Подшипник скольжения и способ его изготовления

 

Цо сою -. -. ватентно-т эхннчеснаа

Союз Советских

Социалистических

Республик

III67024 о и и с л, н -е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 22.09.76 (21) 2404755/25-27 (23) Приоритет— (32) 23.09.75 (51) М, Кл

F 16 С 33/! 2

Государственный комитет

СССР пв делам изобретений и открытий (3I) 615993 (33) США

Опубликовано 25.06.79. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 05.07.79 (53) УДК 621.822. .5 (088.8) Иностранец

Джеймс Лерой Бидлер (США) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

«Минесота майнинг энд Мануфакчуринг компани» (71) Заявитель (США) (54) ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изо" р. -ение относится к области машиностргеilия.

И. вест н подшипник скольжения, выполненный и-. материала с пористой структурой, пропитанной связываюгцим вегцеством (1) .

Известен также способ изготовления этого подши и ника, заключающийся в п риготовлении смеси, формировании детали, спекании и пропитке смазывающHM веществом 1Ц.

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 сфернческуlO форму, а остальная часть выполIIcíа из металла.

Связукмцее вс 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 формонание ведут путем уплотнения смеси с образованием плотноупакованной структуры оез деформации микрочастиц, перед нагреванием заготовку извлекают из формы, а нагревание ведут до расплавления связующего вешества.

Смесь исходных компонентов могут образовывать нанесением покрытия связующего

670243

15 0

Зо

45 вещества па каждуI(> микрочастнцI .!о образования пори TQH массы.

На фиг. I изображен подшипник скольжения, об!ций вид; на фиг. 2 = микрочастнцы.

Подшипник скольжения выполнен из матерна 1а с пористой сгруктурой, которая образована из отде. 1ьllых мHpочастиц 1, ко— торыс могут быть выш>лнсны из стекла и иметь сферичсскук> форму.

Возможно г!>кжс, что только часть микрочастиц (и при том большая) может быть выполнена из стекла, а остальная часть-из металлов.

Большая часть микрочастиц 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 смазывающим 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 исходHblx компонентов на каждую микрочастицу наносят связующее вещество 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 смз раствора разбавленного аминосилана в смесителе емкостью 8,9 л с небольшой скоростью.

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 толуола и 41,23 частей метилэтилкстона. Этот раствор добавляют к микросферам в количестве 564 см . Смеситель работает в теченис 15 мин с низкой скоростью.

Полученная глинообразная смесь помещается в смеситель с двойным барабаном, имеющим побудитель, и перемешивается в течение 5 мин с микроизмельчением, отверждаемым íà B-стадии органическим связующим материалом. 95% связующего материала должно быть размером более, чем

9 мкм, à 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 помещается в форму и уплотняется при комнатной температуре при давлении 700 кг(см, 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, растекаются и отверждаются.

Цилиндр после отверждения связующего материала должен иметь пористость около

23 % при среднем размере пор около 2—

8 мкм в противоположность порам 2 — 40 мкм в обычных бронзовых подшипниках. LlHлиндр подвергается пропитке под вакуумом

3,55 г смазки.

Изготовленный описанным способом I103,— шипник 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 прекращак>т.

Измерения размеров, после того как испытание было прекрашено. показывают, что внутренний диаметр подшипника увеличивается на 0,0038 см, длина на 0,018 с51, а вес подшипника уменьшается на 0,35 грам670243

as

S0

55 ма. Коэффициент трения изменяется от

0,056 до 0,180 во время испытания.

Пример 2. Использование смеси стеклянных микросфер и металлических частиц в качестве частиц матрицы при изготовлении

ПОДШ И П ИИ 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 матсриалы 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 >11е давления прессования, температуры отверждения и времени отверждения.

Пористость цилиндра составляет 20 /р 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 об/мин 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 теп lolipoB03HocTbIo для образца.

Улучшенная теплопроводность 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 TBI1;l<>I1poB<>ТНости отмечается, когда металлические частицы, не покрытые связующим материалом, cмещаны с покрытыми стеклянными чикросферачи, хотя полезные результаты достигаются также при использовании металлическиx частиц, покрытых связующим материалом.

Предпочтительно, чтобы стеклянные микросферы составляли большую часть матрицы в предлагаемых подшипниках, поскольку стекло обладает хорошей прочностью н3 сжатие и из него можно легко сформовать сферы желаемого размера, а стоимость его неболь шая. Другие стойкие к раздавливаник> или неломкие матричные частицы, которые могут

40 оыть испо1b30BÇHII в це>>ом и.ll! к;>к ч;1< 1». включают неоргаиичесhii< 1;>сти сы. I!i!Op!!ЧЕР ГРЗНУ ll>I ИС < Ка, ЧЗСTII!I .;>ГО полимера. находящие "H B,>Tвсрж i<1>и< I форме, Ilo меныи< и черо, в готовим 11< l!I!Ill!нике, и металлически< ч<>с1и<,ы.

Сферические >асièцы яв.!Hi<> < ..I 1><.!почтительными, но частицы с !и рави >ч< р>1< и формой, например гранулы ll< cê; и 111 равномерные металлические чdcтицы. ч<и i i быть также использованы. Частицы .1<>л.<.1:,1,1 быть твердыми. а не жидкими (<>Hll hi< I > I быть полыми или пористыми) i!»pc ill<>«IIIтельно недеформирусмычи при уч< р< ниоч давлении прессования. напричер, 7с>3 к> см- . чтобы можно было klcпользовать >то ши.l< ние для образования несисч Hll<>ll ир« <>HHII.

Частицы матрицы также Н< 1<> lrhlll)I р<>стсКатЬСя ВО ВрЕМя OTBCpæËCHÈH, ЧтОС>Ы сОХр;1нять желаему>о пористость.

Размер частиц можсг изч<11»г>,< H, чтооы

ПОЛУЧатЬ ИЗМЕНЕННЫЕ СВОйгтн<1, И CчсСИ 111< тиц различного размера чогуг быть испо ll>3oB3Hbl или в произвольной chl<>cll, H,ill н 111<. кретных слоях. Например. структу р;1 у II<>верхности прсдлагаечс>го щ>дп>ии >ик;1 hi<>жет иметь одну пористость, 3 ниу! 1>c!I»IIII слой, который хранит смазку, поступ;>ниц > 1<> к поверх н<>сти подш ниии к;1. чо>кс 1 II hie i u другую пористость. Для бол>>и>иис1B3 Ilp<длагаемых >п>дщипников ча Tlilll ч;>гри>п i будут находиться в диан;>э<и>е ч«ж су 1() и 200 мкч, и прсдпочтит«льио мены>ц

100 мкм в диачетрс, ио полезны< рс з льт;1> ы могут быть получены и о <11>1 Иа ЗОИ 11

Большое количс ство различных снязуloщих материа10B может быть и ll<>, IHзоваи<> д,>я соединения частиц между < об<>й. Как и Р 3 в и, 1 о, с в Я 3 > Io I ц I и >1 I т с P 11; l, I О тл и 111 < T < и от частиц матрицы, по чеHI>ill(è черс, параметрами текучести во время изгот<>ил< Hll>1 подшипников. В некоторс>й T<>Hêñ в процессе изготовления связук>щий чатсри;>л в основном течет и расплавляется или cмсщивается сам с собой.

I 1ðñ дпочтитель но ис пол ьзо B;i HI! «>pl;1ничсских материалов, ггобы ollll были Tcðморс активными или отвсрждаечычи материалами, т. е. химически актииныhiè, нераcплавляемыми и нерастворимыми. Такие материа Ibl обычно вво IHTcH и подшипник и после отверждения, обла,i;lioT хорошей способностью сохранять стабиль>юсть размера даже при высоких тсмпер,>>у рах и хорошую стойкость к воздействик> смазок и ill других химических пенсеcTB. Эпоксидныс смолы. т. с. органические материалы, являются предпочтительными и могут принимать форму полиглицидиловых эфиров многоатомH»Iv спиртов, например бисфенола A. Можно использовать также новолаковые смолы и

Ifèêëo3ëåô3тические смолы. Помимо энок< ИДНЫХ СМОЛ ДРУГЯЕ СВЯЗУЮЩИЕ Матс РИ;>ЛЫ!

>70243 могуT содерж.пь полиэфиры, 1юлиур»<яны. фенолы и такие неорганические материя lf>!, кяк силикаты, которые способны выдерживать сверхвысокие температуры и химически стойки.

Бкл>очение графита в связующий мят»рпS ал предпочтительно, поскольку он обесп»чивлет вспомогательную мазку, которая oconeliIo полезна в начале вращения вала в Ifo;I,шппппкс. Другими материалами, которые могут быть вкл10чcHû вместо графиты, 5! в, IЯIОТСЯ JIJ> СС РНИСТЫЙ iÌ0,1IJ΄J»ll И IИ .(IJ > СС Р- 50 нистый вольфрам. Когда такие материалы испо !ьзу(отея, то они содержат от I д<)

50 ве».% связующего материала.

Г!ри изготовлении подшипника необходимо, чтобы образовывался продукт, в котором ч()стицы и IoTHo у па коВ3 ны В матрицу (т. с

15 частицы обычно находятся, по меньшей мере, в близком контакте, будучи отделенными от их ближайших соседних частиц 113 расстояние нс более около 50% их диаметра так, чтобы обеспечить внедренную структуру z(J между частицами) и соединены между »ооой тяк, чтобы только частично заполнять llpo.межутки между частицами.

Частицы обычно соединяются в и loTIJvfo упаковку без деформации и остаются И»деформированными в конечном продукте.

В некоторых вариантах, по меньшей мере, 13cTf> (астиц спрессовыВ3(.тся до со TQHlfH$1 прямого контакта. Однако во время npeccof3;1lJHJI Дав, 1(JJH< можеТ ПОВЫШЗТЬСЯ IIOCTO5IIIно и объеч прессовки непрерывно умсныпястся, показывая, что не все частицы няходятСЯ В ПРЯХ!() 5! KOflTBKTC.

Предлагаемый подшипник не проявля»т свой»! В т»рмпческого расширения орг3IIHческ<п <) матс ри!>ля, которые можно было бь: ожидать, с»ли ряссматрпвять его по IJJJHIIIIHK как непрерывпуlo матрицу (>ргflllll÷ñcKof связук)гцего материала, в которой диспс р! ировяпы частицы. Коэффициент термического раси<прения (ля органических материалов

ООЫ I НО (O»1 3TOILI» из-за непосредственной близости стеклянных микросфер, что 45 приво,(ит к преобладанию в подшипнике коэффициента термического расширения стекл а.

Г<»Р ми>1<. KIIJI коэффициент P3clIIHP(ни51 предлагаемого подшипника меньше, !»м в т(от(п!Ип)<ике из пористой бронзы и ближе к подшипнику из стали.

Пористост! подшипника может изменягь контроль количества связуюц(его материала, ВХОДЯ(НЕГО В ПО I IH И П ПИК, ИЛИ КО!И >!ЕСТ В(1, при котором подшипник «голодает» от не- 55 достатка связуюгцсго материала.

1Рористость подшипника, которую нсоб>lo, LJIvI(> II() >J > чить, 3;)ви HT 0T области ис!юльзования. Наиболее часто предлагаемый подшипник будет иметь пористость I8% ор хотя хорошие результаты могут быть получены при более низких величинах. Размер пор и распределение размера пор будут также изменяться в зависимое!и от применения

H COpT3 C uJ33KH H T. Д,. 110pHCTOCTb, BK I IO id H количество, размер пор и распределение размеров пор, поддается контролю.

l1ðåäëàãàåìûå подц!Ипники 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. формую(цая часть (прессформа), которая образует отверстие подшипника, может иметь точный размер, необходимый для внутреннего диаметра подшипника.

Смазки, обычно используемые в пористых металлических подшипниках, будут пригодны и для предлагаемого подц!ипника. Эти смазки наиболее часто представляют собой маслянистые жидкости, но они могут также находиться в пастообразной форме. СвойстВа смазок являются такими, что они будут перемещаться в процессе работы подшипника под влиянием температуры и давления, 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

I. Подшипник скольжения, выполненный из материала с пористой структурой. JJpoпитанной смазывающим веществом, отличающийся тем, что, с целью повышения его работоспособ!юсти при повышенных нагрузках и частотах вращения, пористая 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, отличающийся тем, что микрочастицы выполнены из стекла и имеют сферическую форму.

3. Подшипник скольжения по и. 1, с)тличающийся тем, что большая часть микрочастиц выполнена из стекла и имеет сферическую форму, а остальная часть выполнена из металла.

4. 1!одшипник скольжения 110 и. 1, отличающийся тем, что связующее вещество содержит органический, отверждаемый компонент.

5. Подшипник скольжения по п. I, отличающийся тем, что связуюшее вешество содержит неорганический компонент.

6. Псдшипник скольжения по пп. 1, 4 и 5, отличающиися тем, что связующее вешество

670243

10 фиг. 2

Редактор Л. Народная

Заказ 3520/51

ЦИ И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 содержит частицы твердой смазки, диспергирук)щей с ним.

7. Подшипник скольжения по пп. 1 — 3, отличающийся тем, что большая часть микрочастиц 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 формова ние ведут путем уплотнения смеси с образованием плотноупакованной структуры без дсфОрМацИИ МИКрОЧагтпц, Пород На1рс В, Н1;— е r1 заготовку извлекают из формы, а ш11рсвание ведут до расплавления связ кгци1о вещества.

9. Способ по п. 8, от.1ичаи>щийг» тем. ITo смесь исходных компонентов образ к1т нанесением покрытия связуюгцего вещества на каждую микрочастицу до образования пористой массы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Воронков Б. 3. Подшипники сухого трения. М., «Машиностроение», 1968. с. 81 и 91, рис. 33.

Составитель И. Антипова

Техред О. Луговая Корректор О. Билак

Тнраж 1138 Подписное