Вкладыш подшипника скольжения и способ его изготовления

(21) 4304199/25-27 (22) 07,09,87 (46) 07.11,89, Бюл (72) 1(1,А, Кащеев и (53) 621.822.5 (08 (56) Заявка ФРГ Кф кп. Р 16 С 33/20,Р 41И.А. Ша,8)961833,976,ИКА СКОЛЬЖЕНИЯВЛКНИЯ тносится к машино ыть использовано а электрочный слой оже троению чгазодина частност ь использовано ур бомашин,сокоско ческихв опораоров турретенияности и порах т х сверхвбодетанд - повыш ростных ротЦель изобсущей способвости. ров,ние неойчивибро ских простзможностью лен ьныи к, общий вид,н сегмент); наиг1 на фиг,3товления сегме аружнои подшипслой 1, ого маужной поабочи между егоабочим слоем цио на щенки рото веохностью опорнои ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТОО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТСССР ОПИСАНИЕ А ВТОРСКОМУ СВИ(54) ВКЛАДЫШ ПОДШИПИ СПОСОБ ЕГО ИЗГО(57) Изобретение остроению и можетв газодинамическв частности в опороторов турбодетаретения - повышенности и виброустосодержит рабочийционного материалтвердого материал их опорах турбомашин, рах сверхскоростных ндеров. Цель изобие несущей способйчивости. Вкладыш слой из антифрика, наружный слой из а и промежуточный Изобретение относится к машиноНа фиг.1 предста сегментный подшипни разрез (показан оди фиг.2 - узел Х на ф устройство для изго тов подшипника. Сегмент содержит выполненный из анти териала с нанесеннымслой, Промежуточный слой получают путем злектрохимического осаждения восесимметричном радиальном поле вэлектролите, содержащем короткие углеродные волокна во взвешенном состоянии. Промежуточный слой выполненв виде пространственной структуры,армированной углеродными волокнамис проникновением последних в наружный слой. Вкладыш благодаря снижениюза счет использования армированногоуглеродными волокнами промежуточного слоя собственной инерционностиобладает повышенной способностьюотслеживать движение вала, т,е. повышенной виброустойчивостью, Повышенная жесткость структуры промежуточного слоя способствует повышению несущей способности вкладыша, 2 с.п.ф-лы, 3 ил. верхности металлическим слоем 2, н поверхности которого выращенхимическим методом промежуто 3, имеющий пространственчую ориенти рованную структуру, армированную уг леволокном 4, и наружный слой 5, пр чем углеволокно 4 проникает в метал лические слои 2 и 5. Сегмент установлен в опоре 6 на сфериче ранственных шарнирах 7 с во самоустановки относительно н поверхности ротора (шипа) 8 ника с центром 9.Подшипник работает следующим образом.При врара 81 образуется "газодинамический клин",обеспечивающий определенное усилиецентрирования ротора 8 относительноцентра 9 подшипника. При этом исключается потеря несущей способности5подшипника из-за изменения формысегментов, так как пространственнаяориентированная структура промежуточного слоя 3 обладает высокойжесткостью к радиальным нагрузкам,причем армирование углеродными волокнами 4 дополнительно увеличиваетжесткость промежуточного слоя 3вследствие исключительно высокойжесткости углеволокон, равной (3,55 2) 10 МПа,Способ изготовления вкладыша 9 од"шипника 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 25углероцных волокон во внешнем осесимметричном радиальном магнитном поле,электрохимическое осаждение наружногометаллического слоя (например, никелевого) .Для изготовления вкладышей подшип-ника гредлагаемым способом наружнуюповерхность рабочего слоя 1, выполненного из углеграфита, предварительно очищают хромовой смесью промывают,сенсибилизируют в хлористооловянномрастворе, активируют хлоридом палладин Подготовленную поверхность никелируют при 85 С, в растворе, имеющемосостав г,фл хлористый никель 30 гипофосфит натрия 10, лимоннокислыйнатрий 10, Толщина никелевого покрытия 210 м. Затем на поверхности-5слоя 2 фиксируют подпятник сферического пространственного шарнира ,изготовленный из никеля. Всю заготов 45ку помещают в электролит состава,г/л: борная кисло 25, никель хлористый, 250; при 60 С с находящимисяв нем во взвешенном состоянии углеродными волокнами 4 длиной(1 - 1,5) 10и и диаметром (7-8)10 м,причем используют углеродное волокно,полученное карбонизацией полиакрилоонитрила при 2800 С,Емкость с электролитом и находящей ся в нем заготовкой помещают в осесиьщетричное 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 Я 10м, после чего выступающие из общей массы волокна 4 обрезают, заготовку подвергают толстослойному электрохимическому меднению до толщины 2 10м в электролите состава, г/л: сернокислая медь 160-230, серная кислота 60- 78,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 (СгО) 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 составаф ангидрид хрома (СгО) 480 ф 10кг/л; серная кислота койцентрацией 1,84 10 з кг/мз 35 мл/л, при 70 С.Б 2,15 Я 5 15При 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 помощи 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, стержень 14 из электропроводного материала (например, меди), сосуд 15 для электролита, расходуемый анод 16 и осесимметричный радиальный магнит 17. В дне сосуда 15 выполнены отверстия 18 для подвода сжатого возду- ха Устройство предназначено для изготовления комплекта из шести сегментов, необходимых для сборки двух радиальных сегментных подшипников, являющихся опорами одного вала. Углеграфитовый стержень 10, полученный токарньак способом, с наружным диаметром П-а,+ 28где да - наружный диаметр вала, мм,3 - толщина рабочего слоя сегмента мм,фиксируют в приспособлении 1 1 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 составляета120. Длина углеграфитового стержня где 8 " ширина сегмента, мм.Приспособление 11 с зафиксированным 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,20275 6Внутри сосуда 15 расположен кольцевойникелевой анод 16, присоединенный кположительному полюсу источника тока.Возможно использование несколькихстеклянных сосудов, причем их количество определяют в зависимости отколичества используемых химическихреактивов. Внешнее магнитное поле,необходимое для электрохимического выращивания промежуточного слоя сегмента,создают асесимметричным промежуточнорадиальным магнитом 17, расположеннымснаружи стеклянного сосуда 15. Перемешивание электролита со взвешеннымиуглеродными волокнами осущестляют сжатый воздухом через отверстия 18 в днесосуда 15. После завершения всех электрохимических и химических реакций 2 р углеграфитовый стержень 10 рассверливают в осевом направлении, полученныйвнутренний диаметр растачивают до необходимого размера. Затем полученнуювтулку разрезают на сегменты, необ ходимые для сборки.Таким образом получен многослойныйсегмент радиального сегментного газодинамического подшипника, причем всеслои выполнены химическим и гальваническим методами с использованиемизвестных электролитов и растворов,что обеспечивает доступность реализации способа изготовления подшипника.Полученный сегмент представляет собой однородную конструкцию, а пространственная ориентированная структурапромежуточных слоев позволяет снизитьмассу сегмента по сравнению с цельнометаллическим сегментом и, кроме того,обеспечить высокую жесткость как всейконструкции, так и отдельных ее составляющих за счет использования никеля (модуль Юнга 2,0410 Па) и углеродных волокон (модуль Юнга (3 5 -В 455,2)10 Па). Армирование промежуточ"ного слоя углеродньми волокнами улучшает также теплопроводность сегмента,так как коэффициент теплопроводностиникеля при 25 С равен 23 Вт/мград,а коэффициент теплопроводности углеродного волокна при тех же условияхсоставляет величину,равну 330 Вт/м град,причем превышение теплопроводностиуглеродного волокна над теплопроводностью никеля сохрайяется в широкоминтервале температур, в том числе ина азотном уровне: 75 и 17 Вт/м градсоответственно, что особенно важнодля радиальных сегментных подшипни 3520275 вков роторов турбодетандеров, Таким образом, полученныйрадиальный 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 изобретения1. Вкладыш подшипника скольжения,содержавшей рабочий слой иэ антифрик"ционного материала, наружный слой из15твердого материала и промежуточныйслой, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения несущей способности и виброустойчивости, промежуточный слой выполнен в виде пространственной структуры, армированнойуглеродными волокнами с проникновением последних в наружный слой. 2 Способ изготовления вкладышаподшипника скольжения, включающий формообразование рабочего, промежуточногои наружного слоев, о т л и ч а ющ и й с я тем, что промежуточныйслой получают путем электрохимического осаждения в осесимметричном радиальном магнитном поле в электролите,содержащем короткие углеродные волокна во взвешенном состоянии,.ЗаказБНИИПИ 8/38 Тираж 699 Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5