ВТУЛКА СКОЛЬЖЕНИЯ И ЭЛЕМЕНТ СКОЛЬЖЕНИЯ
SLIDING SLEEVE AND ELEMENT

Изобретение относится к втулке скольжения для вставки в несущее тело элемента скольжения, имеющей обращенную к партнеру по скольжению торцевую поверхность и периферийную поверхность. Изобретение относится также к элементу скольжения, содержащему несущее тело с поверхностью скольжения и, по меньшей мере, одним посадочным отверстием, в которое вставлена такая втулка скольжения.
Чтобы уменьшить трение при относительных движениях двух деталей машины, обычно используются системы подшипников скольжения, состоящие из элементов скольжения. Если в таких системах подшипников скольжения следует отказаться от жидкой или консистентной смазки, то применяются, как правило, подшипниковые материалы с помещенными в них твердыми смазочными материалами. При этом, например, в несущем теле могут располагаться втулки скольжения, содержащие этот твердый смазочный материал. В частности, при применении в высокотемпературном диапазоне предпочтительно, если сами втулки состоят из смеси металла и твердого смазочного материала.
Недостатками этих систем являются разные коэффициенты теплового расширения несущих тел и втулок скольжения, а также разное окислительное поведение материалов несущего тела и втулки.
Возникающие при эксплуатации напряжения в результате разных изменений диаметров, обусловленные отличиями в тепловом расширении и окислительном поведении, приводят к сильным сжимающим напряжениям, вследствие чего в материале втулки возникают трещины. Из-за указанного трещинообразования втулка скольжения может кусками выпасть из посадочного отверстия несущего тела.
Поэтому втулки скольжения изготавливаются, например, в башмаках скольжения методических печей для выплавки алюминия со ступенчатыми диаметрами. Соответствующее посадочное отверстие в несущем теле выполнено также ступенчатым. Втулки скольжения имеют заметный заниженный размер по сравнению с посадочным отверстием, однако увеличенный диаметр его буртика препятствует их выпадению.
Чтобы обеспечить эти ступенчатые диаметры втулок скольжения, требуется механическая обработка. Процесс получения с помощью техники прессования ступенчатой геометрии у этих материалов является ненадежным, поскольку из-за высокой доли твердого смазочного материала на переходе от большего диаметра к меньшему возникает крайне высокая опасность трещинообразования в заготовке.
Задачей изобретения является создание втулки скольжения, которая была бы простой в изготовлении и надежно удерживалась бы в посадочном отверстии, а при эксплуатации в ней максимально предотвращалась бы опасность трещинообразования.
Эта задача решается посредством втулки скольжения, периферийная поверхность которой имеет, по меньшей мере, одно проходящее в продольном направлении втулки скольжения ребро.
Периферийная поверхность образует большую часть периферии, тогда как ребро или ребра занимают меньшую часть периферии.
Оказалось, что посредством ребра/ребер втулка скольжения может удерживаться в посадочном отверстии с зажатием и что между ребрами остается достаточно свободного пространства, в котором втулка скольжения может расширяться без возникновения чрезмерного сжимающего напряжения и трещинообразования. От ступенчатого края можно отказаться, что упрощает изготовление. Ребро или ребра выполняются, т.е. отформовываются, при изготовлении втулки.
Втулки скольжения изготавливаются с постоянным сечением методом порошковой металлургии и не требуют никакой последующей механической обработки.
Предпочтительно предусмотрены максимум десять ребер. Ограничение максимум десятью ребрами целесообразно, с тем чтобы между ними оставалось достаточно свободного пространства, в котором втулка скольжения может расширяться при эксплуатации.
Предпочтительно на периферийной стенке втулки выполняются три-пять ребер.
По меньшей мере, одно ребро выступает относительно периферийной стенки наружу. Ребро направлено наружу.
Ребра, в основном, равномерно распределены по периферийной поверхности, что имеет преимущество распределения сжимающих напряжений при эксплуатации также равномерно по втулке скольжения, в результате чего в значительной степени предотвращается трещинообразование в результате локальной перегрузки.
Предпочтительно ребра имеют треугольное, полукруглое или трапециевидное сечение.
2
1
1
2
Втулка скольжения, предпочтительно, имеет цилиндрическую форму с боковой поверхностью, причем ребро расположено на боковой поверхности цилиндра. Ребро расположено направленным наружу, причем его вершина образует периферийную окружность диаметром D. Боковая поверхность цилиндра имеет диаметр D, причем D<D.
1
1
Толщина D ребра составляет предпочтительно 2-4% диаметра D периферийной поверхности втулки скольжения, в частности диаметра D боковой поверхности цилиндра.
Чем меньше коэффициент теплового расширения материала втулки скольжения, тем меньше может быть выбрана толщина D.
Материал втулки скольжения содержит предпочтительно матрицу из хромоникелевой стали, причем в матрицу помещен твердый смазочный материал.
Предпочтительно ребро проходит, по меньшей мере, по 50% длины втулки. Полная протяженность по длине втулки предпочтительна, поскольку это облегчает ее изготовление. В случае меньших длин ребра при определенных условиях требуется дополнительная обработка.
Втулка скольжения может быть выполнена на своей торцевой поверхности с огибающей фаской. Фаска имеет то преимущество, что она облегчает вставку втулки скольжения в несущее тело. Также можно предусмотреть фаску на краю посадочного отверстия.
Предложенный элемент скольжения снабжен предложенной втулкой скольжения.
Посадочное отверстие имеет предпочтительно участки меньшего и большего диаметров, причем участок большего диаметра обращен от поверхности скольжения.
Ребро втулки скольжения проходит, по меньшей мере, по длине участка меньшего диаметра. Это имеет то преимущество, что на участке меньшего диаметра находится также участок ребра. В то время как ребро на участке меньшего диаметра при эксплуатации деформируется и при определенных условиях полностью стирается, ребро на участке большего диаметра сохраняется с образованием опорной поверхности на переходе к участку меньшего диаметра, в результате чего втулка скольжения этой опорной поверхностью может опираться на кольцевой заплечик между участками меньшего и большего диаметров.
2
3
Диаметр D огибающей ребер предпочтительно больше диаметра D участка меньшего диаметра. Предпочтительно предусмотрено незначительное перекрытие в диапазоне от 0,1 до 0,5 мм. Таким образом, при запрессовывании втулки скольжения вершина ребра слегка сплющивается. На участке посадочного отверстия большего диаметра, которое в соответствии с уровнем техники был предусмотрен для размещения буртика, ребра не деформируются и сохраняют свою первоначальную геометрию. В целом, усилия запрессовывания за счет этого относительно малы.
Диаметр боковой поверхности цилиндра, предпочтительно, меньше диаметра участка меньшего диаметра.
При эксплуатации в окислительной атмосфере, температура которой составляет обычно 620°С, происходит ожидаемое возрастание диаметра состоящей предпочтительно из хромоникелевой стали втулки скольжения относительно диаметра отверстия. Предложенный имеющийся объем между собственно диаметром втулки, т.е. без учета контура ребер, соответствует прежде выбранному зазору и обеспечивает необходимый объем расширения втулки.
Под действием температуры эксплуатации может вполне произойти дальнейшая пластическая деформация ребер, однако даже при их такой деформации в зоне прессования оставшееся перекрытие между открытыми ребрами в зоне большего диаметра надежно удерживает втулки от выпадения, в частности также в холодном состоянии.
Несущее тело состоит предпочтительно из серого чугуна. Он имеет то преимущество, что доля свободного графита также обладает смазочным действием.
Примеры выполнения изобретения более подробно поясняются ниже со ссылкой на чертежи, на которых представлено следующее:
фиг.1 - вид сверху элемента скольжения, снабженного большим числом втулок скольжения;
фиг.2 - вид в перспективе втулки скольжения;
фиг.3 - вид сверху втулки скольжения;
фиг.4а, b, с - геометрия ребер;
фиг.5 - втулка скольжения, вставленная в несущее тело перед эксплуатацией в увеличенном масштабе;
фиг.6 - разрез втулки скольжения по линии V-V из фиг.5;
фиг.7 - соответствующий разрезу на фиг.6 разрез втулки, находящейся в эксплуатации.
На фиг.1 представлен вид сверху на поверхность скольжения 8 элемента скольжения 1, имеющего в своем несущем теле 2 несколько рядов посадочных отверстий 3. В них вставлены втулки скольжения 10. Элемент скольжения 1 представляет собой плиту.
На фиг.2 в перспективе показана втулка скольжения 10. Она имеет форму цилиндра с пятью, в общей сложности, ребрами 12 на периферийной поверхности, т.е. на боковой поверхности 18. Ребра 12 равномерно распределены по боковой поверхности 18 и проходят параллельно продольной оси 28 втулки скольжения 10. Торцевая поверхность 20 имеет на краю фаску 16.
1
2
1
На фиг.3 показан вид сверху на торцевую поверхность 20 втулки скольжения 10 из фиг.2. Диаметр боковой поверхности цилиндра обозначен D. Дополнительно обозначена огибающая 30 ребер 12, проходящая через вершины или острия 14 выполненных треугольными ребер 12. Диаметр D огибающей 30 больше диаметра D.
На фиг.4а, b, с показаны три различные геометрии ребер треугольного, полукруглого и трапециевидного сечений.
1
3
2
1
2
3
1
На фиг.5 показана снабженная пятью ребрами 12 втулка скольжения 10, вставленная в несущее тело 2 элемента скольжения 1. Видно, что диаметр D меньше диаметра D участка 5 посадочного отверстия 3 (см. также фиг.6). За счет этого образуется кольцевой зазор 24. Толщина D ребер 12, возникающая из D-D, больше ширины кольцевого зазора 24. Это значит, что диаметр D больше диаметра D. Для втулки скольжения 10 диаметром D, например, 25-30 мм толщина D ребер 12 может быть выбрана 0,5 мм.
При расчете толщины D рекомендуется учитывать также коэффициент теплового расширения материала втулки скольжения, с тем, чтобы под воздействием тепла не возникали слишком большие сжимающие напряжения, которые могли бы разрушить втулку скольжения. Поэтому толщина D должна быть выбрана тем большей, чем выше коэффициент теплового расширения материала втулки скольжения.
При вставке острия 14 упираются во внутреннюю поверхность посадочного отверстия 3 и незначительно деформируются там или незначительно деформируют внутреннюю поверхность посадочного отверстия 3. Это показано на фиг.5 лишь схематично.
3
4
На фиг.6 показан разрез элемента скольжения 1 по линии V-V из фиг.5. Видно, что посадочное отверстие 3 имеет верхний участок 5 меньшего диаметра D и примыкающий к нему внизу участок 6 большего диаметра D. Между участками 5, 6 посадочное отверстие 3 имеет кольцевой заплечик 4.
Втулка скольжения 10 вставлена в посадочное отверстие 3, причем между ее боковой поверхностью 18 и внутренней поверхностью участка 5 меньшего диаметра остается свободным кольцевой зазор 24.
2
Далее показано, что ребро 12 на участке 5 меньшего диаметра немного деформировано, при этом острие 14 немного сплющено. На участке 6, имеющем значительно больший диаметр, чем диаметр D огибающей, остается кольцевое пространство 26, которое настолько велико, что острие 14 ребра 12 еще отстоит от внутренней поверхности участка 6 большего диаметра. Следовательно, на обоих участках 5, 6 в распоряжении имеется достаточно пространства, в которое при эксплуатации может расширяться втулка скольжения 10.
На фиг.7 показана эксплуатационная ситуация. Видно, что цилиндрическая часть втулки 10 под воздействием тепла расширилась настолько, что достигла размеров участка 5 меньшего диаметра. Это значит, что ребра 12 в этой зоне могут полностью исчезнуть, если это потребуется для снятия напряжений. Ребра 12 на участке 6 большего диаметра сохранились, причем в зоне заплечика 4 на них образуется опорная поверхность 15, которая даже в холодном состоянии препятствует выпадению втулки скольжения 10 из посадочного отверстия 3.
На чертежах отличия в диаметрах показаны преувеличенными. Отличие в диаметрах может быть ограничено зажимным объемом.
Вниз втулка скольжения 10 не может выпасть, поскольку основание 22 прилегает к детали машины (не показана). Кольцевое пространство 26 уменьшилось при эксплуатации до кольцевого пространства 26'.