Шаровая опора

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве опорных узлов 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 в виде крышек, жестко соединенных между собой, с заключенным в корпус шаровым пальцем со сферической головкой, разделенной во вкладыше, при этом между вкладышем и корпусом находится термопластичный наполнитель, а палец выполнен из сплава ВЖЛ, на сферической поверхности которого нанесено многослойное композиционное покрытие, со сдвиговым сопротивлением, меньшим сдвигового сопротивления шаровой опоры, при этом первый слой подложки методом гальванического покрытия выполнен из Та, второй слой из Ag нанесен электролитическим способом, а третий выполнен из твердосмазочного покрытия ВАП. На сферической поверхности шарового пальца сформировано многослойное твердосмазочное покрытие и методом гальванического покрытия подложка выполнена из Та и электролитического слоя Ag с последующими нанесениями твердосмазочного покрытия ВАП на обе его поверхности и с верхним слоем сплава ВЖЛ, нанесенного методом алитирования. Технический результат: повышение фрикционных характеристик, снижение коэффициента трения, а также снижение реверсивности процесса трения. 2 ил.

 

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

Необходимость надежного функционирования опорных узлов трения с малым значением коэффициента трения вызвала широкие исследования в области твердых смазок и твердосмазочных покрытий (ТСП). ТСП представляют собой антифрикционные смазочные покрытия, обеспечивающие низкие коэффициенты трения и заданный ресурс работы узла трения. ТСП обладают высокой прочностью сцепления с основой и низким сопротивлением сдвигу, радиационно стойки, имеют малую склонность к разложению и старению. ТСП не загрязняют детали механизмов, отличаются простотой нанесения, особенно на большие опорные поверхности, и повышенной несущей способностью за счет более высоких прочностных свойств подложки.

Одним из основных факторов, определяющим диапазон применения ТСП, является их температурная стабильность. Различные типы ТСП предназначены для работы при температурах свыше 1000°С, они также работоспособны при работе в воздухе до 300°С и выше, в вакууме и в среде инертных газов - до значительно более высоких температур. Эти материалы применяют в низкочастотных узлах трения, в агрегатах пуска и остановки механизмов, когда другие смазочные материалы не обладают необходимой несущей способностью.

Применение ТСП позволяет избежать схватывания трущихся поверхностей в узлах трения, совершающих колебательные движения с небольшими амплитудами перемещения, а также в условиях фреттинг-коррозии.

Известны сферические шаровые опоры с подшипниками скольжения (а.с. СССР №2016277, F16C 11/06, 1992 г.; патент РФ №2049376, F16C 11/06, 1994 г.; патент РФ №2338936, F16C 11/06, 2007 г.; патент РФ №2432506, F16C 11/06, 2010 г.).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2588362, F16C 11/06, 2016 г., которое было принято авторами за ближайший аналог.

Шаровая опора содержит корпус, состоящий из двух крышек 1 и 2 (фиг. 1), неразъемно соединенных между собой, металлический шаровой палец 3, заключенный в корпус, выполнен их материала ВЖЛ, а на его поверхности сформировано многослойное композиционное покрытие со сдвиговым сопротивлением, меньшим сдвигового сопротивления шаровой опоры, при этом первый слой подложки методом гальванического покрытия выполнен из тантала, второй слой из серебра нанесен электролитическим способом, а третий выполнен из ТСП ВАП (микродисперсный молибден с лаком ФЛ), вкладыш полимерный 4, наполнитель 5 с металлическими гранулами 6. Вкладыш 4 выполнен из твердосмазочного материала (фторопласт-4, ЦПА-6/15 и др.). Наполнитель 5 выполнен из полимера, модифицированного металлическими гранулами 6.

Недостатком данной сферической шаровой опоры является то, что при изменении вектора нагрузки (т.е. по пути трения) происходит перераспределение зоны интенсивного изнашивания, что сильно влияет на физико-химическое состояние ТСП, его фрикционные и износные характеристики, а следовательно, и работоспособность СШП в целом.

Влияние скорости скольжения на работоспособность СШП с ТСП изучено недостаточно. При низких скоростях скольжения увеличение температуры во фрикционном контакте незначительно и можно полагать, что изменение скорости в небольших пределах мало скажется на работоспособности СШП. Процесс разрушения и восстановления защитных пленок от скорости скольжения, по всей вероятности, будет характеризоваться видом ТСП и может быть определен только в конкретных условиях.

Технической задачей является повышение фрикционных характеристик СШП, снижение коэффициента трения, а также снижение реверсивности процесса трения, что сказывается на процессах переформирования рабочих поверхностей, что в конечном итоге повышает ресурс работы шаровой опоры.

Указанная задача решается за счет того, что в шаровой опоре, содержащей корпус, выполненный из двух частей в виде крышек, жестко соединенных между собой, с заключенным в корпус шаровым пальцем со сферической головкой, размещенной во вкладыше, при этом между вкладышем и корпусом находится термопластичный наполнитель, палец выполнен из жаропрочного сплава ВЖЛ, на его сферическую поверхность нанесено многослойное композиционное покрытие со сдвиговым сопротивлением, меньшим сдвигового сопротивления шаровой опоры, при этом первый слой подложки методом гальванического покрытия выполнен из Та, второй слой из Ag нанесен электролитическим способом, а третий выполнен из твердосмазочного покрытия ВАП, на третьем слое композиционного покрытия сформировано дополнительное многослойное твердосмазочное покрытие, первый слой которого выполнен из твердосмазочного покрытия ВАП, второй - методом гальванического покрытия из Та, на который способом алитирования нанесен сплав ВЖЛ.

На представленных графических материалах изображено: на фиг. 1 - шаровая опора по патенту 2581362; фиг. 2 - шаровая опора с дополнительным многослойным покрытием, где:

1, 2 - крышки корпуса,

3 - палец,

4 - полимерный вкладыш,

5 - наполнитель,

6 - металлические гранулы наполнителя,

7 - структура многослойного композиционного покрытия.

Таким образом, формируя многослойное композиционное твердосмазочное покрытие на сферической поверхности пальца опоры, существенно снижаются направления движения в поверхностных слоях и значительно уменьшаются возникающие знакопеременные напряжения, которые увеличивают процесс изнашивания СШП.

Шаровая опора, содержащая корпус, выполненный из двух частей в виде крышек, жестко соединенных между собой, с заключенным в корпус шаровым пальцем со сферической головкой, разделенной во вкладыше, при этом между вкладышем и корпусом находится термопластичный наполнитель, а палец выполнен из сплава ВЖЛ, на сферической поверхности которого нанесено многослойное композиционное покрытие, со сдвиговым сопротивлением, меньшим сдвигового сопротивления шаровой опоры, при этом первый слой подложки методом гальванического покрытия выполнен из Та, второй слой из Ag нанесен электролитическим способом, а третий выполнен из твердосмазочного покрытия ВАП, отличающаяся тем, что на третьем слое композиционного покрытия сферической головки шарового пальца дополнительно сформировано многослойное твердосмазочное покрытие, первый слой которого выполнен из твердосмазочного покрытия ВАП, второй - методом гальванического покрытия из Та, на который методом алитирования нанесен сплав ВЖЛ.