. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что радиационно-сшитый сетчатый полиамид образован полиамидом ПА610. 5. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что радиационно-сшитый сетчатый полиамид образован полиамидом ПА12. 6. Подшипник по пп.1 5, отличающийся тем, что радиационно-сшитый сетчатый полиамид содержит 0 50 мас. волокнистого наполнителя. 7. Подшипник по пп.1 5, отличающийся тем, что радиационно-сшитый сетчатый полиамид содержит 0 50 мас. дисперсного наполнителя. 8. Подшипник по пп.1 5, отличающийся тем, что радиационно-сшитый сетчатый полиамид содержит 0 50 мас. смеси волокнистого и дисперсного наполнителя. 9. Подшипник по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что радиационно-сшитый сетчатый полиамид образован полиамидом, содержащим 30 мас. стекловолокна. 10. Подшипник по пп.1 9, отличающийся тем, что из радиационно-сшитого сетчатого полиамида выполнен сепаратор, образующий соответственно пары трения с телами качения и наружным кольцом. 11. Подшипник по пп.1 9, отличающийся тем, что из радиационно-сшитого сетчатого полиамида выполнен сепаратор, образующий соответственно пары трения с телами качения и внутренним кольцом. 12. Подшипник по пп.1 9, отличающийся тем, что из радиационно-сшитого сетчатого полиамида выполнен сепаратор, образующий пару трения с телами качения. 13. Подшипник по пп.1 9, отличающийся тем, что из радиационно-сшитого сетчатого полиамида выполнены наружное и внутреннее кольца, образующие с размещенными между ними телами качения пары трения. 14. Подшипник по пп.1 9, отличающийся тем, что одна из деталей, образующих пару трения, выполнена в виде вкладыша из радиационно-сшитого сетчатого полиамида. 15. Подшипник по пп.1 9, отличающийся тем, что пара трения образована наружным и внутренним кольцами, последнее из которых выполнено из радиационно-сшитого сетчатого полиамида.