ШАРОВАЯ ОПОРА Российский патент 2016 года по МПК F16C11/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в шаровых шарнирах рулевых механизмов различных транспортных средств.

Условия работы узлов трения изделий авиационной и космической техники включают в себя целую гамму различных факторов, оказывающих существенное влияние на рабочие характеристики изделия в целом.

Отсутствие универсальной теории трения предопределяет детальное изучение каждого конкретного агрегата (в крайнем случае группы или класса агрегатов) трения.

К наиболее важным параметрам, определяющим служебные характеристики узла трения и требования, предъявляемые к материалам, относятся:

1. Скорость.

2. Рабочие температуры.

3. Удельные нагрузки.

4. Рабочая среда.

5. Характер нагружения.

Проблема повышения износостойкости пар трения приобретает все большую актуальность в связи с необходимостью повышения качества, надежности и долговечности современных машин. Для обеспечения надежной работы узлов трения, работающих в экстремальных условиях, широко применяют антифрикционные, износостойкие покрытия и самосмазывающиеся композиционные материалы, которые должны быть одинаково эффективны не только при высоких рабочих температурах, но и при относительно низких температурах начала работы и разогрева.

При выборе материалов и покрытий для пар трения в соответствии с условиями их применения необходимо учитывать соответствующие триботехнические характеристики, механизм изнашивания, а также целый ряд дополнительных факторов технологического и конструктивного характера.

Специфика применения шарнирных подшипников в экстремальных условиях обуславливает выбор материалов, способных выдерживать воздействие высоких нагрузок в широком диапазоне температур в различных газовых средах и в вакууме. Наряду с общими требованиями, предъявляемыми к подшипниковым материалам, материалы для высокотемпературных подшипников должны обладать целым рядом специальных свойств:

- высокой жаростойкостью и коррозионной стойкостью;

- стабильностью механических характеристик при различных температурах (σ_в, НВ, Е, µ и др.);

- высокой теплопроводностью, а также близкими значениями коэффициентов линейного расширения с материалом корпусных деталей и осей;

- минимальное значением твердости при рабочих температурах должно быть не менее 40…45 HRC, а предел текучести должен быть значительно выше величины действующих контактных напряжений;

- высокой износостойкостью и низким значением коэффициента трения.

Как правило, совместить все эти качества в одном материале не удается, и поэтому необходимо применение твердосмазочных защитных покрытий и других технологических и конструкционных решений.

Известны сферические шаровые опоры с подшипниками скольжения (А.с. СССР N2016277, F16C 11/06, 1992; Патент РФ №2049376, F16C 11/06, 1994; Патент РФ №2338936, F16C 11/06, 2007; Патент РФ №2432506, F16C 11/06, 2010).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2352829, F16C 11/06, 2009 г., которое было принято авторам за аналог.

Шаровая опора содержит корпус, состоящий из двух крышек 1 и 2 (фиг.1), независимо соединенных между собой, металлический шаровой палец 3, заключенный в корпус, вкладыш полимерный 4, наполнитель 5 с металлическими гранулами 6. Вкладыш 4 выполнен из твердосмазочного материала (фторопласт-4, УПА-6/15 и др.). Наполнитель 5 выполнен из полимера модифицированного металлическими гранулами.

Недостатком данной сферической опоры является неравномерность распределения контактных давлений, что существенным образом влияет на величину напряженного состояния. Вопрос о распределении контактных давлений и о максимальном значении давления в сферических подшипниках остается одним из важнейших способах повышения надежности и работоспособности сферического шарового подшипника.

Как показывает практика - величина радиального зазора в сферических шарнирных подшипниках (СШП) сильно влияет на контактные параметры (угол контакта, максимальное давление), и, как следствие, на работоспособность. Малый зазор может привести к заклиниванию подшипника из-за неравномерности температурных расширений или из-за большого количества продуктов износа.

В процессе эксплуатации СШП величина радиального или диаметрального зазора может меняться. Изнашивание рабочих поверхностей подшипника, а также деформирование твердосмазочного покрытия или материала основы, может привести к увеличению зазора сверх допустимого предела и, как следствие, к увеличению момента трения.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение износостойкости шаровой опоры со сферическим подшипником скольжения за счет более равномерного распределения контактных давлений путем изменения структуры материалов шарового пальца и вкладыша с применением многослойных композиционных материалов и способов их нанесения.

Это достигается следующим образом.

В шаровой опоре, содержащей корпус, выполненный из двух частей в виде крышек, неразъемно соединенных между собой, с заключенными в корпус шаровым пальцем, сферической головкой, размещенной во вкладыше, при этом пространство между вкладышем и корпусом заполнено термопластичным наполнителем, путем электроискрового легирования на материал шарового пальца 3 наносят карбид вольфрама. Далее методом электролитического осаждения из цианистых или железосинеродистых электролитов наносится слой серебра на полученный шероховатый слой.

Далее производят замену материала вкладыша 4. Вместо материала полимера применяют природный молибденит, который обладает более высокими антифрикционными свойствами.

1. Таким образом формируются защитные пленки на мягких металлах путем внедрения слоистых кристаллов и в то же время однородность пленок и их способность выдерживать нагрузку увеличивается при возрастании твердости металла за счет более высокой температуры плавления, малой потери веса при нагреве и высокой адгезии к стали.

2. Природный молибденит, в котором шесть атомов серы располагаются вокруг каждого атома молибдена в вершинах тригональной призмы на воздухе устойчив до температуры 300…380°C. Температурная устойчивость его зависит от размеров кристалла (чем меньше кристалл, тем ниже температура окисления), а также от присутствия неметаллов в зоне окисления. При окислении молибденит переходит в трехокись молибдена MoO₃, представляющую собой абразивный порошок, за счет которого происходит более равномерное распределение контактных давлений.

Таким образом в техническом решении существенно повышается износостойкость и работоспособность шаровой опоры. Путем увеличения максимальных значений давления и более равномерного распределения контактных давлений за счет изменения структуры материалов шарового пальца и вкладыша с применением многослойных композиционных материалов и способов их нанесения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве опор скольжения в узлах трения, способных сохранять свою работоспособность в широком диапазоне нагрузок и температур как в воздушной среде, так и в глубоком вакууме. Шаровая опора содержит корпус, выполненный из двух частей, неразъемно соединенных между собой, с заключенным в корпус шаровым пальцем со сферической головкой, размещенной во вкладыше из антифрикционного материала. Пространство между вкладышем и корпусом заполнено термопластическим наполнителем. На сферическую головку пальца методом электроискрового напыления нанесен карбид вольфрама с последующим нанесением слоя серебра методом электролитического осаждения, при этом вкладыш выполнен из молибденита. Технический результат: повышение износостойкости и работоспособности шаровой опоры за счет увеличения максимальных значений давления и более равномерного распределения контактных давлений за счет изменения структуры материалов шарового пальца и вкладыша. 1 ил.

Шаровая опора, содержащая корпус, выполненный из двух частей в виде крышек, неразъемно соединенных между собой, с заключенными в корпус шаровым пальцем, сферической головкой, размещенной во вкладыше, при этом пространство между вкладышем и корпусом заполнено термопластичным наполнителем, отличающийся тем, что на сферическую головку пальца методом электроискрового легирования нанесен карбид вольфрама с последующим нанесением слоя серебра методом электролитического осаждения, при этом вкладыш выполнен из молибденита.