Пластина подшипникового материала, применяемого в конструкции подшипника с дугообразными секционными вкладышами - RU2211384C2

Описание

Область техники
Это изобретение касается пластины подшипникового материала, применяемого в конструкции подшипника, предназначенного для использования в качестве несущей опоры смазываемого водой вала гребного винта, используемого на больших морских судах.

Предпосылки изобретения
Известно несколько типов конструкции подшипника с использованием в качестве подшипникового материала эластомера из-за его превосходной способности противостоять воздействию коррозионных жидкостей и абразивному износу, являющемуся результатом воздействия посторонних частиц, взвешенных в морской воде, в которой работают вал и подшипник.

В одном варианте подшипниковый материал вкладыша включает множество находящихся на нем равномерно распределенных по окружности ребер из эластомера, которые поддерживают вал за счет селективного контакта с ним.

В другом варианте подшипниковый материал вкладыша имеет несущую контактную поверхность большего размера, выполненную из эластомера и контактирующую с валом по кольцевой площади большей, чем в подшипниках с ребрами. Этот тип подшипников известен как подшипник с цилиндрической расточкой или подшипник с дугообразными вкладышами (в некоторых случаях).

Подшипниковый материал для конструкции подшипника с дугообразными вкладышами трудно изготавливать из-за допусков, с которыми необходимо изготавливать подшипник. До сих пор подшипниковый материал для дугообразных вкладышей крепился к внутренней поверхности корпуса подшипника, а затем эластомер механически обрабатывался для подгонки до требуемого размера. Однако механическая обработка оставляет глубокие царапины на эластомере, значительно повышая тем самым коэффициент трения между подшипником и валом и скорость износа обоих элементов.

Усилия по улучшению технологии изготовления подшипникового материала для конструкции подшипника с дугообразными секционными вкладышами привели к непрерывному совершенствованию с целью повышения универсальности, практичности и эффективности.

Сущность изобретения
Целью данного изобретения является создание новых вариантов подшипникового материала для изготовления подшипника с цилиндрической расточкой или подшипника с дугообразными вкладышами. Данное изобретение предоставляет пластину подшипникового материала для дугообразных секционных вкладышей подшипника, имеющего пониженные коэффициент трения и скорость износа, снижая, в то же время, затраты на изготовление.

Эти и другие цели, признаки и достоинства данного изобретения станут более ясными из подробного описания примеров его реализации, проиллюстрированных чертежом.

На чертеже, a и b показаны изометрические проекции вариантов пластин подшипникового материала по данному изобретению, предназначенного для использования в конструкции подшипника с дугообразными секционными вкладышами.

Подробное описание
На чертеже показаны варианты пластин подшипникового материала для дугообразных секционных вкладышей подшипника. Подшипниковый материал отформован в виде больших гибких пластин. Материал формуют и придают ему форму на грубой ткани или плите со множеством выступов. Отформованные пластины состоят или изготовлены из эластомеро/пластикового композита, такого, какой описан в общедоступном патенте США 3993371, или, что наиболее предпочтительно, из гомогенного скользкого полимерного сплава (СПС), такого, какой описан в патентах США 4725151 и 4735982. Предпочтительно, чтобы толщина слоя подшипникового материала СПС была порядка 0,125 дюйма. Затем, при вулканизации пластины, его приклеивают к листовой подкладке из нитрильного каучука. Подкладка из каучука делает пластину гибкой, а при износе ее легко приклеить к корпусу подшипника из металла или композита с использованием твердеющего при комнатной температуре эпоксидного вяжущего состава или контактного клея. Каучуковая подкладка быстро и легко шлифуется или полируется на станке для получения требуемой толщины всей пластины для конкретного размера подшипника. Слой вяжущего состава добавляет примерно 0,001 дюйма к общей толщине стенки подшипника. Поэтому нет необходимости полировать или обрабатывать поверхность подшипника. Полировка поверхности подшипника повышает трение и износ.

На чертеже, а можно видеть, что пластину подшипникового материала можно изготовить, укладывая в форму нижний слой 110 из эластомера. Предпочтительным эластомером является номер Н-212 по каталогу фирмы B.F. Goodrich Company. Затем на эластомер укладывают верхний слой 112 скользкого полимерного сплава (СПС). СПС образует соединение термопласта и термореактивного каучука наряду с меньшим количеством смазки. СПС является гетерогенной композицией, в которой термопласт находится в непрерывной фазе, а термореактивное вещество диспергировано в ней в виде дисперсной фазы. Другими словами, в отличие от смеси образуется термопластичное вяжущее вещество, имеющее термореактивное соединение и диспергированный в нем смазочный материал.

Термопластичным соединением может быть любой полимер, обладающий высокой тягучестью, низким трением и хорошей износостойкостью. Особой группой таких полимеров являются многочисленные полиэтилены со сверхвысоким молекулярным весом (ПЭСВМВ), которые известны в технике и литературе. К полиэтиленам со сверхвысоким молекулярным весом обычно относят такие полиэтилены, которые при использовании метода измерения вязкости растворов имеют средний молекулярный вес более 2,5 миллионов, то есть от примерно 3,0 миллионов до примерно 7,0 миллионов. Желательный диапазон лежит от примерно 4 миллионов до примерно 6,5 миллионов, а предпочтительный - от примерно 5 миллионов до примерно 6 миллионов. Такой полиэтилен поставляется в торговлю фирмой Hoechst Celanese Corporation под названием GUR 413.

Полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом также, как другие полимеры, в общем пригодные для использования в данном изобретении, обычно имеет низкие фрикционные характеристики, например коэффициент напряжения трогания для статического трения при скорости вала 0 об/мин составляет 0,25 или менее, желательно 0,20 или менее, а предпочтительней 0,15 или менее. Желательные термопластичные соединения по данному изобретению также имеют вязкость при испытаниях на ударную вязкость по Изоду (ASTM D256), составляющую 20 или более, а предпочтительней 30 или более. Тем не менее образцы для испытаний, не имеющие насечек, не выходили из строя. Термопластичные соединения по данному изобретению также имеют хорошую стойкость к истиранию, измеренную при испытаниях на абразивное воздействие песчаным шламом. Испытание на абразивное воздействие песчаным шламом является тестом фирмы Hoechst Celanese Corporation, в котором обычно тестовый образец (1•3•1/4 дюйма) вращают при 1200 об/мин в течение 24-часового периода в шламе, содержащем 2 части воды и 3 части песка.

Используется эффективное количество полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом, которое образует непрерывную фазу в СПС. Обычно количества термопластичного соединения достаточно для того, чтобы покрыть своим слоем соединение термореактивного каучука, который обычно существует в форме частиц, а более желательно количество, превышающее это количество, требуемое для покрытия частиц каучука. Обычно используемое количество термопластика, основанное на общем весе СПС, находится в пределах от примерно 25 весовых % до около 90 весовых %, желательно от примерно 40 весовых % до примерно 75 весовых %, а предпочтительней от примерно 55 весовых % до примерно 65 весовых %.

Термореактивное соединение является вулканизированным каучуковым соединением, которое обычно имеет низкое трение, а также хорошие масло- и водостойкость. Здесь под "низким трением" понимается, что каучуковые подшипники в желательном диапазоне толщин при смазке водой создают гидродинамическую смазку при нормальных рабочих скоростях цапфы (вала). Тонкие каучуковые подшипники, вследствие упруго-пластогидродинамического эффекта, создают гидродинамическое трение при скоростях вала, более низких, чем любой другой известный подшипниковый материал. Под гидродинамической смазкой понимают создание пленки жидкости между подшипником и вращающимся валом. Под термином "масло- и водостойкость" понимается, что эластомеру не наносится ущерба (он не растворяется или размягчается), а увеличение объема, вызванное разбуханием в воде, составляет менее 5%, а предпочтительней менее 3%.

Как правило, может быть использовано любое каучуковое соединение, имеющее такие трение и водостойкость. Особую группу таких соединений составляют многочисленные нитрильные каучуки, известные в технике и в литературе. Например, могут использоваться многочисленные соединения в виде нитрильных каучуков Нусаr производства фирмы BF Goodrich Company. Как правило, предпочтение отдается многочисленным более твердым соединениям в виде нитрильных каучуков. Характерным примером такого каучука является соединение Н-201 (твердость А по Шору равна 80±5) производства фирмы BF Goodrich Company. Другим примером является более мягкий нитрильный каучук, например соединение Н-203, также производимое фирмой BF Goodrich Company, которое имеет твердость А по Шору примерно 70±5. Другие каучуки включают бутиловый каучук, ЭПДМ, который является каучуком, изготовленным из этилен-пропилен-диеновых мономеров, и фтор-эластомеры, основанные на сополимере винилиденфторида и гексафторпропилена, имеющие, как считается, следующую повторяющуюся структуру -CF -CF -CF -CF (CF) -. Такие сополимеры продаются фирмой Du Pont под товарным знаком "Viton". Хотя эти другие каучуковые соединения также могут использоваться, все же нитрильные каучуки являются весьма предпочтительными из-за их эластичности и деформации ползучести.

Важным аспектом данного изобретения является то, что вулканизированное каучуковое соединение может быть сначала смешано в сухом виде с термопластичным соединением перед образованием их сплава.

Таким образом, каучуковое соединение вулканизируют, а для того, чтобы смешать два компонента, его перемалывают до удобного размера. Можно использовать обычные методы измельчения, например механическое или криогенное измельчение. В большинстве случаев важен размер частиц вулканизированного каучукового соединения. Как правило, частицы имеют размер меньший, чем тот, при котором они способны проходить через решето Тайлера (Tyler) с ячейками определенного размера. Так, вулканизированные каучуковые соединения имеют обычно размер частиц менее 35 меш, желательно менее 65 меш, а предпочтительней менее 100 меш. Количество вулканизированного каучука в СПС обычно составляет по весу от около 10% до около 70%, желательно от около 12% до около 40%, а предпочтительней от около 15% до около 30% от общего веса СПС.

Смазку обычно добавляют в виде твердого вещества, следовательно - не в жидком виде. Для того, чтобы гарантировать хорошее рассеивание, обычно смазка имеет вид порошка. Под термином порошок имеется в виду, что большинство, по крайней мере 70%, 80% или 90%, а более желательно по крайней мере 95%, частиц имеют размер, меньший размера ячейки решета Тайлера в 100 меш, то есть 150 микрон. Желательно, чтобы большинство частиц порошка, как правило 80%, 90% или даже 95%, были меньше 200 меш, то есть 75 микрон. Предпочтительней, чтобы большинство частиц графитового порошка, то есть 70%, 80% или 90%, были меньше 325 меш, то есть 44 микрон. Может использоваться любая смазка, известная в технике и литературе, которая придает СПС смазочные свойства. Под смазочными свойствами имеется в виду, что коэффициент трения поверхности из сформированного СПС понижен, составляет, например, порядка 10%, а более желательно по крайней мере 20% или 30% в начале износа. Смазка также должна быть неабразивной. Предпочтительной смазкой является графит. Примером специального графита является сорт 117-А производства фирмы Asbury Graphite Mills, Inc. Другой специальной смазкой является дисульфид молибдена. Хотя и не всегда предпочтительный, дисульфид молибдена желателен при использовании в случаях сухого трения, когда отсутствует влага, даже в виде паров атмосферной влаги. Также могут использоваться силиконовые масла в количестве от около 2% до около 10% по весу, а желательно от около 3% до около 6% по весу от общего веса СПС. Примеры конкретных силиконовых масел включают 200 Fluid производства фирмы Dow Corning. Другой приемлемой смазкой является ПТФЭ (политетрафторэтилен) производства фирмы Du Pont de Nemours E.I. Company.

Обычно количество смазки составляет от около 0,5% или 3% по весу до около 25% по весу, желательно от около 1,0% до около 20% по весу, а предпочтительней от около 2% до около 10% по весу от общего веса СПС.

Затем на верхний слой пластины подшипникового материала наносят узор. Узор создает множество выступов, площадок или точек контакта 114, которые выступают из верхнего слоя 112 внутрь в направлении оси. Каждый из выступов 114 в отдельности при смазке жидкостью может стать самостоятельной гидродинамической несущей поверхностью. Предпочтительным методом нанесения этого узора является помещение очень гладкого, тонкого листа полиэфирного пластика между куском сурового неплотного трикотажа или неплотной тканой материи и вдавливание листа полиэфирного пластика и ткани в поверхность подшипникового материала СПС 22 перед вулканизацией. Предпочтительно, чтобы тканью была ткань 8708 по каталогу фирмы Georgia Duck. Желательно, чтобы в качестве листа полиэфирного пластика использовался материал марки MYLAR толщиной 0,003 дюйма. Лист полиэфирного пластика разглаживает получающийся слой СПС и скругляет углы выступов 114. Следует отметить, что для гарантии того, что ткань можно будет извлечь после вулканизации, перед прессованием полиэфирного пластика и ткани в виде единого материала ткань способом, известным в технике, следует опрыскать веществом, облегчающим извлечение из формы, например RTC 9110 производства фирмы Chem-Trend. После того, как ткань и лист полиэфирного пластика помещены поверх невулканизированного секционного вкладыша подшипника, их следует сжать, например, путем закрывания формы. Затем материал формуют в течение приблизительно 4,5 часов под давлением, равным приблизительно от 1000 до 1500 фунтов на квадратный дюйм, и при температуре, равной приблизительно 350^oF. После этого процесса формования, поддерживая давление, дают возможность температуре формы вернуться до значения температуры окружающей среды. Форме следует дать возможность охлаждаться в течение приблизительно 1 часа после формования. Было обнаружено, что охлаждение композита под давлением облегчает предотвращение деформации готового изделия. Нанесение воды снаружи на форму также может быть использовано для снижения времени охлаждения формы до 1 часа с целью предотвращения деформации конечного продукта.

На чертеже, b показано, что можно изготовить другую пластину подшипникового материала в соответствии с процедурой, предложенной для композита, представленного на чертеже, а, получая в результате композит, имеющий нижний слой 120 из эластомера и верхний слой 122 из СПС, имеющего созданные в нем граненые выступы, площадки или точки контакта 124. Выступы или площадки 124 выступают внутрь в направлении оси и каждый из них по отдельности может стать самостоятельной гидродинамической несущей поверхностью при смазке жидкостью. Однако граненый узор на верхнем слое 122 создается с использованием каучуковой формы, имеющей соответствующий оттиск или узор. Лист полиэфирного пластика, например, марки MYLAR перед вулканизацией может быть помещен между каучуковой формой и СПС. Предпочтительней, чтобы лист полиэфирного пластика имел толщину порядка 0,003 дюйма. Лист полиэфирного пластика разглаживает получающийся слой СПС и скругляет углы выступов.

Следует отметить, что для того, чтобы подшипник был гидродинамическим, в верхнем слое сплава могут быть созданы узоры другой формы и размера, не рассмотренные здесь специально.

Хотя изобретение было представлено и описано с помощью иллюстративных вариантов, специалистам следует учитывать, что, не выходя за пределы сущности и объема изобретения, в нем и к нему могут быть сделаны вышеупомянутые и другие различные изменения, пропуски и дополнения.

Реферат

Изобретение относится к подшипниковым устройствам, а именно к антифрикционным покрытиям вкладышей, выполненных в виде пластин. Пластина подшипникового материала используется для изготовления конструкции подшипника, предназначенного для использования в качестве несущей опоры смазываемого водой вала гребного винта, используемого на больших морских судах. Пластина подшипникового материала состоит из нижнего эластомерного слоя, имеющего верхнюю поверхность, слоя скользкого полимерного сплава (СПС), имеющего верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. При этом указанная верхняя поверхность указанного слоя скользкого полимерного сплава (СПС) имеет множество выпуклых точек контакта, указанная нижняя поверхность указанного слоя скользкого полимерного сплава (СПС) приклеена к указанной верхней поверхности указанного нижнего эластомерного слоя. Технический результат - понижение коэффициента трения и скорости износа. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Формула