Вкладыш подшипника скольжения и способ его изготовления

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в газодинамических опорах турбомашин, в частности в опорах сверхскоростных роторов турбодетандеров. Цель изобретения - повышение несущей способности и виброустойчивости. Вкладыш содержит рабочий слой из антифрикционного материала, наружный слой из твердого материала и промежуточный слой. Промежуточный слой получают путем электрохимического осаждения в осесимметричном радиальном поле в электролите, содержащем короткие углеродные волокна во взвешенном состоянии. Промежуточный слой выполнен в виде пространственной структуры, армированной углеродными волокнами с проникновением последних в наружный слой. Вкладыш благодаря снижению за счет использования армированного углеродными волокнами промежуточного слоя собственной инерционности обладает повышенной способностью отслеживать движение вала, т.е. повышенной виброустойчивостью. Повышенная жесткость структуры промежуточного слоя способствует повышению несущей способности вкладыша. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 F 16 С 33/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

Г1О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

f (21) 4304199/25-27 (22) 07.09,87 (46) 07.11.89. Бюл. Р 41 (72) Ig.А. Кащеев и И.А. Шарипов (53) 621.822.5 (088.8) (56) Заявка ФРГ Р 1961833, кл. F 16 С 33/20, 1976, (54) ВКЛАДЫШ ПОДШИПНИКА СКОЛЬжКнИя

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛКНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в газодинамических опорах турбомашин, в частности в опорах сверхскоростных роторов турбодетандеров. Цель изобретения — повышение несущей способности и виброустойчивости. Вкладыш содержит рабочий слой из антифрикционного материала, наружный слой из твердого материала и промежуточный

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в газодинамических опорах турбомашин, в частности в опорах сверхвысокоскоростных роторов турбодетандеров.

Цель изобретения — повышение несущей способности и виброустойчивости, На фиг.1 представлен радиальный сегментный подшипник, общий вид, разрез (показан один сегмент); на фиг.2 — узел I. на фиг.1; на фиг.3— устройство для изготовления сегментов подшипника.

Сегмент содержит рабочий слой 1, выполненный из антифрикционного ма.териала с нанесенным на наружной по.зц 1620275 А1

2 слой. Промежуточный слой получают путем злектрохимического осаждения в осесимметричном радиальном поле в электролите, содержащем короткие углеродные волокна во взвешенном состоянии. Промежуточный слой выполнен в виде пространственной структуры, армированной углеродными волокнами с проникновением последних в наружный слой. Вкладыш благодаря снижению за счет использования армированного углеродньвж волокнами промежуточного слоя собственной инерционности обладает повышенной способностью отслеживать движение вала, т,е. повышенной виброустойчивостью. Повышенная жесткость структуры промежуточного слоя способствует повышению несу"" щей способности вкладыша. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. верхности металлическим слоем 2, на поверхности которого выращен электро-химическим методом промежуточный слой

3, имеющий пространственчую ориентированную структуру, армированную углеволокном 4, и наружный слой 5, причем углеволокно 4 проникает в металлические слои 2 и 5. Сегмент установлен в опоре 6 на сферических пространственных шарнирах 7 с возможностью самоустановки относительно наружной поверхности ротора (шипа) 8 подшипника с центром 9.

Подшипник работает следующим образом.

При вращении ротора 8 между его опорной поверхностью и рабочим слоем

1520275

1 образуется "газодинамический клин", обеспечивающий определенное усилие центрирования ротора 8 относительно центра 9 подшипника. При этом исключается потеря несущей способности

5 подшипника из-за изменения формы сегментов, так как пространственная ориентированная структура промежуточного слоя 3 обладает высокой жесткостью к радиальным нагрузкам, причем армирование углеродными волокнами 4 дополнительно увеличивает жесткость промежуточного слоя 3 вследствие исключительно высокой жесткости углеволокон, равной (3,55, 2) 10 МПа.

Способ изготовления вкладыша подшипника скольжения заключается в следующем. Производят поочередно химическое осаждение слоя металла (например, никеля) на наружную поверхность рабочего слоя вкладыша, электрохимическое осаждение промежуточного слоя с ориентацией армирующих углеродных волокон во внешнем осесимметричном радиальном магнитном поле, электрохимическое осаждение наружного металлического слоя (например, никелевого) .

Для изготовления вкладышей подшип- ника гредлагаемым способом наружную поверхность рабочего слоя 1, выполненного из углеграфита, предварительно очищают хромовой смесью промывают, сенсибилизируют в хлористооловянном растворе, активируют хлоридом палладин.. Подготовленную поверхность никелируют при 85 С, в растворе, имеющем

0 состав г," л хлОристый никель 30 ги

ll ô ôH HB.YAH 1 О, лимоннокислый натрий 10. Толщина никелевого покрытия 2 ° 10 м. Затем на поверхности

-з слоя 2 фиксируют подпятник сферического пространственного шарнира 7, изготовленный из никеля. Всю заготов45 ку помещают в электролит состава, /JI борная кислота 25, ристый, 250; при 60 С с находящимися в нем во взвешенном состоянии углеродными волокнами 4 длиной

-6 (1 — 1,5) ° 10 и и диаметром (7-8) ° 10 м, причем используют углеродное волокно, полученное карбонизацией полиакрилоо нитрила при 2800 С.

Емкость с электролитом и находящей-55 ся в нем заготовкой помещают в осеси жетричное радиальное магнитное поле. При контакте волокон с поверхностью никелевого слоя 2 под воздействием электрохимического осаждения атомов никеля углеродные волокна 4 фиксируются на поверхности слоя 2.

Причем в момент фиксации на волокно

4 начинают осаждаться отдельные атомы никеля, которые, взаимодействуя с источником осесимметричного радиально направленного магнитного поля, способствуют ориентации углеродных волокон 4 в направлении силовых линий внешнего магнитного поля. При дальнейшем протекании процесса волокна 4 покрываются сплошным слоем никеля толщиной (5-6) 10 м. Одновременно происходит электрохимическое приращение подпятника сферического пространственного шарнира 7 к поверхности слоя 2. Процесс осаждения углеродных волокон 4 продолжаетея до достижения толщины промежуточного слоя 3 величины порядка 2 ° 10 м, после чего выступающие из общей массы волокна 4 обрезают, заготовку подвергают толстослойному электрохимическому меднению до толщины 2 10 м

B электролите состава, г/л: сернокислая медь 160-230, серная кислота 6078,при 20 С. Затем внешнюю поверхность сегментов обрабатывают до требуемой формы и шлифуют до вскрытия углеродных волокон 4. Причем механическую жесткость шлифуемой заготовки обеспечивают медью, заполняющей промежуточный слой 3.

Далее медь подвергают химическому травлению в растворе состава: ангидрид хрома (CrOy) 480 10 кг/л; серная кислота концентрацией 1,84 10 кг/м

35 мл/л, при 70 С. Травление меди необходимо для оголения окончаний углеродных волокон 4, чем обеспечивают возможность проникновения волокон в следующий слой. Контроль за глубиной травления осуществляют периодически с применением микроскопа. По завершению травления заготовку подвергают электрохимическому никелированию при

60 С в электролите состава, г/л: борная кислота 25, хлористый никель

250 г/л. Толщина никелевого слоя (5-2) 10 м. Затем никелевый слой 5 перфорируют до вскрытия медного слоя, медь удаляют химическим травлением в растворе состава; ангидрид хрома (Cr0>) 480 > 10 кг/л; серная кислота койцентрацией 1,84 10 з кг/мз 35 мл/л, при 70 С.

275 6

Внутри сосуда 15 расположен кольцевой никелевой анод 16, присоединенный к положительному полюсу источника тока.

Возможно использование нескольких стеклянных сосудов, причем их количество определяют в зависимости от количества используемых химических

i реактивов. Внешнее магнитное поле,необходимое для электрохимического выращивания промежуточного слоя сегмента, создают асесимметричным промежуточно радиальным магнитом 17, расположенным снаружи стеклянного сосуда 15. Перемешивание электролита со взвешенными углеродными волокнами осущестляют сжатым воздухом через отверстия 18 в дне сосуда 15. После завершения всех электрохимических и химических реакций углеграфитовый стержень 10 рассверливают в осевом направлении, полученный внутренний диаметр растачивают до необходимого размера. Затем полученную втулку разрезают на сегменты, необходимые для-сборки.

Таким образом получен многослойный сегмент радиального сегментного газодинамического подшипника, причем все слои выполнены химическим и гальваУстройство предназначено для изготовления комплекта из шести сегментов,;® необходимых для сборки двух радиальных сегментных подшипников, являющихся опорами одного вала. Углеграфитовый стержень 10, полученный токарньм способом, с наружным диаметром ническим методами с использованием известных электролитов и растворов, что обеспечивает доступность реализации способа изготовления подшипника.

Полученный сегмент представляет собой однородную конструкцию, а пространственная ориентированная структура промежуточных слоев позволяет снизить массу сегмента по сравнению с цельнометаллическим сегментом и, кроме того, обеспечить высокую жесткость как всей конструкции, так и отдельных ее составляющих sa счет использования нике41 ля (модуль Юнга 2,04 ° 10 Па) и углеродных волокон (модуль Юнга (3,5—

14

5,2). 10 Па). Армирование промежуточного слоя углеродньми волокнами улучшает также теплопроводность сегмента, так как коэффициент теплопроводности никеля при 25 С равен 23 Вт/м град, а коэффициент теплопроводности углеродного волокна при тех же условиях составляет величину,равну 330 Вт/м град, причем превышение теплопроводности углеродного волокна над теплопроводностью никеля сохрайяется в широком интервале температур, в том числе и на азотном уровне: 75 и 17 Вт/м град соответственно, что особенно важно для радиальных сегментных подшипни35

D d + 23 где dа — наружный диаметр вала, мм, 8 - толщина рабочего слоя ceFмента мм, фиксируют в приспособлении 11 при помощи шести никелевых подпятников 12 и шести резьбовых штоков 13 со сферическими головками. Угловое расстояние между осями штоков равно углевому расстоянию между опорными штоками в собранном подшипнике и составляет

120. Длина углеграфитового стержня а

Б 2,15 Sc>

50 где- Б — ширина сегмента, мм.

Приспособление 11 с зафиксирован ным углеграфитовым стержнем 10 подвешивают на медном стержне 14 внутри стеклянного сосуда 15, заполненного химическим раствором (электролитом).

Медный стержень 14 присоединен к от, рицательному полюсу источника тока.

5 1520

При необходимости получения следующего промежуточного слоя 3 повторяют описанную последовательность операций. Количество промежуточных слоев ограничивают расчетной массой сегмента.

Реализовать способ изготовления сегментов радиального сегментного подшипника можно, например, при помо- 10 щи устройства, изображенного на фиг.3. Устройство содержит стержень

10 из электропроводного материала, например углеграфита, необходимый для формирования на его наружной поверхности промежуточного и наружного слоев вкладыша, приспособление 11 для фиксации стержня !О при помощи подпятников 12, выполненных, например, из никеля, и резьбовых штоков 13, 2р стержень 14 из электропроводного материала {например, меди), сосуд 15 для электролита, расходуемый анод 16 и осесимметричный радиальный магнит

17. В дне сосуда 15 выполнены от- 25 верстия 18 для подвода сжатого воздуха.

1 520275 в

Фие.2 ков роторов турбодетандеров. Таким образом, полученный радиальный сегментный подшипник отличается повышенной несущей способностью и виброустойчивостью по сравнению с известными, а способ его изготовления отличается доступностью, дешев и не требует сложного технологического оборудования.

Формула изобретения

1. Вкладыш подшипника скольжения, содержаний рабочий слой иэ антифрикционного материала, наружный слой из

15 твердого материала и промежуточный слой, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности и виброустойчивости, промежуточный слой выполнен в виде пространственной структуры, армированной углеродными волокнами с проникновением последних в наружный слой.

2 Способ изготовления вкладыша подшипника скольжения, включающий формообразование рабочего, промежуточного и наружного слоев, о т л и ч а юшийся тем, что промежуточный слой получают путем электрохимического осаждения в осесимметричном радиальном магнитном поле в электролите, содержащем короткие углеродные волокна во взвешенном состоянии.

1520275

Составитель Т. Хромова

Техред Л. 0лийнык Корректор M. Самборс "ая

Редактор Н. Яцола.Заказ 6738/38 Тираж 699 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101