ПОДШИПНИК СО СЛОЕМ СКОЛЬЖЕНИЯ
BEARING WITH SLIDING LAYER

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к подшипникам со слоем скольжения, например, для двигателей внутреннего сгорания.
Необходимые для длительной и надежной работы свойства слоя скольжения подшипников известны и включают, в частности, следующие основные требования:
- усталостная прочность, выражающаяся в способности выдерживать знакопеременные нагрузки во всем диапазоне рабочих температур;
- хорошие триботехнические свойства, включая низкий коэффициент трения в условиях смешанной и граничной смазки;
- высокая сопротивляемость задирам в условиях кратковременных нарушений режима жидкостного трения за цикл работы двигателя или нарушений маслоснабжения;
- высокая износостойкость материала подшипника и способность в минимальной степени изнашивать и повреждать шейки коленчатого вала в аварийных режимах;
- способность удерживать посторонние частицы, находящиеся в смазочном материале, без повреждения поверхности шейки коленчатого вала;
- высокая коррозионная стойкость в среде смазочного масла;
- способность хорошо прирабатываться и компенсировать допустимые неточности изготовления и сборки;
- технологичность и невысокая стоимость изготовления за счет использования высокотехнологичного и производительного современного оборудования, а также постоянного совершенствования технологии изготовления;
- невысокая стоимость материалов подшипника.
Известен многослойный материал для подшипников скольжения (например, патент RU 2247658, 28.12.1999 г.) с несущим слоем, слоем подшипникового сплава, первым промежуточным слоем из никеля, вторым промежуточным слоем из олова и никеля, а также слоем скольжения из меди и олова.
При этом слой скольжения имеет матрицу из олова, включающую медно-оловянные частицы, состоящие на 39-55 вес.% из меди, и остальное олово. По данному патенту под действием рабочих нагрузок и температур олово из матрицы слоя скольжения диффундирует во второй промежуточный слой олово-никель, при этом толщина слоя скольжения уменьшается, а следовательно, в нем увеличивается концентрация относительно твердых медно-оловянных частиц и в соответствии с правилом Шарли повышается его прочность.
К недостаткам данной конструкции относятся:
относительно невысокая прочность чистого олова, используемого в качестве матрицы слоя скольжения, и склонность чистого олова к превращению в α-фазу («оловянной чуме») при пониженных температурах;
- длительный процесс диффузии олова во второй промежуточный слой при рабочей температуре подшипника (около 120°C). Как указывается в патенте, заметные результаты диффузии появляются после 1000 часов работы двигателя, а следовательно, в первоначальный длительный период работы двигатель не может работать на полной мощности во избежание усталостного повреждения слоя скольжения подшипников;
- при диффузии олова из слоя скольжения во второй промежуточный слой толщина его уменьшается, а второго промежуточного слоя (олово-никель) увеличивается. Поэтому при износе слоя скольжения работа поверхности шейки коленчатого вала будет происходить по второму промежуточному слою, который имеет значительную толщину и относительно высокую твердость (700 HV), но не обладает необходимыми для надежной работы антифрикционными свойствами. Это может приводить к повышенному износу и задиру подшипника.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является элемент скольжения по патенту RU 2456486, 12.09.2008 г. со слоем скольжения, образованным из сплава с компонентами олова, сурьмы и меди, доля которых составляет, вес.%:
сурьма
5-20%
медь
0,5-20%
остальное
олово
причем содержание свинца составляет не более 0,7%, а полное содержание прочих компонентов не более 0,5%.
Из этого же изобретения также известен способ получения элемента скольжения со слоем скольжения из сплава с компонентами олово, сурьма, медь путем электролитического осаждения на формообразующий корпус.
Недостатками упомянутого изобретения являются повышенное допустимое содержание свинца (до 0,7%), что приводит к образованию легкоплавкой перитектики с температурой плавления 182°C, понижающей механическую прочность сплава при повышенных температурах (Рудницкий Н.М. «Материалы автотракторных подшипников скольжения». М.: Машиностроение, 1965 г. С. 43), наличие в структуре сплава с содержанием сурьмы свыше 7,5% твердых и хрупких частиц SbSn, вызывающих повышенный износ шеек вала, а также сложный и чувствительный к составу электролита и режимам нанесения способ электролитического осаждения трехкомпонентного сплава слоя скольжения.
Целью настоящего изобретения является повышение за счет оптимизации структуры материала слоя скольжения подшипника его прочности и способности сопротивляться усталостному разрушению, повышение износостойкости слоя скольжения и его способности в минимальной степени изнашивать и повреждать шейки коленчатого вала, повышение способности хорошо прирабатываться и компенсировать допустимые неточности изготовления и сборки.
6
5
Для достижения этой цели предлагается подшипник со слоем скольжения, состоящий из формообразующего корпуса, с нанесенным антифрикционным подшипниковым сплавом на основе меди или алюминия и гальваническим слоем скольжения. Слой скольжения подшипника выполняется из материала, содержащего олово, сурьму и медь, причем в отличие от аналогов олово с сурьмой в количестве 0,5…4,5 вес.% образуют матрицу в виде твердого раствора, а медь образует с оловом соединение CuSn, распределенное в этой матрице в виде более твердых медно-оловянных частиц при общем содержании меди в сплаве 2…25 вес.%, причем содержание примеси свинца составляет не более 0,35% и общее содержание примесей остальных элементов не более 1%. Общее содержание примесей остальных элементов в составе оловянистых баббитов ограничено величиной около 1% в соответствии с требованиями Американского общества автомобильных инженеров (Рудницкий Н.М. «Материалы автотракторных подшипников скольжения», М., с. 45, табл. 5).
6
5
Как известно (Рудницкий Н.М. «Материалы автотракторных подшипников скольжения», М., с. 42), добавление сурьмы и меди повышает прочностные свойства олова, однако при слишком большом содержании этих элементов значительно увеличивается хрупкость сплава. Поэтому в предлагаемом изобретении содержание сурьмы находится в пределах 0,5…4,5%, что позволяет повысить прочность матрицы слоя скольжения, избежать образования хрупких и твердых частиц SnSb, а также исключить возможность перехода чистого олова в α-фазу («оловянную чуму»). Медь в данном сплаве, в количестве, начиная с 2%, в соответствии с диаграммой состояния сплава олово-сурьма-медь (Рудницкий Н.М. «Материалы автотракторных подшипников скольжения», М.: Машиностроение, 1965 г. С. 39) образует частицы CuSn в твердом растворе олова с сурьмой, что повышает твердость, а следовательно, прочность и износостойкость слоя скольжения подшипника. Содержание меди может колебаться в пределах от 2 до 25% в зависимости от нагрузок, воспринимаемых слоем скольжения и необходимых для данных условий антифрикционных свойств.
Технический результат изобретения - создание подшипника со слоем скольжения с улучшенными рабочими свойствами.