Подшипниковая пара

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению автомобильных подшипников и подшипниковых пар для станков текстильной промышленности. Подшипниковая пара содержит два подшипника качения на общем валу с нанесенным на них защитным износостойким покрытием, защитный кожух и уплотнительные сальники. Защитное покрытие нанесено только на беговые дорожки подшипников и представляет собой слой кластерного хром-алмазного покрытия. В состав кластерного хром-алмазного покрытия входит ультрадисперсный алмазный порошок с чистотой не менее 99%, удельной поверхностью 400-500 м²/г и размерами первичных частиц 3,5-6,0 нанометров. Технический результат - увеличение числа оборотов до 100 тыс. об/мин, снижение шума и обеспечение температуры разогрева подшипника в пределах технических требований (не выше значения 80°С) без снижения ресурса. 1 табл.

 

Техническое решение относится к области изготовления подшипников. Наиболее эффективно заявляемое техническое решение может быть использовано при изготовлении автомобильных подшипников и подшипников для станков текстильной промышленности.

Известны подшипники скольжения (патент Японии №1-59360 от 15.12.89 г.), на поверхности основания этих подшипников, используемых в двигателях внутреннего сгорания, сформирован слой, содержащий 15-30% олова, 1,0-5,0% меди, 0,1-0,5% сурьмы, остальное - свинец.

Известны составы износостойкого покрытия с низким коэффициентом трения, а также изделия с таким же покрытием. Например, в состав износостойкого гальванического покрытия с низким коэффициентом трения (заявка Швейцарии №90/02220 РСТ (WO) от 08.03.90 г.) входят в процентном соотношении следующие компоненты:

кобальт - 40-90

никель - 10-50

фосфор - 3-20

Известно покрытие для металлических подшипников (патент Великобритании №2217347 от 25.10.89 г.), представляющее собой металлическую матрицу (цинк, свинец, сурьма, индий, серебро и их сплавы), в которой диспергирован аморфный углерод. Покрытие получают электролитическим осаждением на элемент подшипника из водного электролита, содержащего ионы металла и углерод.

В состав покрытия могут также входить осажденные вместе с покрытием тонкодисперсные частицы размером 0,01-100 мкм.

Эти частицы состоят из одного или нескольких материалов, стойких к абразивному износу.

В качестве твердого смазочного материала используют фтористый углерод, графит, измельченное серебро, политетрафторэтилен, BaF₂, CaF₂, эвтектическая смесь BaF₂-CaF₂, капсулированное масло или их смесь.

В качестве материала, стойкого к абразивному износу, могут быть использованы оксиды, карбиды, нитриды или ультрадисперсный алмазный порошок.

Покрытие может быть осаждено на поверхности изделий или существовать самостоятельно в виде износостойкой пленки.

Известны подшипниковые пары, например опоры в станках текстильной промышленности, представляющие отраслевой узел (два подшипника качения на общем валу, защитный кожух, уплотнительные сальники и т.д.).

Недостатком известной подшипниковой пары является ограниченная возможность достижения высоких оборотов. Такая подшипниковая пара, выпускаемая отечественной промышленностью, позволяет развивать не более 40 тыс. об/мин.

Задачей настоящего технического решения является улучшение технических характеристик подшипниковой пары: обеспечение высоких оборотов, снижение шума, обеспечение температуры разогрева подшипника в пределах технических требований (не выше значения 80°С) без снижения ресурса.

Поставленная задача достигается тем, что на беговых дорожках подшипниковой пары, содержащей два подшипника качения на общем валу, защитный кожух, уплотнительные сальники нанесено кластерное хром-алмазное покрытие. Поставленная задача также решается тем, что в состав кластерного хром-алмазного покрытия входит ультрадисперсный алмазный порошок с чистотой не менее 99%, удельной поверхностью 400-500 м²/г и размерами первичных частиц 3,5-6,0 нанометров.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалистов в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Кластерное хром-алмазное покрытие наносится следующим образом: в состав электролита вводится ультрадисперсный алмазный порошок в количестве 5-10 г/л, электролит нагревается до температуры 50-60°С и выдерживается при заданной температуре в течение 10-48 часов. Далее электролит прорабатывается при плотности тока 40-50 А/дм² в течение 3-8 часов и происходит осаждение при температуре электролита 50-60°С и плотности тока 50-60 А/дм².

Увеличение износостойкости и микротвердости покрытия происходит за счет измельчения структуры хромового покрытия в результате воздействия на него ультрадисперсных частиц алмазного порошка в процессе осаждения. Чем больше кристаллитов осадка ориентировано в одном направлении, тем совершеннее структура и выше анизотропия свойств осадка, т.е. с увеличением степени совершенства текстуры хромовых покрытий повышаются износостойкость, микротвердость и коррозионная стойкость покрытия.

За счет низкого коэффициента трения, высокой теплопроводности и высокой износостойкости такого покрытия обеспечиваются высокооборотистость (до 100 тыс. об/мин), снижение шума при работе подшипников и незначительный разогрев (в пределах технических требований).

Результаты испытаний приведены в таблице.

№ п/п	Место нанесения покрытия в подшипниковой паре	Температура разогрева, °С	Развиваемые максимальные обороты, об/мин
1.	Без покрытия	80	40000
2.	Покрыты дорожки качения внутреннего кольца (канавки на валу) одного подшипника	80	50000
3.	Покрыты беговые дорожки внутреннего кольца (канавки на валу) обоих подшипников	75	65000
4.	Покрыты беговые дорожки внутреннего и наружного кольца обоих подшипников	70	100000
5.	Покрыты полностью внутренние и наружные кольца, в том числе и беговые дорожки подшипников	70	100000
6.	Покрыты только шарики подшипников	85	35000
7.	Покрыты шарики и беговые дорожки подшипников	85	35000

Оценка температуры разогрева, развиваемых оборотов и ресурса подшипников осуществлялась по методикам ГОСТов.

Выбор различных вариантов формирования кластерного хром-алмазного покрытия показал, что наиболее эффективным и достаточным является наличие кластерного хром-алмазного покрытия только на беговых дорожках.

Заявленная подшипниковая пара обеспечивает заявленный технический результат (высокооборотистость до 100 тыс. об/мин, снижение шума при работе подшипников и незначительный нагрев), не требует при изготовлении значительных дополнительных затрат, изменения технологии и может быть освоена в условиях серийного производства автомобильных подшипников и подшипниковых пар для станков текстильной промышленности.

Подшипниковая пара, содержащая два подшипника качения на общем валу с нанесенным на них защитным износостойким покрытием, защитный кожух, уплотнительные сальники, отличающаяся тем, что защитное покрытие нанесено только на беговые дорожки подшипников и представляет собой слой кластерного хромалмазного покрытия, причем в состав кластерного хромалмазного покрытия входит ультрадисперсный алмазный порошок с чистотой не менее 99%, удельной поверхностью 400-500 м²/г и размерами первичных частиц 3,5-6,0 нм.