СПОСОБ НАПЛАВКИ ШАРНИРНО-ПОВОРОТНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1997 года по МПК B23K9/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к индукционно-металлургическим способам восстановления и упрочнения деталей подвижного состава.

Известно фрикционное демпфирующее устройство (а.с. N 1687960, кл. F 16 F 7/08). На поверхностях трения деталей и фрикционного аппарата нанесены износостойкие слои с переменным коэффициентом трения по площади трения.

Данный аналог содержит износостойкие слои на прямолинейной поверхности и с переменным коэффициентом трения только по площади трения, что недостаточно при больших износах.

За прототип принят шарнир (а.с. N 1791630, кл. F 16 C 11/00), содержащий установленную на валу втулку, причем сопряженные поверхности трения вала и втулки выполнены с упрочненными участками и расположенными между ними участками из антифрикционного материала. Упрочненные участки на каждом элементе шарнира выполнены равных размеров, ориентированы вдоль образующих, выполнены прямоугольными в плане и равномерно расположены по окружности. Ширина упрочненного участка вала равна сумме ширины упрочненного участка и участка из антифрикционного материала втулки.

Недостатком данного шарнира, в котором использован способ упрочнения сопрягающихся поверхностей вала и втулки, состоит в том, что по мере износа вала и втулки на глубину металла работа сил трения по всем зонам контактирующих поверхностей будет неровной, коэффициенты трения будут переменными, а соответственно и износостойкость низкая.

Цель изобретения состоит в повышении износостойкости и выравнивании работы сил трения по всем зонам сопряженных поверхностей.

Для достижения указанной цели в известном способе наплавки шарнирно-поворотного устройства, включающем упрочнение сопряженных поверхностей, упрочнение ведут многослойно путем последовательного нанесения износостойких материалов в соответствии с секторами и участками, причем выбор материала наплавки осуществляют из условия постоянных значений работы сил трения в сопрягаемых поверхностях, находящихся в зависимости от расчетных коэффициентов трения, которые на разных участках секторов и слоев должны быть пропорциональны линейным скоростям этих участков согласно формуле:
V₁•f₁ V₂•f₂ V₃•f₃ const•i_уд,
где
V₁, V₂, V₃ линейная скорость участков;
f₁, f₂, f₃ коэффициенты трения участков;
i_уд удельный износ.

На фиг. 1-3 изображены фазы процесса наплавки шарнирно-поворотного устройства: на фиг.1 общий вид устройства (пятник-подпятник); на фиг.2 - зоны наплавки на пятнике; на фиг.3 зоны наплавки на подпятнике.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Сопрягаемые поверхности подпятника и пятника разбивают на секторы I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, проведя дополнительные оси под углом 45^o к основным осям симметрии. Затем расчетным путем (V=R•t), где V- скорость; R радиус, t - время поворота, в зависимости от линейных скоростей (перемещения пятника по подпятнику) определяют радиусы действия R ₁ ,R₂,R₃, в зависимости от которых определяют износостойкие участки 1, 2, 3 с соответствующими линейными скоростями V₁, V₂, V₃ ( фиг.2,3). Получив, таким образом, шаблон, можно осуществлять подбор материалов из условия, что работа сил трения должна быть постоянна на всех участках секторов, т.е. должно соблюдаться условие W_f S•F;
F=f•N _→ W_F=S•f•N
где
W_f работа сил трения,
S площадь сектора,
F сила трения,
N сила (нормальная) давления,
f коэффициент трения.

Работа сил трения увеличивается, если увеличивается коэффициент трения.

Кроме того, с увеличением давления и скорости взаимных перемещений повышается износ двух взаимодействующих поверхностей (пятник по подпятнику), поэтому мы должны разместить материал так, чтобы выровнять ситуацию износа, т. е. коэффициент трения на разных участках должен быть пропорционален линейным скоростям:
V₁•f₁ V₂•f₂ V₃•f₃ const•i_уд,
где
V₁, V₂, V₃ линейные скорости соответствующих участков секторов,
f₁, f₂, f₃ коэффициенты трения соответствующих участков секторов,
i_уд удельный износ.

Таким образом, в каждом секторе имеется три участка, которые наплавляются разными материалами, к тому же в два слоя (слой I, слой II) (см.фиг.1). Причем верхний и нижний слои не совпадают по материалу. Слой I приработочный, II рабочий износостойкий с повышенной износостойкостью за счет снижения коэффициентов трения. Подбор материалов по слою II аналогичен подбору по слою I, т.е. коэффициенты трения также соответствуют скоростям перемещения участков пар трения.

Пример. Узел трения пятник-подпятник (фиг.1-3). На поверхности пятника (подпятника) накладывается шаблон-трафарет и по разметке секторов и их участков насыпается шихта, состав которой после расплавления дает наплавленный материал с коэффициентом трения, соответствующим данному участку по расчету. Поворачивая диск и открывая окна на участки, мы засыпаем нужный состав шихты на участки секторов.

Предлагаемый способ наплавки по сравнению с известными позволяет не только повысить износостойкось, но и выравнивать работу сил трения по всем зонам контактирующих (сопряженных) поверхностей и по мере износа их в глубину. Таким образом, с помощью этого способа наплавки практически можно достичь постоянных значений износостойкости на участках. Для этого расчетным порядком наносят по площади (и в глубине) участки с разными материалами, образуя как бы слоеный пирог, а по секторам окружной плоскости лоскутные зоны.

Такое распределение наплавленных ИМС (или другими способами) участков контактирующих поверхностей позволяет регулировать коэффициентами трения (в областях сопрягаемых поверхностей), чтобы получить постоянные значения работы сил т рения и величины износостойкости, что в конечном счете улучшает работу пары трения при их работе, увеличивая срок службы деталей и узлов в десятки раз.

Использование: наплавка, восстановление и упрочнение деталей подвижного состава. Сущность изобретения: упрочнение сопряженных поверхностей шарнирно-поворотного устройства ведут многослойно путем последовательного нанесения износостойких материалов в соответствии с секторами и участками, причем выбор материала наплавки осуществляют из условия постоянных значений работы сил трения в сопрягаемых поверхностях, находящихся в зависимости от расчетных коэффициентов трения, которые на разных участках секторов и слоев должны быть пропорциональны линейным скоростям этих участков согласно формуле изобретения: V₁•f₁ = V₂• f₂ = V₃•f₃ = const•i_уд, где V₁, V₂, V₃ - линейная скорость участков, f₁, f₂, f₃ - коэффициент трения участков, i_уд - удельный износ. Способ позволяет повысить износостойкость по всем зонам контактирующих поверхностей, увеличивая тем самым срок службы деталей и узлов в десятки раз. 3 ил.

Способ наплавки шарнирно-поворотного устройства, включающий упрочнение сопряженных поверхностей, отличающийся тем, что упрочнение ведут многослойно путем последовательного нанесения износостойких материалов в соответствии с секторами и участками, причем выбор материала наплавки осуществляют из условия постоянных значений работы сил трения в сопрягаемых поверхностях, находящихся в зависимости от расчетных коэффициентов трения, которые на разных участках секторов и слоев должны быть пропорциональны линейным скоростям этих участков, согласно формуле
v₁ • f₁ v₂ • f₂ v₃ • f₃ const • i_у д,
где v₁, v₂, v₃ линейные скорости участков,
d₁, d₂, d₃ коэффициенты трения участков,
i_у д удельный износ.