ШАРОВАЯ ОПОРА
BALL BEARING

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в шаровых шарнирах рулевых механизмов различных транспортных средств.
Необходимость создания аппаратов, способных совершать полеты как в атмосфере, так и в космическом пространстве, ставит перед конструкторами ЛА ряд сложнейших научно-технических задач.
Одной из них является создание узлов трения, способных сохранять свою работоспособность в широком диапазоне нагрузок и температур как в воздушной среде, так и в глубоком вакууме.
В настоящее время широкое применение в авиационной и космической технике в качестве опор скольжения получили сферические шарнирные подшипники (СШП), имеющие значительные преимущества по сравнению с традиционными цилиндрическими опорами. Возможность восприятия как радиальных, так и осевых нагрузок, способность к самоустановке, повышенная нагрузочная способность позволяет устанавливать эти узлы трения в различных устройствах и механизмах. Однако существующие типы шарнирных подшипников далеко не удовлетворяют тем требованиям, которые предъявляет развитие современной техники. Отсутствие материалов и твердосмазочных покрытий, способных противостоять новым условиям работы, осложняет задачу применения шарнирных подшипников.
Важным требованием к шарнирным подшипникам является обеспечение и сохранение низкого коэффициента трения, определяющего мощностные характеристики и вес механизмов различных приводов. Существует необходимость создания СШП с твердосмазочными покрытиями, обладающими предельным значением коэффициента трения 0,25…0,3 в широком диапазоне воздействия внешних факторов.
Требование к износу сопрягаемых поверхностей не менее жестки, так как от него зависит величина внутренних зазоров, которые, в свою очередь, в условиях наличия вибрацийприводят к значительному росту динамических нагрузок и опасности хрупкого разрушения узлов трения.
Высокие требования по стабильности рабочих параметров СШП в условиях резко меняющихся во времени рабочих параметров - нагрузок, температур, воздействия воздушной среды или вакуума, скорости скольжения и вида движения, ставят перед разработчиками узлов трения большое количество новых и сложных задач.
Они могут быть решены при условии создания и использования в СШП новых, перспективных материалов, а также твердосмазочных покрытий, способных отвечать современным требованиям.
Известны сферические шаровые опоры с подшипниками скольжения (А.с СССР №2016277, F16C 11/06, 1992; Патент РФ №2049376, F16C 11/06, 1994; Патент РФ №2338936, F16C 11/06, 2007).
Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2352829, F16C 11/06, 2009 г.
Шаровая опора содержит корпус, состоящий из двух крышек 1 и 2 (фиг. 1), независимо соединенных между собой, металлический шаровой палец 3, заключенный в корпус, вкладыш полимерный 4, наполнитель 5 с металлическими гранулами 6. Вкладыш 4 выполнен из твердосмазочного материала (фторопласт-4, УПА-6/15 и др.). Наполнитель 5 выполнен из полимера модифицированного металлическими гранулами.
Недостатком данной сферической шаровой опоры является недостаточная износостойкость трущихся поверхностей шарового пальца и вкладыша полимерного в условиях большого разброса рабочих температур от -40 до +600°C. Это связано с тем, что коэффициент трения трущихся поверхностей в этом случае превосходит, значительно, необходимый числовой показатель 0,3.
Целью настоящего изобретения является повышение износостойкости шаровой опоры со сферическим подшипником скольжения за счет изменения структуры материалов шарового пальца и вкладыша.
Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, выполненный из двух частей в виде крышек, неразъемно соединенных между собой, с заключенными в корпус шаровым пальцем, сферической головкой, размещенной во вкладыше из антифрикционного материала, при этом пространство между вкладышем и корпусом заполнено термопластичным наполнителем, на сферическую головку пальца методом детонационного напыления нанесено покрытие порошкового сплава на основе карбида вольфрама и кобальта, а вкладыш выполнен из твердосмазочного материала на основе неорганического вещества (дисульфида молибдена).
Напыляемое износостойкое покрытие представляет собой напыленные порошковые твердые сплавы. Твердая составляющая сплава (карбида) заключена в мягкую матрицу, препятствующая хрупкому разрушению зерен карбида. Оптимальную по износостойкости композицию составляет карбид вольфрама и кобальт. Микроструктура напыляемых покрытий оказывает влияние на абразивную износостойкость. Износостойкость повышается у материалов с аустенитной матрицей (наш случай) при увеличении объема карбидов.
2
Далее производят замену материала вкладыша 4. Вместо материала полимера применяют твердосмазочный материал на основе неорганического вещества - дисульфид молибдена (MoS). За счет его кристаллического строения с ярко выраженной анизотропией механических свойств в двух взаимно перпендикулярных направлениях, на воздухе он сохраняет смазочные свойства от -40 до +600°C, а в неокислительной среде и значительно более высоких температур.
Таким образом, используя вышеперечисленные способы, существенно повышается износостойкость шаровой опоры в расширенных диапазонах рабочих температур, т.е. путем повышения долговечности деталей, работающих в условиях контактной усталости и истирания за счет резкого увеличения усталостной прочности и коррозионной стойкости примененных материалов шаровой опоры.