Втулка шкворневого узла Российский патент 2024 года по МПК B62D7/18 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к производству втулок шкворневого узла пассажирского или грузового автотранспорта, зерноуборочной технике и тракторной сельскохозяйственной технике, и может применяться в подвижных узлах трения, работающих без использования смазки в условиях сухого трения и химически агрессивных средах.

Известна конструкция втулки шкворня Камаз, МАЗ, MAN, ЗИЛ, ГАЗ, ПАЗ, ЛИАЗ, изготовленная из бронзы (см. Каталог запасных частей Камаз и других автомобилей, область применения для ходовой части и оси передней. Артикул 6520, 5320, 120, 500А, 200, 452, 3302, 5301, 4013, 33104, 33207, 5256, 111, 64221, 40К13. Дополнительный Артикул 3001016, 3001017, 3001026, 23041016, 2314050).

Однако недостатками данной втулки являются ее низкие эксплуатационные характеристики, повышенная степень изнашивания рабочего слоя, высокий коэффициент трения, высокая разрушающая степень при работе в узлах без использования смазки в условиях сухого трения и химически агрессивных средах, имеет риск заклинивания шкворневого пальца (шкворня).

Известна втулка шкворня поворотного кулака, состоящая из полого цилиндра со сквозной продольной прорезью, отличающаяся тем, что ее внутренняя поверхность облицована тонким слоем полимерного материала (см. патент РФ №16483, МПК B62D 7/18, 10.01.2001).

Однако известная втулка шкворневого узла при своем использовании имеет следующие недостатки:

- недостаточный срок службы из-за высокого суммарного износа в паре трения,

- недостаточная стабильность коэффициента трения (0,66-0,72) при трении по материалу контртела стали 40Х,

- повышенная интенсивность линейного изнашивания внутреннего рабочего слоя скольжения при трении по стальной паре из стали 40Х (5×10^-5 мкм/км),

- недостаточное разрушающее напряжение при растяжении (160 МПа).

Задачей изобретения является разработка втулки шкворневого узла. Техническим результатом является повышение срока службы втулки шкворневого узла за счет значительного снижения интенсивности линейного изнашивания рабочего слоя скольжения при трении по полированной стальной паре из стали 40Х, повышение стабильности коэффициента трения при трении по материалу контртела стали 40Х, повышение разрушающего напряжения при растяжении, сохранение ударной вязкости по Шарпи на образцах без надреза при одновременном сохранении заданного предела прочности при сжатии, а также низкого коэффициента трения при повышении его стабильности.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложена втулка шкворневого узла, выполненная из композиционного полимерного антифрикционного материала, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных или многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина - от 1 до 70 мкм, при этом содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 3,48 до 10,5 мас. %, в качестве термопласта основы композиционный полимерный антифрикционный материала содержит полиамид 6, или полиамид 6,6 - полигексаметиленадипамид, или полиамид 12 - полидодекаамид, при следующем количественном содержании компонентов, мас. %:

углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном 8,2-43,8 углеродные нанотрубки 0,02-2,0 термопласт остальное до 100%

При этом в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна. При этом углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде жгута, или рубленого жгута, или рубленой ленты, а стекловолокно используют в виде рубленой нити, при этом длина рубленых жгута или ленты углеродного волокна и рубленой нити стекловолокна выбрана от 1 мм до 48 мм. При этом втулка шкворневого узла предпочтительно выполнена с наружным диаметром 24,5-120 мм, с внутренним диаметром 22-90 мм и длиной 20-73,5 мм.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенную втулку шкворневого узла, отличительными являются:

- содержание в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном,

- содержание хаотично расположенных углеродных нанотрубок в виде однослойных или многослойных с количеством слоев от 2 до 70 или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей,

- внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина - от 1 до 70 мкм,

- содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 3,48 до 10,5 мас. %,

- в качестве термопласта основы композиционный полимерный антифрикционный материала содержит полиамид 6, или полиамид 6,6 - полигексаметиленадипамид, или полиамид 12 - полидодекаамид,

- количественное содержание компонентов, мас. %:

углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном 8,2-43,8 углеродные нанотрубки 0,02-2,0 термопласт остальное до 100%

- в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна,

- углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде жгута, или рубленого жгута, или рубленой ленты, а стекловолокно используют в виде рубленой нити,

- длина рубленых жгута или ленты углеродного волокна и рубленой нити стекловолокна выбрана от 1 мм до 48 мм,

- втулка шкворневого узла предпочтительно выполнена с наружным диаметром 24,5-120 мм, с внутренним диаметром 22-90 мм и длиной 20-73,5 мм.

Экспериментальные испытания втулки шкворневого узла и контртела из стали 40Х с твердость 32-38 HRC, а затем и натурные ходовые испытания штатного комплекта втулок шкворневого узла показали их высокую эффективность. Было установлено, что повышен срок службы втулки шкворневого узла на 16-18%, при этом износ рабочего слоя скольжения предложенной втулки при трении по полированной стальной паре из стали 40Х составил 1×10^-7-7×10^-8 мкм/км, сохранена ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза на уровне 45-55,8 кДж/м², сохранен предел прочности при сжатии на уровне 160-180 МПа и одновременном повышении разрушающего напряжения при растяжении до 174-201 МПа. Одновременно установлено, что предложенные втулки шкворневого узла имеют коэффициент трения при трении по полированной поверхности контртела из стали 40Х с твердость 32-38 HRC в пределах 0,11-0,16, при этом достигнуто повышение стабильности коэффициента трения до 0,89-0,92.

Предложенные втулки шкворневого узла в паре трения работоспособны с начала натурных ходовых испытаний и не требует своей замены до настоящего времени.

В табл. 1 представлены экспериментальные составы композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, использованного для изготовления предложенных втулок шкворневого узла, а в табл. 2 показаны штатные характеристики втулки шкворневого узла.

Исследования ударной вязкости проводилось на маятниковом копре по методу Шарпи на образцах типа 2 без надреза по ГОСТ 4647-80. Исследование характеристик трения (характеристики трибологии) предложенных втулок шкворневого узла проводились на машине трения УМТ 2168.

Технология изготовления предложенных втулок шкворневого узла различного назначения в форме сплошной втулки или разрезной втулки в виде сегментов с рабочими поверхностями скольжения не требует для своего изготовления использования специфического технологического оборудования и включает в себя литье под давлением в литьевой машине изделий заданных геометрических форм из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида. В шкворневом узле, где предусмотрена подача смазки к узлам трения, втулка шкворня может иметь отверстие, а на внутренней поверхности прорези для подачи смазки.

Предложенные втулки шкворневого узла просты в понимании и не требуют для своей иллюстрации предоставления чертежей.

Предложенные втулки шкворневого узла имеют по сравнению с втулкой-прототипом увеличенный эксплуатационный ресурс за счет значительного снижения интенсивности линейного изнашивания рабочего слоя скольжения при трении по полированной стальной паре из стали 40Х, обладают ударной вязкостью по Шарпи на образцах без надреза на уровне 45-55,8 кДж/м², пределом прочности при сжатии на уровне 160-180 МПа и одновременно повышенным разрушающим напряжением при растяжении до 174-201 МПа. Кроме того, предложенные втулки шкворневого узла характеризуются повышенной стабильностью коэффициента трения при трении по материалу контртела стали 40Х при одновременном сохранении низкого коэффициента трения и предела прочности при сжатии.

Изобретение относится к области машиностроения. Втулка шкворневого узла выполнена из композиционного полимерного антифрикционного материала, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, или многослойных с количеством слоев от 2 до 70, или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей. Внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина - от 1 до 70 мкм. При этом содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 3,48 до 10,5 мас. %, в качестве термопласта основы композиционный полимерный антифрикционный материала содержит полиамид 6, или полиамид 6,6 - полигексаметиленадипамид, или полиамид 12 - полидодекаамид при следующем количественном содержании компонентов, мас. %: углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном - 8,2-43,8; углеродные нанотрубки - 0,02-2,0; термопласт - остальное до 100%. Достигается повышение срока службы шкворневого узла. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Втулка шкворневого узла, характеризующаяся тем, что выполнена из композиционного полимерного антифрикционного материала, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, или многослойных с количеством слоев от 2 до 70, или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей, внешний диаметр углеродных нанотрубок выбран от 0,1 до 100 нм, а их длина - от 1 до 70 мкм, при этом содержание стекловолокна в его смеси с углеродным волокном волокнистого наполнителя композиционного полимерного антифрикционного материала выбрано от 3,48 до 10,5 мас. %, в качестве термопласта основы композиционный полимерный антифрикционный материала содержит полиамид 6, или полиамид 6,6 - полигексаметиленадипамид, или полиамид 12 - полидодекаамид при следующем количественном содержании компонентов, мас. %:

углеродное волокно или смесь углеродного волокна со стекловолокном 8,2-43,8 углеродные нанотрубки 0,02-2,0 термопласт остальное до 100%

2. Втулка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя композиционный полимерный антифрикционный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна.

3. Втулка по п. 1, отличающаяся тем, что углеродное волокно композиционного полимерного антифрикционного материала используют в виде жгута, или рубленого жгута, или рубленой ленты, а стекловолокно используют в виде рубленой нити, при этом длина рубленых жгута или ленты углеродного волокна и рубленой нити стекловолокна выбрана от 1 мм до 48 мм.

4. Втулка по п. 1, отличающаяся тем, что предпочтительно выполнена с наружным диаметром 24,5-120 мм, с внутренним диаметром 22-90 мм и длиной 20-73,5 мм.