Подшипник скольжения и способ его изготовления

Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл. Г 16 С 33/ 2 Государственный комитет СССР пв делам изобретений и открытий(53) УДК 621.822. .5 (088.8) Иностранец Джеймс Лерой Бидлер(72) Автор изобретения Иностранная фирма Минесота майнинг энд Мануфакчуринг компани(54) ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯИ СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Изо"р. ение относится к области машиностргения.И. вест н подшипник скольжения, выполненный из материала с пористой структурой, пропитанной связываюгцим вегцеством 1 .Известен также способ изготовления этого подшипника, заключающийся в приготовлении смеси, формировании детали, спекании и пропитке смазывающим веществом(Ц,Однако этот подшипник не обладает удовлетворительной характеристикой параметров при работе с повышенными нагрузками и частотами вращения.Это объясняется тем, что спекаемая пористая структура состоит из отдельных частиц большого размера и разнообразной формы, что при формировании детали дает не однородную структурную сетку.Целью изобретения является повышение работоспособности подшипника при повышенных нагрузках и частотах вращения.Это достигается тем, что пористая структура образована из отдельных микрочастиц, сцепленных между собой с помощью связующего вещества, частично заполняющего промежутки между микроэлементами с образованием взаимосвязанных пор.Микрочастицы могут быть полностью выполнены из стекла и иметь сферическую форму.Большая часть микрочастиц может быть выполнена из стекла и иметь сфернческу 1 о форму, а остальная часть выполнена из металла.Связукмцее ве щество может содержать органический, отверждаемый компонент, или неорганический компонент. или частицы твердой смазки, диспергируюгцей с ним.Большая часть микрочастиц может иметь покрытие из связующего вещества. Способ изготовления описываемого подшипника характеризуется тем, что формование ведут путем уплотнения смеси с образованием плотноупакованной структуры оез деформации микрочастиц, перед нагреванием заготовку извлекают из формы, а 20 нагревание ведут до расплавления связующего вешества.Смесь исходных компонентов могут образовывать нанесением покрытия связующеговещества пд каждую микрочастицу до образования пористой массы.На фиг. 1 изображен подшипник скольжения, обгций вид; на фиг. 2 = микрочдстнцы.Подшипник скольжения выполнен из материала с пористой сгруктурой, которая образована из отдельных микОчдстиц 1, которые могут быть вышглнсны из стекла и иметь сферичсскук форму.Возможно гдкжс, что только часть микрочастиц (и при том большая) может быть выполнена из стекла, д остальная часть из металлов.Большая часть микрочдстиц может иметь покрытие из связующего вещества в форме частиц 2. Покрытие 3 связующего материала сцепляет микрочастицы 1 не только между собой, но и с отдельными частицами связующего вещества, так как покрытие 3 пленкообразное липкое.Пористая структура подшипника пропитана смазываюгцим веществом, которое может содержать органический, отверждаемый компонент или неорганический компонент.Связующее вещество может содержать частицы твердой смазки, диспергирующей с ним. Связующее вещество частично заполняет промежутки между микрочастица ми.Для получения предлагаемого подшипника скольжения приготавливают смесь исходных компонентов, уплотняют их твердые частицы с одновременным формованием заготовки подшипника так, что частицы смеси располагаются в виде плотноупакованной матрицы без деформации, а связующий материал только частично заполняет промежутки между частицами матрицы, ввиду того, что он дает возможность отформовать заготовку. После формовки заготовку извлекают из формы и нагревают до расплавления связующего вещества, которое растекается и отвсрждается.При изготовлении смеси исходных компонентов на каждую микрочастицу наносят связующее вегцсство до образования пористой массы.Пример 1. 9,1 кг стеклянных микросфер, имеющих диаметры от 37 до 53 мкм, подвергают силановой обработке путем смешивания их в течение 10 мин с 64 смо раствора разбавленного аминосилана в смесителе емкостью 8,9 л с небольшой скоростью. 1 о о 5 ЗО 4050 45 Покрытие микросферы высушивают в течение ночи при 150 - 66 С, а затем смешивают 15 мин, чтобы раздробить комки. На обработанные частицы наносят клейкое покрытие связующего материала путем перемешивания микросфер в растворе, состоящем из 25,4 частей диглицидилового эфира бисфенола А, 8,29 частей имеющего более высокий молекулярный вес диглицидилового эфира бисфенола А, 6,76 частей изофталилдигидразита, 15,6 частей двуокиси титана,1,05 частей толуолд и 41,23 частей метилэтилкстона. Этот ра твор добавляют к микро- сферам в количестве 564 см. Смеситель работает в течение 15 мин с низкой скоростью.Полученндя глинообразная смесь помецьастся в смеситель с двойным барабаном, имеющим побудитель, и перемешивается в течение 5 мин с микроизмельчением, отверждаемым на В-стадии органическим связующим материалом, 95% связующего материала должно быть размером более, чем 9 мкм, а 5% - больше, чем 18 мкм. Этот связующий материал включает 69 частей диглицидилового эфира бисфенола А, модифицированного несколькими десятыми части видоизмененного акрилата, который является выравнивающим агентом, 0,44 части тридиметиламиноэтилфенола, 5,5 частей катализаторной смеси, содержащей около 80 вес. ч, изофталилди гидроз ида, 20 частей ди ци а идиамида и 25 частей графитовых частиц со средним размером 9 мкм.В результате этого получается масса покрытых микросфер.Далее масса просеивается с помощью сита с размером ячеек 60 мешей (60 ячеек на 25,4 мм), чтобы удалить агломераты, получая выход 90%. Часть массы покрытых микросфер затем помешается в форму и уплотняется при комнатной температуре при давлении 700 кгсм, чтобы изготовить полый цилиндр длиной 2,5 см с наружным диаметром 3,8 см и внутренним диаметром 2,8 см. Полученная таким образом нсспеченная прессовка удаляется из формы и нагревается до температуры 205 С в течение 10 мин, в результате чего частицы связующего материала расплавляются, растекаотся и отверждаются.Цилиндр после отверждения связуюшсго материала должен иметь пористость около 23 % при среднем размере пор около 2 - 8 мкм в противоположность порам 2 - 40 мкм в обычных бронзовых подшипниках. Цилиндр подвергается пропитке под вакуумом 3,55 г смазки.Изготовленный описанным способом подшипник испытывался в качестве подшипника для холоднокатанного однодюймового стального вала. Испытания начинают при скорости вращения 550 об/мин и радиальной нагрузке 22,7 кг. Нагрузку увеличивают на 22,7 кг за каждый час до максимальной нагрузки в 205 кг, что эквивалентно нагрузочной способности 64500. В этот момент подшипник дымится и испытание прекращают.Измерения размеров, после того как испытание было прекращено. показывают, что внутренний диаметр подшипника увеличивается на 0,0038 см, длина на 0,018 см, и вес подшипника уменьшается на 0,35 грама 5 5 О 55 ма. Коэффициент трения изменяется от 0,056 ло 0,180 во время испытания.Пример 2. Использование смеси стеклянных микросфер и металлических частиц в качестве частиц матрицы при изготовлении подши п ци ка.Изготавливается смесь из 2,8 кг стеклянных микросфер, покрытых связующим, как описано в примере 1, и 1,7 кг алюминиевого порошка, имеющего средний размер частиц приблизительно 20 мкм. Эти мдтсриалы подвергают сухому смешиванию в смесителе с двумя барабанами с побудителем в течение одной минуты. Затем формуют полый цилиндр, имеющий такие же размеры, что и цилиндр по примеру 1, с использованием такого )ке давления прессования, температуры отверждения и времени отверждения. Пористость цилиндра составляет 20/, и средний размер пор 2 мкм.После пропитки смазкой таким же способом, что и в примере 1, цилиндр испытывают как подшипник с использованием такого же оборудования и режимов, что и в примере 1.Проведенные таким способом испытания показали следующее.Испытание было начато при 550 обмин и исходной радиальной нагрузке 22,7 кг, которая была увеличена со скоростью 22,7 кг/час до предельной нагрузки 318 кг испытательного оборудования. Максимальная нагрузка и скорость соответствуют нагрузочной способности 100 800.Измерения размеров после испытания не показали никакого изменения длины или диаметра и потери веса составляют 0,10 г.Лучшие результаты показаны в примере 2, что частично связано с меньшими размерами пор и улучшенной теплоцроволностью для образца.Улучшенная теплопроволность обеспечивает лучший теплоотвод от границы раздела вал - подшипник, который в противном случае имеет тенденцию разрушать или удалять смазку и приводит к нежелательным изменениям размеров и усталости материалов подшипника и вала.Наибольшее улучшение теплопров);1 ности отмечается, когда металлические частицы, не покрытые связующим материалом, смешаны с покрытыми стеклянными 44 кросфсрдх)и, хотя полезные результаты достигаются также при использовании металлических частиц, покрытых связующим материалом. Предпочтительно, чтобы стеклянные микросферы составляли большую часть матриць в предлагаемых подшипниках, поскольку стекло обладает хорошей прочностью на сжатие и из него можно легко сформовать сферы желаемого размера, а стоимость его цеболь шдя. Другие стойкие к раздавливаник) или неломкие матричные частицы, которые могут 10 20 25 30 35 ао быть использованы В целом и,)и кдк и;)л ь.включают неорганические ч;)с иц). ц;ириЧср Грдиуац НССКд, ЧдСтн 1 )р дц Нс).)ГО полимера, находящиеся В о гвср).1 цй фОрМЕ, ПО МЕИЫцс И ЧСрС, В цтц 1 ОЧ ИОЛ,ц 1- нике, и металлически чдл и,ц.Сферические частицы яв,Я)1. 1).1- почтительными, цо частицы с 1 црави)чц 11 форМой, НапрИМЕр Грац)ЛЫ цс.К;1 И ц;С- равномерные металлические частицы, и убыть также использованы. Частицы .4)л1:,1, быть твердыми, а не жидкими (оци м 1)быть полыми или пористыми) и и 1)с.сиочги. тельно нелеформир) смцчи при уч рс нш)ч давлении прессования, цдцричср, 7(13 1,)1-. чтобы можно было исполь,О 14 т что ри,сние лля образования цссисччии)й ирсс)ики. Частицы матрицы тдкжс цс .1 олжи,1 рстсКатЬСя ВО ВрЕМя ОтвержЛЕцпя, ЧтОС)ц сОХрднять желаему)о пористость.Размер частиц можсг из)1 111,)1, чтобы ПОЛуцатЬ ИЗМЕНЕННЫЕ С)ОЛ и 1, И СХсец Чдгтиц различного размера чогуг быть иси)льзованы или в произвольной смеси, или В лискретных слоях. Например, структура у поверхности прс;1 лагдечого ш)лц)иц икд чожЕт ИМЕТЬ Одцу ПОрИСтОСтЬ, д Вцутрс цццй слой, который хрднит смазку, поступ;1)оисч)о к поверхности по 1 шиццик;1, ч)жл им 1 ь другую пористость. Для болыиицлвд црллагаемых ц)лшипциков ч 4 стцц ч;1 грин будут находиться В лис)цд:оис чжл) 1 О и 200 мк ч, и ц рс.1 цочтитл ь но мс цыц 100 мкм в лидчстрс, цо полевиц 1)с дльт;1) ц могут быть цолучсиь и д цр илами это)о лидцазоцд.Большое количсство различных сцязук)- ших материалов может быть испо,ио 1)аО д,)я соединения частиц мсжлуо)ой. Кдк и ра В 4,) О, с вяз 10 ц 1 и )11 тср 111,1 От 14 111 тя от частиц матрицы, цо чецыцси черс, параметрами текучести вс) Время изготоц.ц ция подшипников. В некоторой точкс В процессе ИЗГОТ)В,1 ЕНИЯ СВЯЗ) К)п(ИЙ 114 ТСР 14)Л В ОС 14 ОВ. цом течет и распл)влястс)4 или смешивается сам с собой.1 рслпочтительцо ис иользоц;)цие ор)дцических матерна.ц)в, ггобц о)ш были тсрморс активными или отвсрж;1 дсчцчи материалами, т. е. химически активными, цердсплавляемыми и нерастворимыми. Такие материалы обычно ввоЛЯтся и подшипник и после отверждения, облдд;к)т хорошей с пособностью сохрдцять стдбиль)есть размера даже при высоких тс 5 Вер,урдх и хорошую стойкость к возлействик) смдзок или ЛРУГИ Х ХИМИЧЕСКИХ ВсиЕСТ В. Э ПОКСИД 14 ЫС смолы. т. с. оргдцичсские материалы, являются предпочтительными и могут принимать форму полиглицилиловых зфиров мцогоатомцых спиртов, например бисфенола А. Можно использовать также новолаковые смолы и циклоалефатические смолы. Помимо эцок идных смол лргве связующие материалымогут содсржпгь цолиэфиры, 1 юлиуре",цы. фецолы и такие неорганические материалы, кык силикаты, которые способны выдерживать сверхвысокие температуры и химически стойки.Бклочецие грдфиты В связующий мытсри 5 ал предпочтительно, поскольку он обеспечивает вспомогательную мазку, которая особе- Но пслезцы в начале вращения вала в 1 цдшцпцикс. Другими материалами, которые могут быть вклочсны вместо графиты. яв- Г 1 ЯК)ТС 51 1 ВСЕРЦ 5 СТЫИ МО,1 ИОДСЦ и 1 И ДВ 1 ССР. 10 цистый вольфрам. Когда такие мдтериылы используотея, то оци содержат от "- 1 ло 50 вес.% связующего материала.Гри изготовлении подшипника необходимо, чтобы образовывался продукт, в котором ЧССТИЦЫ Ц,ОТНО УПДКОВЯНЫ В МЯТРИЦУ (Т. С15 частицы обычно находятся, по меньшей мере, в близком контакте, будучи отделеццьми от их ближайших соседних частиц цы расстояние цс более около 50% их диаметры так, чтобы обеспечить вцелренцую структуру 2 о мсжлу частицами) и соединены между ссоо 51 тдк, чтобы толькс частично заполнять про.межутки между частицами.Частицы обычно соединяются в плотную упаковку без деформации и остаются целеформироваццымив конечном продукте. В некоторых вариантах, по меньшей мере, часть частиц спрессовывается до состояния прямого контакта. Однако во время прессования давление может повышаться постояццо и сбьем прессовки непрерывно умсцьшыстся, показывая, что це все частицы цяхсдятс 51 В ц 1) 51 х)с м ксцтяктс.П,")едлыгыем 1 Й псдшипцик це проявляет СВСйс"Гв тсРМЦЧЕСКОГО РаСШИРЕЦИЯ ОРГДЦИ- чсскц О матс риалы, которые можно было бь: ожидать, ссли рассматривать его цодшиццик как непрерывную матрицу сргдццчссксго связукщего материала, в которой дисцерп 1- ровяцы частицы. Коэффициент термического расииреция для органических материалов ООЫфНО достытОЧНО ВЫСОК и эТО 51 вл 5 СТС 51 4 р нежелательным лля подшипникв. Б предлагаемом подшипнике, выполненном из стскляццых частиц и органического связуощего материалы, коэффициент термического рысииреция гораздо мец 1 ше из-за нецосрелствеццой близости стеклянных микросфер, что 45 приводит к преобладанию в подшипнике коэффициенты термического расширения стекл я.Тсрми 11.скц 1 коэффициент расиирсци 51 предлагаемого подшипника меньше, чем в полииц)1 ике из пористой бронзы и ближе к подшиццику из стали.Г 1 ористость подшипника может измецягь контроль количества связующего материала, ВХОЛЯ 1 ЦЕГО В Цо.1 ЦИЦЦИК, ИЛИпри котором подшипник голодает от це достатка связующего материала.11 ористость подшипника, которую необходимо цолучить, зависит от области его исюльзования. Наиболее часто предлагаемый подшипник будет иметь пористость 18%, хотя хорошие результаты могут быть полу. чены при более низких величинах. Размер пор и распределение размера пор будут также изменяться в зависимоеи от црименения и сорта смазки и т. д. Г 10 ристость, Включы 51 количество, размер пор и распределение размеров пор, поддается контролю.11 редлагаемые чодшипники могут быть отлиты и в виде различных форм, но цилиндрические втулки являются наиболее распространенной формой. Подшипники могут быть сформованы в соответствии с конечными размерами, т. е. формующая часть (прессформа), которая образует отверстие полшиг 1- цика, может иметь точный размер, необходимый Лля внутреннего диаметра подшипника.Смазки, обычно используемые в пористых металлических подшипниках, будут пригодны и лля цредлагаемого полц)ипцикы. Эти смазки наиболее часто представляют собой маслянистые жидкости, но они могут также находиться в цастообразной форме. СвойстВа смазок являются такими, что они будут перемещаться в процессе работы подшиццика под влиянием температуры и лавлеция, создаваемых при вращении вала. Вязкость смазки при рабочей температуре обычно относится к размеру и количеству пор так, чтобы дозировать выход смазки через поры желаемым образом.формула изобретения. Г 1 одшипцик скольжения, выполненный из материала с пористой структурой. Ироцитаццой смазывающим веществом, отличающийся тем, что, с целью повышения его работоспособюсти при повышенных нагрузках и частотах вращения, цористая структура образована из отдельных микрочастиц, сцепленных между собой с помощью связующего вещества, частично заполняющего промежутки между микроэлементами с образованием взаимосвязанных пор.2. Подшипник скольжения по и. 1, отлссчающссйся тем, что микрочастицы выполнены из стекла и имеют сферическую форму.3. Подшипник скольжения по и. 1, стличающийся тем, что большая часть микро- частиц выполнена из стекла и имеет сферическую форму, а остальная часть выполненаиз металла.4. 1 одшипцик скольжения по и. 1, отличающийся тем, что связующее вещество содержит органический, отверждаемый компонент.5. Подшипник скольжения по п. 1, Отличающийся тем, что связующее вещество содержит неорганический компонент.6. Пслшипник скольжения по пп. 1, 4 и 5,отлпчающиися тем, что связующее вещество670243 10 4 Риг. 2 Редактор Л. НароднаяЗаказ 3520/51 ЦИ И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4,15 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4содержит частицы твердой смазки, диспергируквщей с ним.7. Подшипник скольжения по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что большая часть микро- частиц имеет покрытие из связующего вещества.8. Способ изготовления подшипника скольжения по п. 1, включающий приготовление смеси исходных компонентов, формование из смеси заготовки детали, ее нагрев, отверждение и пропитку смазывающим веществом, отличающийся тем, что формование ведут путем уплотнения смеси с образованием плотноупакованной структуры без деформации микроцастиц, перед на 1 сванп - ем заготовку извлекают из формы, аа рсвание ведут до расплавления связ юпц о вещества.9. Способ по п, 8, отличающийг тем, что смесь исходных компонентов образ 1 от нанесением покрытия связуюгцего вещества на каждую микрочастицу до образования пористой массы.Источники информации, прннятье во внимание при экспертизе1. Воронков Б. Д. Подшипники сухого трения. М., Машиностроение, 1968, с. 81 и 91, рис. 33. Составитель И. АнтиповаТехред О. Луговая Корректор О. Билак Тираж 1138 Подписное