Самосмазывающийся шарнирный узел, выполненный c использованием композитного материала и эксплуатируемый при высоких динамических нагрузках

Изобретение относится к области самосмазывающихся соединений, в частности к конструкции оси в шаровом шарнире или опоре, имеющей поступательное или вращательное направление хода. Изобретение преимущественно относится ко всем типам соединений, требующих эксплуатации без применения смазки, то есть самосмазывающимся в процессе функционирования, и эксплуатируемых при высоких нагрузках в динамическом состоянии. Самосмазывающийся шарнирный узел, эксплуатируемый в динамическом режиме при высоком контактном давлении, превышающем 40 МПа, содержит шаровой шарнир (1), вставленный в корпус (2), при этом упомянутый шаровой шарнир (1) принимает ось (3), выполненную с возможностью скольжения и/или вращения в нем. Шаровой шарнир (1) выполнен с использованием намотки ткани малой толщины, составляющей от 20 до 150 мкм, смешанной со смолой, содержащей наполнители, при этом указанная ткань имеет вид полос с шириной в диапазоне от 5 до 200 мм, причем указанные полосы пересекаются в нескольких слоях с использованием филаментной намотки, причем угол пересечения составляет от 10 до 90°. Технический результат: создание самосмазывающегося соединения, выполненного из полимера, однородного по всей его толщине, без армирующей подложки и эксплуатируемого при высоких нагрузках. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области самосмазывающихся соединений, в частности к конструкции оси в шаровом шарнире или опоре, имеющей поступательное или вращательное направление хода.

Настоящее изобретение преимущественно относится ко всем типам соединений, требующих эксплуатации без применения смазки, то есть самосмазывающимся в процессе функционирования, и эксплуатируемых при высоких нагрузках в динамическом состоянии.

Целью настоящего изобретения является получение самосмазывающегося соединения, выполненного из полимера, однородного по всей его толщине, без армирующей подложки и эксплуатируемого при высоких нагрузках, например, больших чем 60 МПа, в динамическом режиме.

В соответствии с уровнем техники такой тип композитного полимерного соединения не является полностью удовлетворительным из-за его плохих эксплуатационных характеристик при механических нагрузках и рисков его растекания и расслаивания при динамических нагрузках, в том числе при нагрузках ниже 60 МПа. Например, известны самосмазывающиеся шаровые шарниры, образуемые корпусом из композитного полимера или имеющим фрикционное композитное покрытие и сферой из хромистой или нержавеющей стали. Однако в них возникают проблемы заклинивания между сферой и осью. Известны также шаровые шарниры, полностью выполненные из полимеров, но не имеющие никакого сопротивления динамическим нагрузкам, большим чем 40 МПа.

Цель настоящего изобретения состоит в преодолении этих недостатков простым, надежным, эффективным и рациональным способом.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в обеспечении самосмазки двух контактов шарового шарнира, то есть, во-первых, между сферой и корпусом и, во-вторых, между сферой и осью, с целью получения возможности легкого демонтажа контакта сфера/ось, причем данное соединение должно быть приспособлено для больших контактных давлений, превышающих 40 МПа.

Предлагается шаровой шарнир, выполненный с использованием намотки ткани малой толщины в диапазоне от 20 до 150 мкм, в предпочтительном варианте осуществления изобретения - от 20 до 130 мкм, смешанной со смолой, содержащей наполнители, при этом упомянутая ткань имеет вид полос с шириной в диапазоне от 5 до 200 мм, причем упомянутые полосы пересекаются в нескольких слоях в соответствии с техникой филаментной намотки.

Такие особенности обеспечивают бóльшую однородность при помощи более тонких полос и бóльшую устойчивость к касательным напряжениям трения благодаря пересечению слоев ткани, образующих материал.

Это также приводит к улучшению функциональных характеристик при динамических нагрузках за счет пересечения полос и улучшению характеристик при статических нагрузках за счет повышения однородности материала.

Предлагается диапазон углов пересечения от 10 до 90°, в предпочтительном варианте осуществления изобретения - от 30 до 86°.

Другой особенностью изобретения является то, что в качестве смолы используют эпоксидную смолу, смолы сложных виниловых эфиров, полиэфирные, фенольные, полиимидные или другого типа, в то время как в качестве наполнителя – ПТФЭ, MoS₂ или вещества типа графита.

Следует отметить, что наполнители составляют от 5 до 70% объема.

Другой особенностью изобретения является то, что отверстие кольца и его периферия имеют самосмазывающееся покрытие.

Ниже настоящее изобретение обсуждается подробнее с помощью прилагаемых чертежей, на которых:

- на фиг. 1 показан продольный разрез узла соединения, образованного самосмазывающейся сферой или шаровым шарниром, помещенным в самосмазывающийся корпус, и выполненного из ткани, нанесенной методом пересечения в соответствии с особенностями настоящего изобретения для получения бóльшей однородности;

- на фиг. 2 представлен вид, соответствующий фиг.1, после установки оси в отверстие шарового шарнира.

Как указано, на фиг. 1 изображен самосмазывающийся шаровой шарнир или сфера (1) соединения, помещенная в корпус (2). Отверстие (1а) шарового шарнира (1) предназначено для приема оси (3), которая может совершать внутри него вращательно-поступательное скольжение.

Отверстие шарового шарнира и его периферия покрыты самосмазывающимся материалом (4). Цель состоит в том, чтобы избежать каких-либо эффектов заклинивания.

В данном изобретении самосмазывающийся шаровой шарнир (1) изготовлен с использованием намотки синтетической ткани малой толщины, лежащей в диапазоне от 20 до 150 мкм и в предпочтительном варианте осуществления изобретения – от 20 до 130 мкм.

Ткань, которая имеет вид полос, смешивается с эпоксидной смолой или смолами сложных виниловых эфиров, полиэфирными, фенольными, полиимидными или другого типа.

Смола содержит в себе от 5 до 70% объема наполнителей ПТФЭ, MoS₂, типа графита или другого типа.

Цель состоит в том, чтобы получить продукт, который является однородным по всей его толщине.

Полосы ткани имеют ширину в диапазоне от 5 до 200 мм и наматываются на оправку определенного диаметра согласно технике филаментной намотки.

Полосы наматывают с пересечением в несколько слоев, диапазон углов пересечения от 10 до 90° и в предпочтительном варианте осуществления изобретения – от 30 до 86°. Например, обмотка имеет 9 слоев по 100 мкм в отличие от обмотки согласно уровню техники в 3 слоя по 300 мкм.

Следует отметить, что ткань, предназначенная для смешивания со смолой, может быть типа тафты, атласа, саржи, не исключая тканей с другими волокнистыми структурами.

Нужно упомянуть следующие тестовые испытания соединений в виде самосмазывающегося композитного шарового шарнира в соответствии с особенностями настоящего изобретения и в соответствии с уровнем техники (опора E1 и опора E2).

• Протокол

Характеристика оси: 16 NC 6 СТ Ra: 0,4

Характеристика опоры:

Тип опоры: Шаровой шарнир Ø35 х Ø55 х 25

Движение: Попеременные вращения на 90°

Давление, рассчитанное в области проекции: 40 МПа

Скорость скольжения: 6 мм/с

• Критерий остановки теста

Коэффициент трения > 0,25

Износ > 0,5 мм

Количество достигнутых циклов: 365000 циклов

• Результаты испытаний

▪ Опоры в соответствии с изобретением:

- Пересекающаяся намотка

- Ширина полосы ткани: 30 мм, толщина 0,10 мм

- Износ = 0,35 мм

- F <0,1

- Количество циклов: 365000 циклов

▪ Опоры Е1:

- Намотка под углом 90°

- Ширина ткани полосы: 1200 мм, толщина 0,30 мм

- Износ = 0,5 мм

- F < 0,2

- Количество циклов: 2500 циклов

▪ Опоры Е2:

- Намотка под углом 90°

- Ширина ткани полосы: 1200 мм, толщина 0,30 мм

- Износ > 0,5 мм

- F < 0,25

- Количество циклов: 3000 циклов

Преимущества опоры в соответствии с изобретением хорошо видны из приведенного описания, особенно нужно подчеркнуть и напомнить следующее:

- лучшие эксплуатационные характеристики при динамических нагрузках за счет пересечения полос ткани,

- лучшие эксплуатационные характеристики при статических нагрузках за счет лучшей однородности материала,

- невозможность заклинивания между шаровым шарниром и осью.

1. Самосмазывающийся шарнирный узел, эксплуатируемый в динамическом режиме при высоком контактном давлении, превышающем 40 МПа, и содержащий шаровой шарнир (1), вставленный в корпус (2), при этом упомянутый шаровой шарнир (1) принимает ось (3), выполненную с возможностью скольжения и/или вращения в нем, отличающийся тем, что шаровой шарнир выполнен с использованием намотки ткани малой толщины, составляющей от 20 до 150 мкм, смешанной со смолой, содержащей наполнители, при этом указанная ткань имеет вид полос с шириной в диапазоне от 5 до 200 мм, причем указанные полосы пересекаются в нескольких слоях с использованием филаментной намотки, причем угол пересечения составляет от 10 до 90°.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что толщина материала составляет от 20 до 130 мкм.

3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что угол пересечения составляет от 30 до 86°.

4. Узел по п. 1, отличающийся тем, что ткань является синтетической.

5. Узел по п. 1, отличающийся тем, что смола является эпоксидной, сложного винилового эфира, полиэфирной, фенольной или полиимидной.

6. Узел по п. 1, отличающийся тем, что наполнителями являются ПТФЭ, MoS₂ и наполнители типа графита.

7. Узел по п. 6, отличающийся тем, что наполнители составляют от 5 до 70% объема.

8. Узел по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что отверстие шарового шарнира и его периферия имеют самосмазывающееся покрытие.