САМОСМАЗЫВАЮЩИЙСЯ ШАРНИРНЫЙ УЗЕЛ, ВЫПОЛНЕННЫЙ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА И ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЙ ПРИ ВЫСОКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
SELF-LUBRICATING HINGE JOINT MADE WITH USE OF COMPOSITE MATERIAL AND OPERATED UNDER HIGH DYNAMIC LOADS

Настоящее изобретение относится к области самосмазывающихся соединений, в частности к конструкции оси в шаровом шарнире или опоре, имеющей поступательное или вращательное направление хода.
Настоящее изобретение преимущественно относится ко всем типам соединений, требующих эксплуатации без применения смазки, то есть самосмазывающимся в процессе функционирования, и эксплуатируемых при высоких нагрузках в динамическом состоянии.
Целью настоящего изобретения является получение самосмазывающегося соединения, выполненного из полимера, однородного по всей его толщине, без армирующей подложки и эксплуатируемого при высоких нагрузках, например, больших чем 60 МПа, в динамическом режиме.
В соответствии с уровнем техники такой тип композитного полимерного соединения не является полностью удовлетворительным из-за его плохих эксплуатационных характеристик при механических нагрузках и рисков его растекания и расслаивания при динамических нагрузках, в том числе при нагрузках ниже 60 МПа. Например, известны самосмазывающиеся шаровые шарниры, образуемые корпусом из композитного полимера или имеющим фрикционное композитное покрытие и сферой из хромистой или нержавеющей стали. Однако в них возникают проблемы заклинивания между сферой и осью. Известны также шаровые шарниры, полностью выполненные из полимеров, но не имеющие никакого сопротивления динамическим нагрузкам, большим чем 40 МПа.
Цель настоящего изобретения состоит в преодолении этих недостатков простым, надежным, эффективным и рациональным способом.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в обеспечении самосмазки двух контактов шарового шарнира, то есть, во-первых, между сферой и корпусом и, во-вторых, между сферой и осью, с целью получения возможности легкого демонтажа контакта сфера/ось, причем данное соединение должно быть приспособлено для больших контактных давлений, превышающих 40 МПа.
Предлагается шаровой шарнир, выполненный с использованием намотки ткани малой толщины в диапазоне от 20 до 150 мкм, в предпочтительном варианте осуществления изобретения - от 20 до 130 мкм, смешанной со смолой, содержащей наполнители, при этом упомянутая ткань имеет вид полос с шириной в диапазоне от 5 до 200 мм, причем упомянутые полосы пересекаются в нескольких слоях в соответствии с техникой филаментной намотки.
Такие особенности обеспечивают бóльшую однородность при помощи более тонких полос и бóльшую устойчивость к касательным напряжениям трения благодаря пересечению слоев ткани, образующих материал.
Это также приводит к улучшению функциональных характеристик при динамических нагрузках за счет пересечения полос и улучшению характеристик при статических нагрузках за счет повышения однородности материала.
Предлагается диапазон углов пересечения от 10 до 90°, в предпочтительном варианте осуществления изобретения - от 30 до 86°.
2
Другой особенностью изобретения является то, что в качестве смолы используют эпоксидную смолу, смолы сложных виниловых эфиров, полиэфирные, фенольные, полиимидные или другого типа, в то время как в качестве наполнителя – ПТФЭ, MoS или вещества типа графита.
Следует отметить, что наполнители составляют от 5 до 70% объема.
Другой особенностью изобретения является то, что отверстие кольца и его периферия имеют самосмазывающееся покрытие.
Ниже настоящее изобретение обсуждается подробнее с помощью прилагаемых чертежей, на которых:
- на фиг. 1 показан продольный разрез узла соединения, образованного самосмазывающейся сферой или шаровым шарниром, помещенным в самосмазывающийся корпус, и выполненного из ткани, нанесенной методом пересечения в соответствии с особенностями настоящего изобретения для получения бóльшей однородности;
- на фиг. 2 представлен вид, соответствующий фиг.1, после установки оси в отверстие шарового шарнира.
Как указано, на фиг. 1 изображен самосмазывающийся шаровой шарнир или сфера (1) соединения, помещенная в корпус (2). Отверстие (1а) шарового шарнира (1) предназначено для приема оси (3), которая может совершать внутри него вращательно-поступательное скольжение.
Отверстие шарового шарнира и его периферия покрыты самосмазывающимся материалом (4). Цель состоит в том, чтобы избежать каких-либо эффектов заклинивания.
В данном изобретении самосмазывающийся шаровой шарнир (1) изготовлен с использованием намотки синтетической ткани малой толщины, лежащей в диапазоне от 20 до 150 мкм и в предпочтительном варианте осуществления изобретения – от 20 до 130 мкм.
Ткань, которая имеет вид полос, смешивается с эпоксидной смолой или смолами сложных виниловых эфиров, полиэфирными, фенольными, полиимидными или другого типа.
2
Смола содержит в себе от 5 до 70% объема наполнителей ПТФЭ, MoS, типа графита или другого типа.
Цель состоит в том, чтобы получить продукт, который является однородным по всей его толщине.
Полосы ткани имеют ширину в диапазоне от 5 до 200 мм и наматываются на оправку определенного диаметра согласно технике филаментной намотки.
Полосы наматывают с пересечением в несколько слоев, диапазон углов пересечения от 10 до 90° и в предпочтительном варианте осуществления изобретения – от 30 до 86°. Например, обмотка имеет 9 слоев по 100 мкм в отличие от обмотки согласно уровню техники в 3 слоя по 300 мкм.
Следует отметить, что ткань, предназначенная для смешивания со смолой, может быть типа тафты, атласа, саржи, не исключая тканей с другими волокнистыми структурами.
Нужно упомянуть следующие тестовые испытания соединений в виде самосмазывающегося композитного шарового шарнира в соответствии с особенностями настоящего изобретения и в соответствии с уровнем техники (опора E1 и опора E2).
• Протокол
Характеристика оси: 16 NC 6 СТ Ra: 0,4
Характеристика опоры:
Тип опоры: Шаровой шарнир Ø35 х Ø55 х 25
Движение: Попеременные вращения на 90°
Давление, рассчитанное в области проекции: 40 МПа
Скорость скольжения: 6 мм/с
• Критерий остановки теста
Коэффициент трения > 0,25
Износ > 0,5 мм
Количество достигнутых циклов: 365000 циклов
• Результаты испытаний
▪ Опоры в соответствии с изобретением:
- Пересекающаяся намотка
- Ширина полосы ткани: 30 мм, толщина 0,10 мм
- Износ = 0,35 мм
- F <0,1
- Количество циклов: 365000 циклов
▪ Опоры Е1:
- Намотка под углом 90°
- Ширина ткани полосы: 1200 мм, толщина 0,30 мм
- Износ = 0,5 мм
- F < 0,2
- Количество циклов: 2500 циклов
▪ Опоры Е2:
- Намотка под углом 90°
- Ширина ткани полосы: 1200 мм, толщина 0,30 мм
- Износ > 0,5 мм
- F < 0,25
- Количество циклов: 3000 циклов
Преимущества опоры в соответствии с изобретением хорошо видны из приведенного описания, особенно нужно подчеркнуть и напомнить следующее:
- лучшие эксплуатационные характеристики при динамических нагрузках за счет пересечения полос ткани,
- лучшие эксплуатационные характеристики при статических нагрузках за счет лучшей однородности материала,
- невозможность заклинивания между шаровым шарниром и осью.