САМОСМАЗЫВАЮЩАЯСЯ НАПРАВЛЯЮЩАЯ ДЕТАЛЬ ДЛЯ ШАРНИРОВ И ПОДШИПНИКОВ Российский патент 2010 года по МПК F16C33/04 F16C33/10 F16C33/14 

Настоящее изобретение относится к области самосмазывающихся направляющих деталей для шарниров и подшипников.

В частности, изобретение преимущественно применяется в шарнирах и подшипниках, эксплуатируемых в сложных условиях и неблагоприятной среде, при этом они испытывают значительные нагрузки и работают в среде, оказывающей абразивное и, возможно, коррозирующее воздействие.

Данные типы шарниров и подшипников могут использоваться в различных технических областях, к которым можно отнести в качестве примера, ни в коей мере не носящего ограничительного характера, коммунальное строительство, черную металлургию, сельскохозяйственную технику, автомобильный транспорт и т.д. В целом рассматриваемые в предлагаемом изобретении шарниры эксплуатируются исключительно в условиях больших нагрузок, выдерживают низкоскоростные колебательные движения и предварительно подвергаются смазке. Такие условия эксплуатации ни в коей мере не могут привести к возникновению гидродинамического режима, что является предметом патентов US 4678348 и US 4576488. Таким образом, изобретение применяется в шарнирах, работающих в режиме полужидкостной смазки.

В зависимости от области применения такие шарниры или подшипники должны, в частности, иметь улучшенные фрикционные характеристики и высокую износостойкость, поскольку смазка производится только при сборке, а (или) между операциями по смазыванию существуют значительные промежутки.

Предлагались различные технические решения создания запасов консистентной смазки на трущейся поверхности.

Например, в патенте FR 2.523.010 описана втулка шарнира с рифленым высверленным отверстием, которая служит для сохранения смазывающего вещества, в частности консистентной смазки.

Согласно патенту FR 2.693.520 высверленное отверстие втулки или направляющая деталь содержит уплотнение, в котором вращается ось, соприкасающаяся с опорной поверхностью уплотнения. Такое уплотнение может представлять собой тонкий полосовой материал, скатанный перпендикулярно относительно своей длины и скрепленный кольцами в высверленном отверстии втулки.

Такие устройства позволяют, в частности, повысить устойчивость к абразивному износу или износу, возникающему в результате задира, который, принимая во внимание рассмотренные выше условия применения, очень часто бывает высок. Смазка осуществляется при сборке или периодически, но со значительными промежутками.

Такой тип втулки независимо от способа ее изготовления, в частности наличия на уровне обладающего трущейся поверхностью высверленного отверстия конструктивных элементов, которые могут использоваться для сохранения консистентной смазки, должен обеспечить решение существенных проблем, что позволит постоянно или почти постоянно осуществлять смазку и, как следствие, исключить возможность удаления консистентной смазки или других типов смазывающих веществ.

На основании данного уровня техники задача, которую предлагается решить при помощи изобретения, состоит в создании запаса консистентной смазки в зоне трения, при этом не только устраняется возможность удаления консистентной смазки или других типов смазывающих веществ, а наоборот создаются условия для пополнения запасов смазки в этой зоне трения.

Для решения задачи была разработана самосмазывающаяся направляющая деталь, которая представляет собой корпус, содержащий высверленное отверстие для установки со скольжением и обеспечения возможности шарнирного соединения и (или) скользящего перемещения конструктивного элемента. Корпус изготавливается из материала, обладающего высокой износостойкостью, в том числе устойчивостью к задирам и (или) коррозии; при этом каждый край высверленного отверстия содержит, по меньшей мере, один кольцевой желобок, препятствующий удалению смазки из зоны трения; при этом в вышеупомянутом высверленном отверстии, по меньшей мере, между указанными ранее кольцевыми желобками содержатся канавки, которые расположены в определенном направлении, выходят, по меньшей мере, в один из кольцевых желобков и могут использоваться для сохранения смазывающего вещества.

В связи с этим, принимая во внимание тот факт, что смазывающее вещество сохраняется в зоне трения и не имеет тенденции к вытеканию, поскольку канавки, в частности, соединяются с кольцевыми желобками, возникает возможность сократить периодичность смазывания.

Для решения поставленной задачи, заключающейся в создании запаса смазывающего вещества путем соединения с задерживающими его кольцевыми желобками, имеются различные варианты изготовления канавок.

Предпочтительно, чтобы канавки были ориентированы таким образом, чтобы образовывалась квадратная сетка.

С учетом решаемой проблемы глубина кольцевых желобков приблизительно в 1-10 раз больше глубины канавок.

Кроме того, считается предпочтительным, чтобы глубина кольцевых желобков была равна фактически одной трети толщины корпуса.

Преимущественно канавки определяют границы зоны, составляющей приблизительно 30-70% зоны трения.

Предпочтительно также, чтобы кольцевые желобки располагались на расстоянии, равном 1-6 мм, от каждого края высверленного отверстия. Ширина кольцевых желобков составляет 0,5-5 мм.

Ниже приводится более детальное описание предлагаемого изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает вид в изометрии с частичным вырезом одного варианта изготовления втулки для шарниров или подшипников согласно изобретению;

фиг.2 - вид продольного сечения втулки согласно одному из предпочтительных вариантов изготовления;

фиг.3 - вид втулки, представленной на фиг.2, после установки оси;

фиг.4, 5, 6 и 7 изображают частичные виды сечения, показывающие в качестве примера различные профили в основании кольцевых желобков;

фиг.8 - вид в перспективе втулки, согласно изобретению, для шарового типа шарнирного соединения;

фиг.9 - вид продольного сечения втулки, показанной на фиг.8;

фиг.10 - вид продольного сечения втулки, согласно другому варианту изготовления, на уровне канавок.

На фиг.1 изображен пример изготовления направляющей детали, представляющей собой корпус (1) цилиндрической формы с соосно высверленным отверстием (1а) для установки со скольжением оси (2) с добавлением консистентной смазки или других смазывающих веществ. Как правило, корпус (1) изготавливается из всех типов материалов, которые обладают высокой износостойкостью, в том числе устойчивостью к (или) задиру и коррозии, а также могут эксплуатироваться в исключительно сложных условиях, в частности в условиях повышенного давления, коррозии и заедания. Цилиндрический корпус (1), в частности его высверленное отверстие (1а), может подвергаться любым типам поверхностной обработки.

Как это следует из описания, под направляющими деталями понимаются, например, подшипники, ползуны, шаровые опоры и т.д.

Согласно изобретению, каждый из краев (1а₁) и (1а₂) высверленного отверстия содержит, по меньшей мере, один кольцевой желобок (1b) и (1c), препятствующий стеканию консистентной смазки или иного смазывающего вещества с трущейся поверхности. Например (данный случай не носит ограничительного характера), глубина кольцевых желобков (1b) и (1с) может составлять 0,3-3 мм. Более того, глубина кольцевых желобков (1b) и (1с) фактически равна одной трети толщины корпуса (1).

Профиль кольцевых желобков может иметь различные геометрические очертания, в частности (что не является обязательным), квадрата (фиг.4), прямоугольника (фиг.5), треугольника (фиг.6), круга (фиг.7) с обточенными или необточенными краями.

С учетом поставленной задачи, состоящей в недопущении стекания консистентной смазки с трущейся поверхности, кольцевые желобки (1b) и (1c) располагаются на расстоянии (х) от каждого края (1а₁) и (1а₂) высверленного отверстия. Это расстояние составляет приблизительно 1-6 мм. Одновременно ширина кольцевых желобков (1b) и (1с) составляет 0,5-5 мм.

Важным отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что, по меньшей мере, между кольцевыми желобками (1b) и (1с) высверленного отверстия (1а) содержатся канавки (1d), ориентированные соответствующим образом и выходящие, по меньшей мере, в один из вышеупомянутых кольцевых желобков (1b) и (1с), при этом указанные выше канавки служат для сохранения смазывающего вещества.

Например, как это показано на фиг.10, канавки (1d) могут быть ориентированы таким образом, что будут образовывать форму угловых скобок. Такие угловые скобки, как это следует из данного примера, способны соединяться в своих верхних точках. Не выходя за рамки изобретения, нет необходимости, чтобы угловые скобки соединялись в их вершинах.

Согласно варианту изготовления, который представлен на фиг.2 и считается наиболее предпочтительным, канавки (1d) ориентированы таким образом, что образуют квадратную сетку.

Сочетание кольцевых желобков (1b) и (1с) и канавок (1d), в результате которого вышеупомянутые кольцевые желобки соединяются с указанными выше канавками, позволяет не допустить вытекания смазывающего вещества, содержащегося на уровне зоны, границы которой определены вышеупомянутыми канавками (1d).

Преимущественно, в высверленном отверстии (1а) в корпусе (1) содержатся кольцевые желобки (1е), рассредоточенные по всей его длине и предназначенные для облегчения процесса пополнения содержащихся в канавках (1d) запасов консистентной смазки или иных смазывающих веществ. В связи с этим рассредоточение кольцевых желобков (1b), (1с), (1е) по всей длине корпуса с интервалом (е) осуществляется по формуле:

P≤ e ≤6p,

где

р - интервал между канавками;

е - расстояние между кольцевыми желобками.

Аналогичным образом рассредоточение определенного количества кольцевых желобков (1b), (1с),(1е) по всей длине корпуса осуществляется по формуле:

в которой:

n - количество кольцевых желобков;

L - длина корпуса;

l - ширина кольцевых желобков.

Глубина кольцевых желобков (1b) и (1с) приблизительно в 1-10 раз больше, чем глубина канавок (1d). Канавки (1d) (например, имеющие форму угловых скобок или образующие квадратную сетку) определяют границы зоны, которая составляет от 30 до 70% зоны трения.

Например, втулка на уровне кольцевых желобков и канавок, образующих квадратную сетку, может обладать следующими характеристиками:

Кольцевые желобки:

- глубина - около 1,5 мм;

- ширина - около 2 мм;

- расстояние от края - 1,5-2 мм;

- количество -

- интервал - 8-12 мм.

Канавки (образующие форму квадратной сетки):

- интервал между канавками - 4-6 мм;

- глубина - 0,3 мм;

- угол - 30°-35°.

Втулка данного типа находит применение во многих областях, к которым в качестве примера, не носящего ограничительного характера, можно отнести:

- строительную технику (гидравлические экскаваторы, погрузчики, дробильные машины и т.д.);

- сельскохозяйственную технику (передний мост трактора, плуги, телескопическая погрузочная машина, машина для очистки от кустарников и т.д.);

- черную металлургию (катки конвейера, подшипники качения и т.д.);

- погрузочно-разгрузочные и транспортные средства.

Изобретение применяется также в ползунах, шаровых опорах и в целом в любых типах шарниров. На фиг.8 и 9 изображен пример изготовления втулки для шарового типа шарнирного соединения. Пространство (3а) внутри втулки, в которой располагается головка шаровой опоры (не показана), на каждом краю содержит кольцевой желобок (3b) и (3с) для придания направления и удержания консистентной смазки, как это отмечалось ранее.

Между кольцевыми желобками (3b) и (3с) изготавливаются канавки (3d), образующие, например, форму квадратной сетки или угловых скобок, которые соединяются с вышеупомянутыми кольцевыми желобками.

Ниже приводятся результаты исследований, выполненных в конфиденциальном порядке, по проблеме применения подшипника скольжения без запаса консистентной смазки и подшипника с запасом консистентной смазки, в одном случае - на базе достигнутого уровня техники, а в другом случае - в соответствии с изобретением.

Пример 1

Самосмазывающаяся направляющая деталь, изготовленная на базе достигнутого уровня техники, т.е. без кольцевых желобков, а только с канавками, образующими форму квадратной сетки, рассредоточенными по поверхности подшипника и предназначенными для сохранения запаса консистентной смазки.

Характеристики вала Закаленная, подвергнутая диффузионной химико-термической обработке сталь 16NiCr6 Характеристики подшипника Мелкорифленый подшипник, обладающий запасом консистентной смазки, поверхность которого обработана с целью повышения износоустойчивости и улучшения противозадирных свойств Диаметр вала 30 мм Ширина направляющей детали (l) 20 мм Движения Переменное вращение на 90° с частотой, равной 1 Гц Давление, измеренное на поверхности, на которую производится выброс 50 мПа Скорость скользящего перемещения 8 мм/с Консистентная смазка при предельном значении давления Литиевое мыло типа SNR-LUB EP, качество смазочного масла - NLGI2

Смазка производится при сборке, в процессе дальнейшей эксплуатации дополнительных добавок консистентной смазки не производится.

Результаты исследований: количество колебаний без быстрого увеличения коэффициента трения - 138000.

Пример 2

Направляющая деталь согласно изобретению.

Следует воспроизвести пример 1 за исключением того, что направляющая деталь содержит два кольцевых желобка шириной 2 мм и глубиной 2 мм, расположенных на равном одному миллиметру удалении от краев подшипника, при этом между кольцевыми желобками изготавливаются канавки, образующие форму квадратной сетки и соединяющиеся с вышеупомянутыми кольцевыми желобками.

Результаты исследований: количество колебаний перед быстрым увеличением коэффициента трения >500000 (испытания досрочно прекращены).

Из описания вытекают следующие преимущества. В частности, кольцевые желобки не допускают выброса консистентной смазки, в то время как канавки позволяют распределить данную консистентную смазку в зоне трения.

Изобретение относится к самосмазывающимся направляющим деталям для шарниров и подшипников. Самосмазывающаяся направляющая деталь для шарниров и подшипников, предварительно смазанная и эксплуатируемая в режиме полужидкостной смазки, содержит отверстие (1а) для установки со скольжением и возможностью шарнирного соединения и (или) скользящего перемещения конструктивного элемента. При этом корпус (1) изготовлен из материала, обладающего высокой износостойкостью, в том числе устойчивостью к явлениям задира и (или) коррозии. Каждый из краев высверленного отверстия (1а) содержит, по меньшей мере, один кольцевой желобок (1b) и (1с) для предотвращения вытекания консистентной смазки из зоны трения. В высверленном отверстии (1а), по меньшей мере, между кольцевыми желобками (1b) и (1с) содержатся канавки, которые расположены выходящими, по меньшей мере, в один из кольцевых желобков и могут служить для сохранения смазки. Причем для подачи в канавки смазки кольцевые желобки (1е) рассредоточены по всей длине корпуса с интервалом (е), рассчитываемым по формуле: Р≤е≤6р, где р - интервал между канавками; е - расстояние между кольцевыми желобками. Технический результат - создание запаса консистентной смазки в зоне трения, при этом не только устраняется возможность удаления консистентной смазки или других типов смазывающих веществ, а наоборот создаются условия для пополнения запасов смазки в этой зоне трения. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Самосмазывающаяся направляющая деталь для шарниров и подшипников, предварительно смазанная и эксплуатируемая в режиме полужидкостной смазки, содержащая отверстие (1а) для установки со скольжением и возможностью шарнирного соединения и (или) скользящего перемещения конструктивного элемента (2), отличающаяся тем, что корпус (1) изготовлен из материала, обладающего высокой износостойкостью, в том числе устойчивостью к явлениям задира и (или) коррозии; при этом каждый из краев высверленного отверстия (1а) содержит, по меньшей мере, один кольцевой желобок (1b) и (1с) для предотвращения вытекания консистентной смазки из зоны трения; при этом в высверленном отверстии (1а), по меньшей мере, между кольцевыми желобками (1b) и (1с) содержатся канавки (1d), которые расположены выходящими, по меньшей мере, в один из кольцевых желобков и могут служить для сохранения смазки, причем для подачи в канавки смазки кольцевые желобки (1е) рассредоточены по всей длине корпуса с интервалом (е), рассчитываемым по формуле:
Р≤е≤6р,
где р - интервал между канавками;
е - расстояние между кольцевыми желобками.

2. Направляющая деталь по п.1, отличающаяся тем, что канавки (1d) ориентированы таким образом, что они образуют квадратную сетку.

3. Направляющая деталь по п.1, отличающаяся тем, что глубина кольцевых желобков (1b) и (1с) в 1-10 раз больше, чем глубина канавок (1d).

4. Направляющая деталь по п.1, отличающаяся тем, что глубина кольцевых желобков (1b) и (1с) равна фактически одной трети глубины корпуса (1), при этом ширина вышеупомянутых кольцевых желобков составляет 0,5-5 мм.

5. Направляющая деталь по п.1, отличающаяся тем, что глубина канавок (1d) составляет 0,1-0,6 мм.

6. Направляющая деталь по п.1, отличающаяся тем, что канавки (1d) определяют границы зоны, составляющей 30-70% зоны трения.

7. Направляющая деталь по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые желобки (1b) и (1с) располагаются на удалении, равном 1-6 мм, от каждого края высверленного отверстия (1а).

8. Направляющая деталь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что рассредоточение определенного количества кольцевых желобков (1b), (1с), (1е) по всей длине корпуса осуществляется по формуле:

в которой n - количество кольцевых желобков;
L - длина корпуса;
l - ширина кольцевых желобков.