Самосмазывающееся кольцо шарнирного соединения, предназначенное для установки на вал

Изобретение относится к технической области самосмазывающихся шарнирных соединений, предназначенных, в частности, для монтажа вала в кольце (1) или в подшипнике, позволяющих обеспечить направляющее воздействие по поступательному и/или по вращательному движению. Предлагаемое изобретение предпочтительным образом находит применение для шарнирных соединений, работающих в абразивной окружающей среде. Самосмазывающееся кольцо (1) шарнирного соединения изготавливается из композитного материала, имеющего модуль упругости, заключенный в диапазоне от 500 Н/мм² до 6000 Н/мм², обеспечивающий деформацию под воздействием нагрузки и возвращение в исходное состоянии при снятии нагрузки. Композитный материал представляет собой эпоксидную смолу или винил-эфир, или полиэфир и включает в себя усиливающие элементы в форме волокон, изготовленных из термопластического материала и имеющих толщину в диапазоне от 0,05 мм до 0,5 мм, а также имеют в своем составе обеспечивающие смазку наполнители в количестве от 5% до 50% по объему. Кольцо (1) имеет по меньшей мере одну кромку (1a), формируемую непосредственно в процессе изготовления этого кольца путем перелива за пределы его отверстия (1b) для того, чтобы служить герметизационным или защитным барьером после монтажа на валу, создавая при этом эффект обжатия между внутренним диаметром упомянутой кромки (1a), или кромок, и наружным диаметром упомянутого вала (2), при этом обжатие между внутренним диаметром кромки (1a) и наружным диаметром вала имеет величину в диапазоне от 0,05 мм до 4 мм. Технический результат: обеспечение защиты от абразивного износа в случае шарнирного соединения, имея в виду любой тип внешнего агрессивного воздействия, и без применения дополнительной прокладки. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к технической области самосмазывающихся шарнирных соединений, предназначенных, в частности, для монтажа вала в кольце или в подшипнике, позволяющих обеспечить направляющее воздействие по поступательному и/или по вращательному движению.

Предлагаемое изобретение предпочтительным образом находит применение для шарнирных соединений, работающих в абразивной окружающей среде.

В абразивной окружающей среде явление механического износа иногда может быть весьма значительным. Этот механический износ может проявляться на уровне вала и/или на уровне упомянутого кольца шарнирного соединения и является следствием агрессивного воздействия этой окружающей среды, обычно проявляющегося на уровне механического контакта наружного диаметра вала с внутренним диаметром кольца или подшипника.

В попытках решить эту проблему было предложено оснащать внутреннее отверстие рассматриваемого кольца или подшипника по меньшей мере одной герметизационной защитной прокладкой для того, чтобы попытаться сохранить нормальное функционирование этого шарнирного соединения в абразивной окружающей среде. При этом корпус кольца чаще всего изготавливается из металла, тогда как эта герметизационная прокладка может быть изготовлена из полимерных материалов, таких, например, как PU, PA, NBR и т.п. Такая герметизационная прокладка может быть установлена, например, в зенкованной канавке, сформированной коаксиально по отношению к отверстию кольца.

Также имея целью создать герметизационный и защитный барьер от внешних агрессивных воздействий, техническое решение, связанное с применением кольца, вытекает из описания патентного документа WO 2005/072387, которое относится к кольцу, оснащенному дополнительной прокладкой, размещенной в зенкованной канавке, сформированной на каждом из концов отверстия кольца. При этом каждая прокладка сконструирована таким образом, чтобы создавать герметизационный барьер.

Однако оказалось, что факт присоединения этой прокладки к кольцу, с одной стороны, а также тот факт, что эта прокладка изготавливается из материала, отличного от материала кольца, с другой стороны, представляет некоторые недостатки. Так, например, здесь может появиться опасность сползания прокладки. То обстоятельство, что в данном случае шарнирное соединение будет образовано деталями, разнородными с точки зрения используемых для их изготовления материалов, может порождать изменения размерных параметров этих деталей в результате отличий, в частности, в степени теплового расширения различных компонентов, вследствие поглощения влаги, возобновления обжатия и т.п.

В существующем уровне техники также можно видеть, что несколько различных материалов находятся в механическом контакте с валом или с противодействующими деталями, а именно, металл кольца и материал прокладки. Вследствие этого характер и степень механического износа различных элементов не являются однородными.

И наконец, использование этих присоединенных прокладок в определенной степени повышает стоимость конструкции с учетом необходимого количества деталей при том, что в ряде случаев возникают трудности при их монтаже.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы устранить отмеченные выше недостатки достаточно простым, надежным, эффективным и рациональным образом.

Проблема, которую предполагается решить при использовании предлагаемого изобретения, состоит в том, чтобы обеспечить защиту от абразивного износа в случае шарнирного соединения, имея в виду любой тип внешнего агрессивного воздействия, и без применения дополнительной прокладки, необходимость использования которой следует из анализа существующего уровня техники в данной области.

Для того чтобы решить эту проблему, было разработано кольцо шарнирного соединения, предназначенное для установки на вал или ось. Это кольцо изготавливается из композитного материала и имеет по меньшей мере одну кромку, сформированную непосредственно в процессе изготовления этого кольца путем перелива за пределы его отверстия для того, чтобы служить герметизационным барьером после монтажа этого кольца на вал, создавая при этом эффект обжатия между внутренним диаметром упомянутой кромки, или упомянутых кромок, и наружным диаметром упомянутого вала.

Предлагаемое изобретение особенно предпочтительным образом находит применение для любого типа шарнирного соединения, в частности, шарнирного соединения для поворотного вала, работающего в абразивной окружающей среде.

Эти характеристики позволяют получить однородную систему, поскольку кромка формируется в массе самого этого кольца.

Наиболее предпочтительные результаты были получены в случае использования композитного материала, который имеет модуль упругости, заключенный в диапазоне от 500 до 6000 Н/мм².

Обжатие между внутренним диаметром кромки герметизации и наружным диаметром вала имеет величину в диапазоне от 0,05 мм до 4 мм и предпочтительным образом имеет величину в диапазоне от 0,2 мм до 2 мм.

В соответствии с предпочтительной формой реализации упомянутый композитный материал представляет собой эпоксидную смолу или винил-эфир, или полиэфир. При этом эпоксидная смола или винил-эфир, или полиэфир содержат усиливающие элементы в форме волокон, изготовленных из термопластического материала и имеющих толщину в диапазоне от 0,05 мм до 0,5 мм, а также имеют в своем составе обеспечивающие смазку наполнители в количестве от 5% до 50% по объему.

Исходя из характеристик предлагаемого изобретения, могут быть рассмотрены различные формы его реализации, в частности, на уровне одной или нескольких кромок.

Таким образом, такая кромка:

- либо формируется на по меньшей мере одном из концов отверстия кольца;

- либо формируется из внутренней канавки, которую имеет отверстие этого кольца;

- либо формируется непосредственно из отверстия кольца;

- либо ограничивает, вместе с периферийной частью корпуса кольца, круговую выемку;

- либо ограничивает, вместе с периферийной частью корпуса кольца, выступ.

Ниже представлено более подробное описание предлагаемого изобретения, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи, среди которых:

- Фиг.1, 2, 3 и 4 представляют собой схематические виды в продольном разрезе, демонстрирующие несколько примеров реализации кольца шарнирного соединения в соответствии с характеристиками предлагаемого изобретения.

- Фиг.5 представляет собой схематический вид в продольном разрезе шарнирного соединения, оборудованного самосмазывающимся кольцом в соответствии с предлагаемым изобретением.

В соответствии с предлагаемым изобретением кольцо или подшипник, обозначенное в своей совокупности позицией (1), изготавливается из композитного материала и имеет по меньшей мере одну кромку (1а), сформированную непосредственно в процессе изготовления этого кольца. Композитный материал, из которого изготавливается корпус этого кольца, имеет модуль упругости, заключенный в диапазоне от 500 Н/мм² до 6000 Н/мм². Этот композитный материал представляет собой эпоксидную смолу или винил-эфир, или полиэфир, усиленный волокнами, изготовленными из термопластического материала и имеющими толщину в диапазоне от 0,05 мм до 0,5 мм, а также имеет в своем составе обеспечивающие смазку наполнители в количестве от 5% до 50% по объему.

Упомянутое кольцо может быть изготовлено путем литья и/или методами механической обработки.

Одна или несколько кромок (1а) выходят за пределы отверстия (1b) кольца для того, чтобы служить герметизационным и/или защитным барьером после монтажа этого кольца на валу (2) или на другом элементе, создавая эффект обжатия между внутренним диаметром (D1) кольца и наружным диаметром (D2) вала (2).

Обжатие между диаметром (D1) и диаметром (D2) имеет величину в диапазоне от 0,05 мм до 4 мм и предпочтительным образом в диапазоне от 0,2 мм до 2 мм.

Как это показано, в частности, на фиг. с 1 по 4, кромка (1а) сформирована на каждом из концов кольца (1). Разумеется, и не выходя при этом за рамки предлагаемого изобретения, количество и расположение этих кромок не должно рассматриваться в качестве ограничительного обстоятельства.

Как это можно видеть на фиг.1, каждая из кромок (1а) сформирована непосредственно из отверстия (1b).

То же самое можно сказать и о фиг.2, за исключением того, что каждая из кромок (1а) ограничивает, вместе с периферийной частью корпуса кольца (1), круговую выемку (1с), предназначенную для способствования упругости рассматриваемой кромки.

Как это можно видеть на фиг.3 и 4, каждая из кромок сформирована из внутренней канавки (1d), выполненной в отверстии (1b). Ширина этой канавки может быть различной. Также на фиг.3 и 4 можно видеть, что каждая кромка (1а) ограничивает, вместе с периферийной частью корпуса кольца (1), выступ (1е).

Испытания по определению степени износа при использовании колец, изготовленных из композитного материала и в соответствии с характеристиками предлагаемого изобретения, были выполнены для сравнения, в частности, с определением степени износа при использовании колец, оборудованных присоединенными прокладками по отношению к кольцу, не содержащему прокладки. Эти тестовые испытания были проведены на моделирующем стенде контроля трения в процессе осуществления колебательного движения при максимальной продолжительности испытаний порядка 1 месяца.

Упомянутые испытания проводились в следующих условиях:

- давление: 40 МПа;

- скорость: 15 м/с;

- произведение давления на скорость: 0,6 МПа.м/с;

- амплитуда колебаний: ±100º;

- максимальная продолжительность испытаний: 1 месяц;

- максимально допустимая величина износа: 0,5 мм;

- испытания проводились с использованием песка с размерами песчинок 5 мкм, находящегося в контакте с зоной связи между валом и подшипником;

- исходный диаметр вала, изготовленного из науглероженной и закаленной стали марки 16NC6: 30 мм;

- исходный зазор: 2 мм.

При использовании эталонного кольца, то есть кольца без герметизационной прокладки, по завершении примерно 300000 циклов была достигнута максимально допустимая величина износа (0,5 мм).

При использовании металлического кольца, оснащенного спереди прокладкой типа CSWM30, изготовленной из материала РА, с кромкой диаметром 29,41 мм, по завершении 300000 циклов также была достигнута максимально допустимая величина износа (0,5 мм).

При использовании кольца, изготовленного из композитного материала в соответствии с характеристиками предлагаемого изобретения, то есть кольца с интегрированной кромкой, имеющей диаметр 29,2 мм, и с обжатием в 0,78 мм, по завершении 700000 циклов зарегистрированный износ составил 0,2 мм.

Для каждого из протестированных колец износ определялся по результатам ежедневных замеров на компараторах, размещенных на каждом моделирующем стенде.

Теперь следует напомнить и подчеркнуть те преимущества предлагаемого изобретения, которые следуют из приведенного выше описания:

- природа композитного материала, используемого для изготовления кольца, придает ему функцию обеспечения самосмазывания в сочетании с одной или несколькими кромками герметизации, обеспечивающими создание эффективной защиты по отношению к любым типам внешних агрессивных воздействий;

- реализация кольца, имеющего в своем составе одну или несколько кромок герметизации, позволяет обеспечить выигрыш в стоимости при монтаже и при техническом обслуживании;

- имеет место однородность материала;

- упругость используемого материала позволяет обеспечить деформирование под нагрузкой, а затем возвращение к исходному состоянию без нагрузки;

- обеспечивается увеличение продолжительности срока службы;

- отсутствие металлической детали делает кольцо совместимым с некоторыми внешними средами (жидкость, газообразные среды) или с окружающим магнитным полем, как это встречается, например, в области медицинского оборудования;

- отсутствие относительного теплового расширения, поскольку деформации, связанные с тепловым воздействием, являются одними и теми же в любой точке кольца;

- уменьшение шума;

- возможность реализовать одну или несколько канавок, облегчающих и улучшающих упругость одной или нескольких кромок.

1. Самосмазывающееся кольцо (1) шарнирного соединения, предназначенное для установки на вал (2) и позволяющее обеспечить направляющее воздействие по поступательному движению и/или по вращательному движению, отличающееся тем, что это кольцо изготавливается из композитного материала, имеющего модуль упругости, заключенный в диапазоне от 500 Н/мм² до 6000 Н/мм², обеспечивающий деформацию под воздействием нагрузки и возвращение в исходное состоянии при снятии нагрузки, при этом композитный материал представляет собой эпоксидную смолу или винил-эфир, или полиэфир и включает в себя усиливающие элементы в форме волокон, изготовленных из термопластического материала и имеющих толщину в диапазоне от 0,05 мм до 0,5 мм, а также имеют в своем составе обеспечивающие смазку наполнители в количестве от 5% до 50% по объему, причем упомянутое кольцо имеет по меньшей мере одну кромку (1a), формируемую непосредственно в процессе изготовления этого кольца путем перелива за пределы его отверстия (1b) для того, чтобы служить герметизационным или защитным барьером после монтажа на валу (2), создавая при этом эффект обжатия между внутренним диаметром упомянутой кромки (1a), или кромок, и наружным диаметром упомянутого вала (2), при этом обжатие между внутренним диаметром кромки (1a) и наружным диаметром вала (2) имеет величину в диапазоне от 0,05 мм до 4 мм.

2. Кольцо по п. 1, отличающееся тем, что обжатие между внутренним диаметром по меньшей мере одной кромки (1a) и наружным диаметром вала (2) имеет величину в диапазоне от 0,2 мм до 2 мм.

3. Кольцо по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна кромка (1a) формируется на по меньшей мере одном из концов отверстия (1b) этого кольца.

4. Кольцо по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна кромка (1a) формируется из внутренней канавки (1d), которую имеет отверстие (1b) кольца.

5. Кольцо по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна кромка (1a) формируется непосредственно из отверстия (1b) кольца.

6. Кольцо по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна кромка (1а) ограничивает, вместе с периферийной частью корпуса кольца, круговую выемку (1c).

7. Кольцо по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна кромка (1a) ограничивает, вместе с периферийной частью корпуса кольца, выступ (1e).