Пара скольжения

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к парам скольжения с ограниченной смазкой, и может быть использована в качестве подшипника скольжения с улучшенными эксплуатационными характеристиками в широком диапазоне конструкций, содержащих рабочие узлы вращения с высоким числом оборотов. Технический результат заявляемой полезной модели - обеспечение надежной эксплуатации высокоскоростной пары скольжения, работающей за резонансной изгибной частотой вращения, при повышении технологичности и экономичности ее изготовления, а также при расширении области ее применения в ответственных высокоскоростных узлах вращения за счет гарантированного ресурса в результате стабильной износостойкости контактируемой поверхности вращающегося рабочего элемента, гарантированного запаса антифрикционных свойств контактируемой поверхности неподвижного опорного элемента и снижения конструктивными средствами колебаний вращающегося рабочего элемента. Для достижения указанного технического результата в паре скольжения, содержащей вращающийся рабочий элемент с покрытием из нитрида титана и неподвижный опорный элемент с антифрикционным покрытием на его контактной поверхности и обеспечивающая эксплуатационное скольжение на основе использования смазки, покрытие нитрида титана сформировано на подслое титана, выполняющем функции связующего покрытия нитрида титана с металлической поверхностью рабочего элемента, а опорный элемент выполнен из антифрикционного материала и имеет нанесенное на его контактную поверхность дополнительное антифрикционное покрытие с демпфирующими свойствами, при этом между рабочим и опорным элементами предусмотрен зазор, предотвращающий резонансные колебания рабочего элемента.

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к парам скольжения с ограниченной смазкой, и может быть использована в качестве подшипника скольжения с улучшенными эксплуатационными характеристиками в широком диапазоне конструкций, содержащих рабочие узлы вращения с высоким числом оборотов.

При увеличении угловой скорости рабочих узлов вращения возникают жесткие условия эксплуатации используемых в них пар скольжения, обуславливающие повышение требований к износостойкости, антифрикционным и антивибрационным свойствам контактируемых поверхностей вращающегося и неподвижного элементов пар скольжения.

Основной проблемой при проектировании таких узлов вращения является обеспечение сочетания указанных эксплуатационных требований, вследствие взаимопротиворечащего проявления одновременно требуемых ответственных за них перечисленных выше свойств контактируемых поверхностей пар скольжения.

Кроме традиционного подбора материала вращающегося и неподвижного элементов пар скольжения и смазки с одной стороны эффективным ресурсом средств обеспечения надежной и длительной работы узлов вращения за счет повышения прочности поверхности скольжения является известное нанесение функциональных плазменных покрытий, например на контактируемую поверхность одного из указанных элементов покрытий на основе молибдена и титана, содержащих алюминий, в паре со вторым элементом из азотированной стали 38ХМЮА (см. книгу Зозули В.Д. Эксплуатационные свойства порошковых подшипников. Киев, Наукова думка, 1989, с.245), приводящее с ростом содержания титана к увеличению коэффициента трения (до 0,06), но одновременно и к высокой задиростойкости.

Однако при этом для повышения износостойкости в состав покрытий на основе титана вводят дополнительно никель, что усложняет состав покрытия.

С другой стороны известно снижение коэффициента трения в результате нанесения на стальное основание мелкопористого антифрикционного слоя из порошка бронзы методом плазменного напыления для работы со смазкой - маслом (см. патент РФ 2057973 на изобретение «Способ изготовления вкладышей подшипников скольжения», F16C 33/04, 1996), что снижает надежность ресурса при высоких оборотах.

В качестве прототипа заявляемой пары скольжения выбрана пара трения скольжения, содержащая подвижный элемент с покрытием из нитрида титана на рабочей поверхности и неподвижный элемент с алмазоподобным углеродным покрытием на рабочей поверхности, имеющим водородную добавку и совмещающим свойства твердого износостойкого материала и граничной смазки (см. авторское свидетельство СССР 1593353 на изобретение «Пара трения скольжения», F16C 33/12, 1997).

Обладая приемлемым сочетанием износостойкости и коэффициента трения (0,09) контактируемых поверхностей прототип, тем не менее, характеризуется недостаточно высокой эксплуатационной надежностью, в связи с возможным высокоскоростным перегревом твердого алмазоподобного антифрикционного материала, и конструктивным усложнением пары трения скольжения для обеспечения ресурса: рабочие поверхности элементов указанной пары выполнены в форме сферической выемки.

Технический результат заявляемой полезной модели - обеспечение надежной эксплуатации высокоскоростной пары скольжения, работающей за резонансной изгибной частотой вращения, при повышении технологичности и экономичности ее изготовления, а также при расширении области ее применения в ответственных высокоскоростных узлах вращения за счет гарантированного ресурса в результате стабильной износостойкости контактируемой поверхности вращающегося рабочего элемента, гарантированного запаса антифрикционных свойств контактируемой поверхности неподвижного опорного элемента и снижения конструктивными средствами колебаний вращающегося рабочего элемента.

Для достижения указанного технического результата в паре скольжения, содержащей вращающийся рабочий элемент с покрытием из нитрида титана и неподвижный опорный элемент с антифрикционным покрытием на его контактной поверхности и обеспечивающая эксплуатационное скольжение на основе использования смазки, покрытие нитрида титана сформировано на подслое титана, выполняющем функции связующего покрытия нитрида титана с металлической поверхностью рабочего элемента, а опорный элемент выполнен из антифрикционного материала и имеет нанесенное на его контактную поверхность дополнительное антифрикционное покрытие с демпфирующими свойствами, при этом между рабочим и опорным элементами предусмотрен зазор, предотвращающий резонансные колебания рабочего элемента.

В частном случае реализации заявляемой пары скольжения рабочий элемент выполнен из хромистой стали, опорный элемент - из бронзы и имеет нанесенное на его контактную поверхность оловянно-свинцовистое покрытие, а эксплуатационное скольжение пары обеспечивается на основе использования фитильной смазки.

В настоящем примере выполнения заявляемой пары скольжения в виде подшипника скольжения контактируемая (выпуклая цилиндрическая) поверхность рабочего элемента из стали ХВГ (ГОСТ 5950-2000) имеет ионно-плазменное покрытие из нитрида титана (толщиной 3-6 мкм), напыленное на предварительно нанесенном методом вакуумной ионно-плазменной обработки подслое титана (толщиной 0,3-0,6 мкм).

При этом контактируемая (вогнутая цилиндрическая) поверхность опорного элемента из бронзы БрАЖ 9-4 (ГОСТ 18175-78) имеет нанесенное методом пайки слой оловянно-свинцовистого припоя типа ПОС 30 (толщиной 20-30 мкм).

Радиальный зазор между вращающимся рабочим элементом и неподвижным опорным элементом для предотвращения колебаний первого при его вращении с угловой скоростью около 102 тыс. об/мин выбран 0,17 мм (принцип действия см. в патенте РФ 2231694 на изобретение «Опора скольжения», F16C 29/02, F16C 17/00, 2004).

В качестве смазки использована смазочная композиция 6 СФК-180-05 (ТУ 6-02-1229-82).

Предлагаемый подшипник скольжения на дату подача настоящей заявки безотказно эксплуатируется в диапазоне высоких угловых скоростей в течение 2-х лет.

1. Пара скольжения, содержащая вращающийся рабочий элемент с покрытием из нитрида титана и неподвижный опорный элемент с антифрикционным покрытием на его контактной поверхности и обеспечивающая эксплуатационное скольжение на основе использования смазки, отличающаяся тем, что покрытие нитрида титана сформировано на подслое титана, выполняющем функции связующего покрытия нитрида титана с металлической поверхностью рабочего элемента, а опорный элемент выполнен из антифрикционного материала и имеет нанесенное на его контактную поверхность дополнительное антифрикционное покрытие с демпфирующими свойствами, при этом между рабочим и опорным элементами предусмотрен зазор, предотвращающий резонансные колебания рабочего элемента.

2. Пара скольжения по п.1, отличающаяся тем, что рабочий элемент выполнен из хромистой стали, а опорный элемент - из бронзы и имеет нанесенное на его контактную поверхность оловянно-свинцовистое покрытие.

3. Пара скольжения по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что эксплуатационное скольжение пары обеспечивается на основе использования проточной смазки типа фитильной смазки.