CZ295336B6

CZ295336B6 - Vodicí prostředek pro mechanické díly

Info

Publication number: CZ295336B6
Application number: CZ19993163A
Authority: CZ
Inventors: Etienne Georges; Daniel Tourneux
Original assignee: Centre Stephanois De Recherches Mecaniques Hydrome
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2005-07-13
Also published as: TR199902293A3; BR9904176A; KR100380530B1; CZ9903163A3; NO318926B1; DE69919288D1; SK126099A3; IL131795A; ES2227984T3; PT987456E; JP3525411B2; TW412623B; TR199902293A2; CA2282001C; AR020450A1; SK285067B6; EP0987456B1; CN1247947A; JP2000097231A; ATE273459T1

Abstract

Vodicí prostředek pro mechanické díly, sestává ze dvou částí, určených pro vzájemné kluzné uložení. Jedna z obou částí je kluznou částí (11) s hladkým funkčním, tj. třecím, povrchem a druhá část, děrovaná část (8) s alespoň jedním funkčním, tj. třecím, povrchem (7) obsahuje vystupující dutiny (9) určené pro přijetí mazacího tuku (4) pastovitého typu obsahujícího složku mýdlového typu, složku olejového typu a aditivum pro extrémní tlaky. Smáčecí úhel (.theta.) mezi funkčním povrchem kluzné části (11) a mazacím tukem (4) je 20.degree. až 40.degree. a materiál děrované části (8) je vybrán tak, že smáčecí úhel (.theta.) mezi funkčním povrchem děrované části (8) a mazacím tukem (4) je 45.degree. až 75.degree.. Prostředek může být typu kluzná dráha (2)/běžec (1), typu hřídel (13)/ložisko, typu koule (15)/objímka (16) a pod.ŕ

Description

Vodicí prostředek pro mechanické díly

Oblast techniky

Vynález se týká vodícího prostředku pro mechanické díly, mazané tukem. Přesněji se vynález týká tukem mazaných mechanických součástí, které zajišťují kluzné translační nebo rotační vedení při plynulém nebo vratném pohybu a jsou konstruovány tak, aby účinně splňovaly požadavky mnoha průmyslových odvětví s ohledem na zjednodušení mazání a snížení četnosti údržby.

Dosavadní stav techniky

Jsou známé tukem mazané prostředky, u kterých pomocí vhodných těsnicích prostředků je umožněno aby dvě mechanické součásti se navzájem třely, dokonce i když jsou vystaveny velmi vysokému zátěžovému namáhání, s velmi nízkým součinitelem tření. Příklady takových součástí jsou uvedeny v článku „Theory and Industrial Practice of Friction“ (Teorie a průmyslová praxe tření), JJ. CAUBET, vydavatel Dunod Technip, 1964, kapitola 13.

Patent FR 910 999 z 2. října 1962 s doplňujícím patentem FR 921 708 z 17. ledna 1963 popisuje provedení takového prostředku v případě samovyrovnávacích ložisek pro vysoká zatížení.

Takové prostředky, jejichž technická účinnost je známá, mají však hlavní nevýhodu spojenou se složitostí jejich praktické konstrukce, která vede k vysokým nákladům spojeným s jejich využitím, což je v rozporu se současnými požadavky většiny průmyslových odvětví, kterých se to týká.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje vodicí prostředek pro mechanické díly podle předloženého vynálezu. Vodicí prostředek pro mechanické díly sestává ze dvou částí určených pro vzájemné kluzné uložení. Jednou z obou částí je kluzná část s hladkým funkčním čtecím povrchem a druhou částí je děrovaná část s alespoň jedním funkčním, tj. třecím, povrchem, která obsahuje vystupující dutiny určené pro přijetí mazacího tuku pastovitého typu, zejména tuku pro extrémní tlaky, obsahujícího složku mýdlového typu, složku olejového typu a aditivum pro extrémní tlaky. Podstata vynálezu spočívá v tom, že smáčecí úhel Θ mezi hladkým funkčním třecím povrchem kluzné části a mazacím tukem, měřený při teplotě nazvané měřicí teplota, která je 15 ± 5 °C pod teplotou, při které nastane počátek separace mezi složkou mýdlového typu a složkou olejového typu je 20° až 40°. Materiál děrované části je vybrán tak, že smáčecí úhel Θ měřený při měřicí teplotě mezi funkčním třecím, povrchem děrované části a tukem je 45° až 75°.

Vodicí prostředek pro mechanické díly podle předloženého vynálezu obsahuje kluznou část a děrovanou část, jenž jsou určeny pro kluzná uložení pro translační nebo rotační plynulý nebo vratný pohyb. Vodicí prostředek je účinný a levný.

Je výhodné, je-li vodicí prostředek vytvořen tak, že materiál, z kterého je zhotovena kluzná část je vybrán ze skupiny tvořené ocelemi, chromém a niklem.

Jiné výhodné provedení se vyznačuje tím, že vodicí prostředek je z ocele jenž je vybrána z cementovaných, kalených broušených ocelí, broušených vysokofrekvenčně kalených ocelí, ocelí, které jsou vytvrzeny a pak povlečeny tvrdým chromém, nitridovaných ocelí, keramicky povlékaných ocelí a nitrocementovaných ocelí.

-1 CZ 295336 B6

Vodicí prostředek je s výhodou vytvořen tak, že materiál pro děrovanou část je vybrán z polymerních materiálů a kopolymerních materiálů.

Další výhodná varianta vodícího prostředku má materiál děrované části vybrán zpolyimidů, plněných polyimidů, epoxidových pryskyřic, polyacetalových pryskyřic, polyethylénu, substituovaných nebo nesubstituovaných fluorokarbonů, polyethyléntereftalátu, polyethersulfonu, polyamidů a polyetheretherketonu.

Vodicí prostředek může mít s výhodou materiál děrované části vybrán z masivního substrátu, tenkých válcovaných plechů a substrátů opatřených povlaky.

Podle výhodného uspořádání vynálezu dutiny vystupující na funkčním povrchu děrované části nejsou navzájem spojeny na straně obsahující uvedený funkční povrch děrované části.

Dutiny mohou být spojeny na straně obsahující nefunkční povrch děrované části. Jestliže jsou dutiny spojeny na straně obsahující nefunkční povrch děrované části, např. systémem kanálků, dutiny budou s výhodou zakryty krytem.

Přehled obrázků na výkresech

Popis bude snadněji pochopen s pomocí připojených výkresů, na kterých:

obr. 1 znázorňuje schematicky základní princip podle stavu techniky podle FR 910 999 a jeho dodatku FR 921 708;

obr. 2 až 5 znázorňují schematicky měření stykového úhlu podle vynálezu;

obr. 6 je schematický řez vodicím prostředkem typu kluzná dráha/běžec podle vynálezu;

obr. 7 je pohled zespodu na běžec z obr. 6;

obr. 8 znázorňuje schematicky variantu vodícího prostředku typu kluzná dráha/běžec z obr. 6;

obr. 9 znázorňuje schematicky vodicí prostředek podle vynálezu v uspořádání hřídel/ložisko;

obr. 10 znázorňuje schematicky ložiskové pouzdro z obr. 9;

obr. 11 znázorňuje schematicky vodicí prostředek typu kulového kloubu podle vynálezu;

obr. 12 znázorňuje schematicky vodicí prostředek typu běžec/dráha, ve kterém je znázorněno naklopení běžce;

obr. 13 znázorňuje schematicky podepření běžce třemi polštáři;

obr. 14 znázorňuje schematicky uspořádání hřídel/ložisko, ve kterém jsou tři třecí části s dvěma funkčními povrchy;

obr. 15 znázorňuje schematicky uspořádání hřídel/ložisko pro plynulé otáčení se dvěma třecími částmi, ve kterém je ložiskové pouzdro za tepla nalisováno na hřídel a jeho funkční povrch je ve styku s funkčním povrchem děrovaného ložiska (kroužku);

obr. 16 znázorňuje schematicky uspořádání s třemi třecími částmi a dvěma funkčního povrchy, které je variantou uspořádání z obr. 15 s dvěma ložiskovými pouzdry, jedno je za tepla nalisováno na hřídel a druhé je zalisováno do vrtání skříně.

-2CZ 295336 B6

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje běžce 1, v tomto případě zhotoveného z oceli určený pro pohyb po dráze 2, také zhotovené z oceli, proti které se opírá výslednou silou F. Na spodním líci běžce 1 bylo vytvořeno kruhové vybrání do jehož prostoru bylo vloženo těsnění 3 ve tvaru těsnicího Okroužku a prostor E uvnitř těsnicího O-kroužku byl vyplněn tukem 4. Takto konstruovaný běžec 1 se stává „plovoucím“ a je nesen „polštářem“ tuku 4, umožňujícím získání velmi nízkého koeficientu tření, běžně nižšího než 0,01 i při vysokém zatížení a pomalém pohybu.

V tomto ohledu je zřejmé, že zjednodušené uspořádání běžce 1 z obr. 1, ve kterém by byl těsnicí O-kroužek vypuštěn by nebylo vhodné. Příčinou je, že působením zatížení tlačícím běžcem 1 proti dráze 2 by byl tuk 4 velmi rychle vytlačen z oblasti dotyku. Mezi běžcem 1 a dráhou 2 pak nastane tření kovu o kov a ve velmi krátkém čase nastane zadírání. Na druhé straně k tomuto nedojde pokud těsnění 3 je na svém místě, protože tuk 4 nemůže uniknout, jelikož pouzdro je nepropustné.

Pro změření smáčecího úhlu Θ podle vynálezu je třeba nejprve důkladně očistit povrch 5 tuhého tělesa na kterém má být provedeno měření. Dále je pomocí injekční stříkačky vytvořena přímá housenka 6 z tuku 4 přibližně o průměru 2 mm na povrchu tuhého tělesa, na kterém má být provedeno měření (obr. 2).

Součást je pak uložena na horký plát (neznázoměn) dokud teplota na jejím lící, která je ve styku housenkou 6 tuku 4 nedosáhne hodnoty o 20 ± 5 °C vyšší než mezní teplota pro použití daného tuku 4. Na této teplotě je udržována po dobu přibližně 90 sekund. Součást je pak sejmuta z horkého plátu a ponechána zchladnout, což má účinek zmrazení tvaru kapky a tak umožnění změření smáčecího úhlu Θ při pokojové teplotě pomocí běžného prostředku typu binokulární lupy spojené s úhloměrem. Směr pozorování je označen „DO“. Získané výsledky jsou schematicky znázorněny na obr. 3 (boční řez původní housenkou 6 tuku 4 před zahříváním), a na obr. 4 a 5 z nichž každý znázorňuje boční řez housenkou 6 tuku 4 po zahřátí a pak ochlazení, v případě hladké části 5' a děrované části 5. Podle vynálezu je nezbytné mít θ = 20° až 40° (6') v případě hladké části 5' a Θ = 15° až 75° (6) v případě děrované části 5.

Na obr. 6, znázorňujícím děrovanou část 8 a kluznou část 11, jsou dutiny 9 zhotoveny ve funkčním třecím povrchu 7 děrované části 8, což je povrch, který je ve styku s kluznou částí 11 při kluzném tření.

Obr. 7 zobrazuje pohled ze spodu na děrovanou část 8 funkční třecí povrch 7. Dutiny 9 v děrované části 8 jsou válcové a uspořádané pravidelně. Nejsou navzájem propojeny na straně obsahující tento funkční třecí povrch 7.

Rozvinutím funkčního třecího povrchu 7 děrované části 8 je plocha o velikosti rovné součinu L x 1, kde L a 1 jsou délka a šířka děrované části 8.

Plocha zabíraná dutinami 9 je rovna ηπφ²/4 (n je počet dutin 9) a d je nejkratší vzdálenost k sobě přivrácených okrajů dvou sousedních dutin 9.

U výhodných provedení vynálezu je třeba mít:

ηπφ²/4 = 20 až 40 % (L x 1) d > přibližně 2 mm

-3 CZ 295336 B6 přibližně 3 mm² < ηπφ²/4 < přibližně 40 mm².

V uspořádání znázorněném na obr. 6 a 7 dutiny 9 nevystupují na nefunkční straně 10 děrované části 8.

Je však pochopitelné, že tomu může být jinak, tj. že dutiny 9 nebudou slepé. Pak je důležité vhodným prostředkem, jako je kryt 12, překrývající dutiny 9 (obr. 8), předejít úniku tuku 4, který vyplňuje dutiny 9, přes zadní nefunkční povrch 10 děrované části 8.

V uspořádání znázorněném na obr. 7 dutiny 9 nejsou navzájem propojeny na straně obsahující nefunkční povrch 10. Nicméně je pochopitelné, že mohou být propojeny např. systémem vhodných kanálků.

V připojených obr. byly dutiny 9 znázorněny ve tvaru válcových děr, které jsou navzájem stejné a jsou uspořádány pravidelným způsobem. To však není nutná podmínka a dutiny 9 mohou být uspořádány odlišně, aniž by tato další uspořádání vybočovala z rozsahu vynálezu.

Obr. 9 znázorňuje vodicí prostředek podle vynálezu, který je uspořádán jako hřídel 13 v ložisku nebo ložiskové pouzdro 14 (obr. 10). V tomto případě lze rozvinout povrch ložiskového pouzdra 14, rovnoběžně s jeho osou a pak rozvinout do obdélníkové desky. Všechny úvahy rozpracované s ohledem na zařízení typu děrovaná část 8/kluzná část 11 mohou pak být přeneseny na systém hřídel 13 v ložisku.

Obr. 11 znázorňuje zařízení typu koule 15/objímka 16, vytvořené podle vynálezu, kde dutiny 9 jsou vytvořeny v objímce, což je konkávní kluzná část 11.

Na obr. 12 je opět znázorněn běžec 1 a dráha 2 z obr. 1 ale v uspořádání, ve kterém zatížení F běžce 1 nedává výslednici procházející středem těsnění 3 tvořeného O-kroužkem. V tomto případě se běžec 1 naklápí, což vede k nežádoucímu jevu kdy povrchy zabírají s ostrými hranami, které působí jejich přetížení mající za následek předčasné poškození povrchů v třecím dotyku. K zabránění tomuto jevu může být běžec 1 podpírán alespoň třemi „polštáři“ 17 přičemž výslednice zatížení přitlačující běžec na dráhy spadá dovnitř takto definovaného podpěrného mnohoúhelníka (obr. 13).

Obr. 14 znázorňuje vodicí prostředek podle vynálezu v uspořádání hřídel 13 v ložisku, které se liší od uspořádání na obr. 9 skutečností, že jsou zde tři třecí části: hřídel 13, ložiskové pouzdro 14 opatřené děrami 9 a skříň 18.

Podle tohoto uspořádání jsou na ložiskovém pouzdru 14 dva funkční povrchy, jeden tvořený jeho vnitřním vrtáním a druhý jeho vnějším válcovým povrchem.

V tomto uspořádání je děrované pouzdro „plovoucí“.

Obr. 15 znázorňuje uspořádání s dvěma kluznými součástmi, které tvoří hřídel 13 a ložiskové pouzdro 14, opatřené děrami 9. Ložiskové pouzdro 19 zhotovené z ložiskové oceli typu 100C6 bylo za tepla nalisováno na hřídel 13.. Samotné ložiskové pouzdro 14 je těsně zalícováno svým vnějším průměrem do vrtání skříně 18.

Obr. 16 je varianta obr. 15 s „plovoucím“ děrovaným ložiskovým pouzdrem 14, které klouže po dvou ložiskových pouzdrech 19, 20 zhotovených z ložiskové oceli typu 100C6, nalisovaných za tepla na hřídel 13 a zalícovaných do vrtání skříně 18.

Vynález bude podrobněji popsán s odkazy na následující příklady.

-4CZ 295336 B6

Příklad 1 (porovnávací)

Tento příklad osvětluje zkoušky na kmitavých ložiskách.

Uspořádání je hřídel/ložisko (ložiskové pouzdro).

Hřídel: kalená cementovaná ocel 16NC6.

Ložisko (ložiskové pouzdro): 40% grafitem plněný polyimid typu PI 5508.

Průměr hřídele: 30 mm.

Šířka ložiskového pouzdra 1 = 20 mm.

Rozvinutá délka ložiskového pouzdra: π x 30 = 94,25 mm.

Pohyb: střídavé otáčení o úhel 90° s frekvencí 1 Hz.

Vypočtený tlak na průmět povrchu: 10 mPa.

Kluzná rychlost: 0,2 m/s.

Tuk pro extrémní tlaky: lithiové mýdlo, typ SNR-LUB EP, stupeň NLGI, použití při teplotách -30až+110°C.

Mazáno tukem při montáži, pak činnost bez doplňování tuku.

Pro určení smáčecích úhlů Θ pro hřídel/tuk a ložisko/tuk byl použit průměr z 5 měření provedených jak bylo uvedeno výše s housenkami tuku umístěnými na rovnoběžnostěnových vzorcích zahřívaných na 130 °C po dobu 90 sekund a pak ochlazených.

Výsledky jsou následující:

v případě hřídele (kalená cementovaná ocel 16NC6): Θ = 30°;

v případě ložiska (40% grafitem plněný polyimid): Θ = 60°.

Tento příklad byl proveden s hladkým ložiskovým pouzdrem, které je tak řečeno mimo rozsah vynálezu.

Výsledky zkoušek:

průměrný koeficient tření: 0,11;

počet kmitů než došlo k prudkému vzrůstu koeficientu tření: 35 000.

Příklad 2 (podle vynálezu)

Byl opakován příklad 1 s tím rozdílem že ložiskové pouzdro 14 bylo opatřené 40 dutinami 9, každá 4 mm v průměru, uspořádanými pravidelným způsobem s d (nejkratší vzdálenost oddělující k sobě obrácené okraje dvou sousedních dutin 9) = 4 mm.

-5CZ 295336 B6

Výsledky zkoušek:

průměrný koeficient tření: 0,009;

počet kmitů než došlo k prudkému vzrůstu koeficientu tření: > 250 000 (zkouška zastavena před jejím ukončením).

Příklad 3 (porovnávací)

Byl reprodukován příklad 1, stou výjimkou, že v případě materiálu, z kterého bylo zhotoveno ložiskové pouzdro 14 byl polyimid nahrazen bronzem typu UE 12 P, který je slitinou obecně používanou pro ložiska.

Ložiskové pouzdro 14 je hladké, takže je mimo rozsah vynálezu.

Smáčecí úhel Θ pro ložiskové pouzdro 14/tuk 4 měřen za podmínek příkladu 1 je 35°.

Výsledky zkoušek:

průměrný koeficient tření: 0,12;

počet kmitů než došlo k prudkému vzrůstu koeficientu tření: 25 000.

Příklad 4 (porovnávací)

Byl zopakován příklad 2 s výjimkou že v případě materiálu, z kterého je zhotoveno děrované ložiskové pouzdro 14 místo polyimidu je použit bronz typu UE 12 P, který je slitinou obecně používanou pro ložiska.

Smáčecí úhel Θ pro ložiskové pouzdro 14/tuk 4 měřen za podmínek příkladu 1 je 35°, což je mimo rozsah vynálezu pro děrovanou část.

Výsledky zkoušek:

průměrný koeficient tření: 0,09;

počet kmitů než došlo k prudkému vzrůstu koeficientu tření: 80 000.

Poznámky k příkladům 1 až 4

1) Když jsou ložisková pouzdra 14 hladká, což je mimo rozsah vynálezu je velikost jejich životnost stejného řádu, ať jsou zhotovena z polyimidu nebo z bronzu. Koeficienty tření jsou porovnatelné a odpovídají hybridnímu módu, který trvá pokud mazivo zůstává oblasti dotyku. Když mazací tuk, který může uniknout přes okraje ložiska je zcela odstraněn, koeficient tření prudce vzroste, ložisko se zahřívá a pak je poškozeno tepelným účinkem když polyimid nebo bronz ložiskového pouzdra ulpí na ocelovém hřídeli.

2) Životnosti děrovaných ložiskových pouzder 14 zhotovených z polyimidu (podle vynálezu) a zhotovených z bronzu (mimo rozsah vynálezu jsou výrazně delší než u hladkých ložiskových pouzder. Při rozebrání na konci zkoušek bylo pozorováno, že všechen mazací tuk 4, který byl k dispozici v dutinách 9 byl spotřebován. To ukazuje výhodnost „zásob maziva“ v dutinách 9.

-6CZ 295336 B6

3) Koeficient tření děrovaného bronzového ložiskového pouzdra 14 je nižší než koeficient tření hladkého bronzového ložiskového pouzdra 14. To může být alespoň částečně v důsledku pravidelnějšího dodávání mazacího tuku 4 do oblasti dotyku a rovnoměrnější rozdělování tohoto mazacího tuku 4 po této oblasti, tudíž snížení nebezpečí dotyku kov/kov mezi bronzem ložiska a ocelí hřídele 13.

4) Na druhé straně vysvětlení v bodu 3 nebere v úvahu velmi nízký koeficient tření zapsaný s děrovaným polyimidovaným ložiskovým pouzdrem 14 podle vynálezu. Ve skutečnosti hodnota 0,009 typicky odpovídá hydrodynamickému módu mazání, něčemu co je neočekávané u poměrně vysoce zatíženého kmitajícího ložiska, ve kterém kluzná rychlost není nijak vysoká.

Životnost děrovaného polyimidového ložiska (více než 250 000 kmitů) je také překvapující když je to porovnáno s životností bronzového ložiskového pouzdra (80 000 kmitů).

Schematicky, všechno probíhá tak, jako by dvě skutečnosti, že ložiskové pouzdro 14 je zhotoveno z polyimidu a je děrované, měly za následek na jedné straně zlepšení v únosnosti ložiska a na druhé straně prodloužení času potřebného k vyčerpání zásoby maziva.

Teoretické modelování tohoto jevu nebylo provedeno a může být nabídnuta vysvětlující hypotéza, která bude příhodněji objasněna s pomocí obr. 1. Mazací tuk 4 obsažený ve vhodném prostoru E mezi běžcem 1 dráhou 2 a těsněním 3 tvořeným O-kroužkem přenáší příčně pouze zlomek normálního tlaku, který na něj působí. Tento zlomek je tím menším čím je uvedený mazací tuk 4 viskóznější (to vychází ze skutečnosti, že mazací tuk 4 se řídí zákonem reologie, na rozdíl od olejů, které se řídí Paskalovým zákonem a hydrostatickým zákonem).

Poměrně vysoké zatížení může být tedy tolerováno, což znamená zlepšení únosnosti ložiska a poměrně velká vůle představuje zvětšení zásoby maziva před počátkem vytlačení těsnění 3 a objevením úniku maziva.

V uspořádání podle vynálezu těsnění 3 neexistuje. To má výhodné důsledky spojené se skutečnosti, že klouzání běžce 1 po dráze 2 nastává aniž aby bylo nutné překonávat tření těsnění 3 na téže dráze 2, čímž se dosahuje nízký koeficient tření.

Mohou nastat i další důsledky, které jsou nepříznivé při kterých mazací tuk 4, který není nadále zadržován, má přirozenou tendenci uniknout přes okraje běžce 1. To může nastat tím snadněji a rychleji čím lépe mazivo smáčí povrchy, tj. čím menší je smáčecí úhel Θ mezi mazacím tukem 4 a materiály, z kterých je daný povrch zhotoven.

Předchozí může být přímo přeneseno z prostředku běžec 1/kluzná dráha 2 na jiný prostředek typu hřídel 13/ložisko. jak je vysvětleno ve výše uvedených příkladech s polyimidovým ložiskovým pouzdrem (smáčecí úhel Θ s tukem = 35°).

5) Z hlediska vysvětlení výrazně lepšího chování kmitajícího ložiska s ocelovou hřídelí 13 a polyimidovým ložiskovým pouzdrem 14 v porovnání s chováním kmitajícího ložiska s ocelovým hřídelí a bronzovým ložiskovým pouzdrem 14, je možné, že nastává další jev.

Výše bylo také zjištěno, že mazací tuk 4 je lépe udržován ve stykové oblasti s polyimidovým ložiskovým pouzdrem 14 než s bronzovým ložiskovým pouzdrem 14, nicméně zůstává skutečností, že mazivo je spotřebováváno v obou případech.

V přítomnosti dvou kovových povrchů, které mají být smáčeny je pro mazivo energeticky výhodnější přicházet do styku s tím, který má menší smáčecí úhel Θ s mazacím tukem 4, v tomto případě s ocelovou hřídelí spíše než s polyimidovým ložiskovým pouzdrem 14.

Lze vyslovit hypotézu, že pokaždé když povrch ocelové hřídele 13 prochází kolem dutiny 9 v polyimidovém ložiskovém pouzdru 14 uvedený povrch přitahuje malé množství mazacího tuku 4 obsaženého v uvedené dutině 9. Otáčení hřídele 13 tudíž stále doplňuje mazací tuk 4 na jeho povrch, což naopak pomáhá stabilizovat mazací režim a tedy zlepšuje únosnost ložiska a jeho životnost.

V případě bronzového ložiskového pouzdra 14 (smáčecí úhel Θ je stejného řádu jako u oceli) tento jev nenastává.

Příklad 5 (porovnávací)

Je opakován příklad 1 s tou výjimkou, že v případě materiálu, z kterého je zhotoveno ložiskové pouzdro 14, je polyimid nahrazen žíhanou uhlíkovou ocelí typu XC 38 potaženou na funkčním povrchu 5 vrstvou 10 pm organického laku založeného na epoxidové pryskyřici plněné MoS₂.

Ložiskové pouzdro 14 je hladké, tj. mimo rozsah vynálezu.

Smáčecí úhel Θ mezi ocelí XC 38 s lakem a mazacím tukem 4, měřený za podmínek podle příkladu 1, je 70°.

Výsledky zkoušek průměrný koeficient tření: 0,09;

počet kmitů dříve než nastane prudký nárůst koeficientu tření: 45 000 (intenzivní opotřebení na konci zkoušky).

Příklad 6 (podle vynálezu)

Je opakován příklad 5, s tou výjimkou, že ložiskové pouzdro 14 je opatřeno 40 dutinami 9, každá o průmětu 4 mm, uspořádanými pravidelným způsobem s d (nejkratší vzdálenost oddělující přilehlé okraje dvou sousedních dutin 9) = 4 mm.

Výsledky zkoušek průměrný koeficient tření: 0,0075;

počet kmitů dříve než nastane prudký nárůst koeficientu tření: > 45 000 (zkouška zastavena před jejím ukončením).

Příklad 7 (porovnávací)

Je opakován příklad 5, stou výjimkou, že ložiskové pouzdro 14 je zhotovené znepovlékané žíhané uhlíkové oceli typu XC 38.

Ložiskové pouzdro 14 zůstává hladké, tj. je mimo rozsah vynálezu.

Stykový úhel u mezi ocelí XC 38 a mazacím tukem 4, měřený za podmínek podle příkladu 1, je 25°.

-8CZ 295336 B6

Výsledky zkoušek průměrný koeficient tření: nestabilní;

počet kmitů dříve než nastane prudký nárůst koeficientu tření: několik desítek před zadřením.

Příklad 8 (porovnávací)

Je opakován příklad 6, stou výjimkou, že děrované ložiskové pouzdro 14 je zhotovené znepovlékané žíhané uhlíkové oceli typu XC 38.

Smáčecí úhel Θ mezi ocelí XC 38 a mazacím tukem 4, měřený za podmínek podle příkladu 1, je 25°, tj. mimo rozsah vynálezu pro děrovanou část.

Výsledky zkoušek průměrný koeficient tření: 1,15;

počet kmitů dříve než nastane prudký nárůst koeficientu tření: několik stovek před zadřením.

Poznámky k příkladům 5 až 8

Mohou být uvedeny stejné poznámky jako k příkladům 1 až 4, s tím rozdílem, že výsledkem zkoušek je výraznější degradace typu intenzivního opotřebení nebo dokonce zadření v důsledku styku ocel na ocel když zásoba mazacího tuku 4 byla spotřebována a/nebo když lakový povlak byl opotřeben.

Příklady 9 až 14

Příklad 6 byl opakován s děrovanými ložiskovými pouzdry 14 zhotovenými z lakem povlečené oceli s různými počty dutin 9 (s konstantním průměrem) přičemž plocha zaujímané dutinami 9 byla měněna. Tato plocha je měřena na rozvinuté třecí ploše a je vyjádřena v procentech celkové plochy uvedeného rozvinutí.

Plocha zaujímaná dutinami 9 vyjádřená jako procento z celkové plochy je označena „S“.

Počet kmitů je označen „N“.

Výsledky jsou uvedeny v tabulce I.

Tabulka I

s%	5	10	20 až 40	50	60
N	35 000	80 000	> 250 000	20 000	několik stovek

Poznámka

Když je plocha zaujímaná dutinami 9 menší než 20 % celkové plochy rozvinutí ložiska, životnost ložiska se rychle snižuje až na hodnotu u ložiska s hladkým ložiskovým pouzdrem 14.

-9CZ 295336 B6

Nad 40 % je pokles dokonce ještě rychlejší a při rozebírání ložiska na konci zkoušek je pozorováno, že povrch ložiskového pouzdra je vysoce degradován, s mnoha škrábanci a místy zbavenými laku.

Příklady 15 až 17 (podle vynálezu)

Je opakován příklad 2, tj. s děrovaným polyimidovým ložiskovým pouzdrem 14, ale s různou povahou materiálů, z kterých je zhotoven hřídel 13.

Smáčecí úhel mazací tuk 4/hřídel 13 je označen Θ.

Koeficient tření je označen C_F.

Počet kmitů je označen „N“.

Výsledky jsou uvedeny v tabulce II.

Tabulka II

Příklad	15	16	17
Materiál hřídele	Tvrdý chrom	Kalená cementovaná ocel 16NC6	Nitro-karbosulfidovaná ocel 42 CD 4
Θ	35°	30°	25°
Cp	0,01	0,01	1,01
N	150 000	> 250 000	100 000

Koeficienty tření jsou porovnatelné, ale životnosti představované počty kmitů se významně liší i když zůstávají dobré.

Příklad 18

Je opakován příklad 6 ale s odlišnou povahou materiálu polymerového povlaku.

Ocel ložiskového pouzdra 14 je na jeho funkčním povrchu 5 povlečena 10 pm PTFE (polytetrafluorethylénem).

Smáčecí úhel Θ mazací tuk 4/ložiskové pouzdro 14 je 85°, tj. mimo rozsah vynálezu.

Koeficient tření je řádu 0,008.

Počet kmitů je 90 000.

Příklady 19 a 20

Tyto příklady odpovídají ložiskovému uspořádání při plynulém otáčení (vedení otáčení hřídele ve vrtání skříně).

Příklady 19 a 20 příslušně ilustrují, s odkazem na obr. 15 a 16, případy dvou třecích částí (jeden funkční povrch) a tří třecích částí (dva funkční povrchy).

-10CZ 295336 B6

Pokusné podmínky jsou následující:

materiál kluzné části j_l: ložisková ocel typu 100C6;

materiál děrované části 8: nitridovaná uhlíková ocel typu XC 38 povlečená 12 pm organického laku zhotoveného z perfluoroalkoxy;

povaha mazacího tuku: stejná jako v příkladu 1;

průměr hřídele: 30 mm;

šířka ložiskového pouzdra L4: 25 mm výpočtový tlak na průmět plochy: 5 barů.

Zkoušky byly prováděny při různých hodnotách rychlosti otáčení hřídele 13.

Ve všech případech pohyb může pokračovat po stovky hodin bez jakýchkoli funkčních anomálií a s velmi nízkým momentem odporu, odpovídajícím extrémně nízkému součiniteli řádu 0,05 až 0,0005, typickému pro tření ve velmi dobrém hydrodynamickém mazacím režimu.

Rozdíl mezi uspořádáním s dvěma třecími částmi a s třemi třecími částmi se objevuje ve dvou extrémech rozsahu změn rychlosti otáčení.

Pod 2000 až 3000 otáček za minutu systém s dvěma třecími částmi (příklad 19) dává lepší reprodukovatelnost výsledků (100% úspěšnost) v protikladu k systému s třemi třecími částmi (příklad 20: 90% úspěšnost).

Nad 10 000 až 12 000 otáček za minutu je to opačný případ.

Tvar každé z obou třecích částí může být rovinný, válcový nebo kulový. Ačkoliv je pojem smáčecího úhlu Θ kapky kapalného nebo viskózního produktu umístěné na pevný povrch běžně používán odborníky v oboru, není předmětem standardizace ani komplexně standardizované měřicí metody, zejména když produkt je mazací tuk 4.

Nejprve je povrch tuhého tělesa, na kterém má být provedeno měření, vyčištěn a pak je na něj umístěna přímá housenka 6 tuku 4. Nato je součást zahřívána dokud teplota jejího líce v dotyku s housenkou 6 nedosáhne hodnoty o 20 ± 5 °C vyšší než je mezní teplota pro použití tuku. Součást je na této teplotě udržována po dobu potřebnou k tomu aby se tuk stal skutečně tekutým a začal se roztěkat po povrchu (přibližně 90 sekund). Zahřívání součásti je pak zastaveno a součást je ponechána k vychladnutí. Účinkem toho je zmrazení tvaru kapky a umožňuje měření jejího smáčecího úhlu Θ při pokojové teplotě.

Pokaždé je nezbytné měřit smáčecí úhel Θ mezi mazacím tukem 4 a materiálem, který tvoří kluznou část 11, přičemž tento úhel Θ musí být mezi 20° a 40°, aby se určilo zda tento materiál je skutečně vhodný podle vynálezu.

Materiál, z kterého je zhotovena děrovaná část 8 může být objemový materiál. Ten bude obvykle vybrán z polymerových materiálů a kopolymerovaných materiálů. Nemůže však být vyloučeno, že jiné hmoty nemohou být vhodné pokud jejich smáčecí úhel Θ s mazacím tukem 4 splňuje dané podmínky.

-11 CZ 295336 B6

Je také nezbytné pokaždé měřit smáčecí úhel Θ mezi mazacím tukem 4 a materiálem, který tvoří děrovanou část 8, přičemž tento úhel Θ musí být mezi 45° a 75°, aby se určilo zda tento materiál je skutečně vhodný podle vynálezu.

Materiál, z kterého je zhotovena děrovaná část 8 může být také podklad pokrytý povlakem. Povlak je obvykle uložen jako tenký film, obecně o tloušťce přibližně 5 až přibližně 50 μιη.

V tomto případě podkladem je jakýkoliv materiál v masivní formě nebo ve formě tenkého válcovaného plechu, například hladké uhlíkové oceli, slitinové oceli, nerezové oceli, hliníkové slitiny, měděné slitiny, titanové slitiny a pod.

Tenký válcovaný plech je s výhodou vyráběn podle přihlašovatelova patentu FR-B-2,693,520.

Když materiál, z kterého je zhotovena děrovaná část 8 je podklad pokrytý povlakem, je to s výhodou ocel, která je předem nitridovaná a pak pokrytá polymerem.

Materiál, z kterého je zhotoven povlak je pak vybrán z polymerových materiálů a kopolymerových materiálů, zejména z polyimidů, plněných polyimidů, např. grafitem plněných polyimidů, epoxidových pryskyřic, plněných epoxidových pryskyřic, jako jsou epoxidové pryskyřice plněné simíkem molybdeničitým MoS₂, polyacetalových pryskyřic, polyethylénu, substituovaných nebo nesubstituováných fluorkarbonů a zejména PFA (perfluoroalkoxy) fluor ethylénů nebo fluorpropylenů polyethylén tereftalátů, polyethersulfonů, polyamidů a polyetheretherketonů.

Když materiál, z kterého je zhotovena děrovaná část 8 je podklad pokrytý povlakem, je to s výhodou ocel, která byla předem podrobena zpracování vytvrzujícímu povrch. Toto zpracování vytvrzující povrch může být termochemické zpracování způsobující difúzi heterogenního prvku např. dusíku do oceli. Uvedené termochemické zpracování je přednostně nitridační zpracování v roztavené lázni kyanátů a karbonátů alkalických kovů a dále s výhodou obsahující určité množství alespoň jedné sírové složky, např. podle přihlašovatelova patentu FR-B-2,708,623.

V jednom zvláště výhodném provedení vynálezu je děrovaná část 8 zhotovena ve tvaru tenkého válcovaného plechu podle výše zmíněného patentu FR-B-2,693,520, zhotoveného z nitridované oceli podle patentu FR-B-2,708,623 a potaženého polymerem.

V tomto případě bude také nezbytné zkontrolovat zda smáčecí úhel 0 mezi materiálem povlaku děrované části 8 a mazacím tukem 4, je mezi 45° a 75°, aby se určilo zda tento materiál je skutečně vhodný podle vynálezu.

Výhodné provedení vynálezu zahrnuje dutiny 9, tvořící „podpěrné polštáře“, které rozděleny prakticky po celém povrchu děrované části 8.

Je výhodné aby alespoň tři dutiny 9 podporovaly nesení zatížení působícího na obě části.

Rovněž je výhodné aby plocha zaujímaná dutinami 9 na rozvinutém funkčním povrchu představovala mezi přibližně 20 a 40 % celkové plochy uvedeného rozvinutí.

Dutiny 9 mohou nebo nemusí být více nebo méně navzájem stejné.

Dutiny 9 mohou nebo nemusí být rozděleny více nebo méně pravidelně po celém povrchu děrované části 8.

Jestliže dutiny 9 nejsou více či méně navzájem stejné a/nebo jsou rozděleny více či méně nepravidelně po celém povrchu děrované části 8, nejkratší vzdálenost mezi okraji dvou sousedních dutin 9 bude s výhodou větší než přibližně 2 mm.

-12CZ 295336 B6

Vystupující povrch každé dutiny 9 obvykle má plochu mezi přibližně 3 mm² a přibližně 40 mm², s výhodou mezi přibližně 10 mm² a přibližně 30 mm².

Ve spojení s předloženým vynálezem, kdy dutiny 9 jsou popisovány jako navzájem propojené, je tomu třeba rozumět tak, že uvedené dutiny 9 jsou „spojeny pomocí kanálků záměrně vytvořených odstraněním materiálu“. Dutiny 9 mohou být, např. válcové.

Na rozdíl od vodicích prostředků tvořených dvěma třecími částmi, vynález umožňuje navrhnout uspořádání, ve kterém jsou tři třecí části. Například v případě děrované části 8 ve tvaru ložiskového pouzdra 14 oba povrchy (vnitřní vrtání a vnější válcový povrch) jsou pak funkční.

V tomto uspořádání se děrované pouzdro 14 stává „plovoucím“, jeho rychlost otáčení je pak pouze zlomkem rychlosti hřídele 13 v závislosti na koeficientech tření.

Výhoda takového uspořádání je poměrně omezena v případě kmitavého systému kloubového typu, protože kluzné rychlosti jsou poměrně nízké řádu 0,2 m/s. Na druhé straně je to důležitější pro vodicí systémy splynulou rotací, zejména pro ty, ve kterých kluzné rychlosti dosahují vysokých hodnot přibližně 8 až 10 m/s nebo vyšších. Ložiskové pouzdro 14 podle vynálezu může pak s výhodou nahradit, s nízkými náklady, vodicí díl složitější konstrukce, např. jehlové valivé ložisko.

Je třeba poznamenat, že jak kluzná část 11, tak děrovaná část 8 může mít nefunkční povrch, ten ale není nutný.

Výraz „EP tuk“ označující mazací tuk 4 pro extrémní tlaky je dobře znám odborníkům v oboru. Výrazu mazací tuk 4 pro extrémní tlaky je třeba rozumět tak, že označuje mazací tuk 4 schopný vydržet vysoké zatížení bez poškození. Příklady takových mazacích tuků 4 jsou lithiové tuky typu SNR-LUB EP třída NLGI2 nebo typu KLŮBER CENTROPLEX GLP 402 NLGI2 nebo jinak lithiové tuky a tuhá maziva typu KLŮBER COSTRAC CL 1501 MG NLGI2.

Průmyslová využitelnost

Vodicí prostředek pro mechanické díly, podle předmětného vynálezu, mazané mazacím tukem zajišťuje kluzné translační nebo rotační vedení mechanických dílů při jejich plynulém nebo vratném pohybu. Je vytvořen tak, aby účinně splňoval požadavky mnoha průmyslových odvětví s ohledem na zjednodušení mazání a snížení četnosti údržby a s tím spojených nákladů.

Odborníci v obou pochopí, že ačkoliv vynález byl popsán a objasněn na příkladech určitých provedení, jsou možné početné varianty stále zůstávající v rozsahu vynálezu jak je definován v připojených nárocích.

Claims

1. Vodicí prostředek pro mechanické díly, který sestává ze dvou částí určených pro vzájemné kluzné uložení, přičemž jednou zobou částí je kluzná část (11) shladkým funkčním třecím povrchem a druhou je děrovaná část (8) s alespoň jedním funkčním třecím povrchem (7), která obsahuje vystupující dutiny (9), určené pro mazací tuk pastovitého typu, obsahující složku mýdlového typu, složku olejového typu a aditivum pro extrémní tlaky, vyznačující se t í m , že smáčecí úhel Θ mezi hladkým funkčním třecím povrchem kluzné části (11) a mazacím tukem, měřený při teplotě zvané měřicí teplota, ležící 15 ± 5 °C pod teplotou při které nastane počátek separace mezi složkou mýdlového typu a složkou olejového typu, je 20° až 40° a že materiál děrované části (8) je vybrán tak, že smáčecí úhel Θ, měřený při uvedené měřicí teplotě, mezi jejím funkčním třecím povrchem (7) a mazacím tukem je 45° až 75°.

2. Vodicí prostředek podle nároku 1, vyznačující se tím, že materiál pro zhotovení kluzné části (11) je vybrán z ocelí, chrómu a niklu.

3. Vodicí prostředek podle nároku 2, vyznačující se tím, že ocel je vybrána z cementovaných, kalených broušených ocelí, broušených vysokofrekvenčně kalených ocelí, ocelí, které jsou vytvrzeny a pak povlečeny tvrdým chromém, nitridovaných ocelí, keramicky povlékaných ocelí a nitrocementovaných ocelí.

4. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že materiálem pro zhotovení děrované části (8) je masivní materiál.

5. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že materiál pro děrovanou část (8) je vybrán z polymemích materiálů a kopolymemích materiálů.

6. Vodicí prostředek podle nároku 5, vyznačující se tím, že materiál děrované částí (8) je vybrán z polyimidů, plněných polyimidů, epoxidových pryskyřic, polyacetalových pryskyřic, polyethylénu, substituovaných nebo nesubstituovaných fluorokarbonů, polyethyléntereftalátu, polyethersulfonu, polyamidů a polyetheretherketonu.

7. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že materiál děrované části (8) je vybrán z masivního substrátu, tenkých válcovaných plechů a substrátů opatřených povlaky.

8. Vodicí prostředek podle nároku 7, vyznačující se tím, že materiál povlaku je materiál vybraný z polymerových materiálů a kopolymerových materiálů.

9. Vodicí prostředek podle nároku 8, vyznačující se tím, že materiál povlaku je materiál vybraný z polyimidů, plněných polyimidů, epoxidových pryskyřic, plněných epoxidových pryskyřic, polyacetalových pryskyřic, polyethylénu, substituovaných nebo nesubstituovaných fluorokarbonů, polyethyléntereftalátu, polyethersulfonu, polyamidů a polyetheretherketonu.

10. Vodicí prostředek podle nároků 6 a 9, vyznačující se tím, že fluorkarbon je perfluoralkoxy.

11. Vodicí prostředek podle nároku 8, vy z n a č u j í c i se tím, že materiál děrované části (8) je vybrán z nitridovaných ocelí.

12. Vodicí prostředek podle nároku 11, vyznačující se tím, že ocel je předem podrobena povrchovému vytvrzovacímu zpracování za difúze dusíku do oceli.

- 14CZ 295336 B6

13. Vodicí prostředek podle nároku 12, vyznačující se tím, že vytvrzovacím zpracováním je termochemické nitridační zpracování v roztavené lázni kyanátů a karbonátů alkalických kovů.

14. Vodicí prostředek podle nároku 13, vyznačuj ící se tím, že roztavená lázeň dále obsahuje alespoň jednu sírovou složku.

15. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že dutiny (9) jsou rozděleny v podstatě po celém povrchu děrované části (8).

16. Vodicí prostředek podle nároku 15, vyznačující se tím, že alespoň tři dutiny (9) přenášejí zatížení působící na kluznou část (11) a děrovanou část (8).

17. Vodicí prostředek podle nároku 15, vyznačující se tím, že plocha, zaujímaná dutinami (9) na rozvinutém funkčním povrchu (7) děrované části (8), představuje mezi asi 20 až 40 % celkové plochy rozvinutého funkčního povrchu (7).

18. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že dutiny (9) jsou v podstatě navzájem stejné.

19. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že dutiny (9) jsou rozděleny v podstatě pravidelně po celém povrchu děrované části (8).

20. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že dutiny (9) jsou v podstatě nestejné.

21. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 17 a 20, vyznačující se tím, že dutiny (9) jsou rozděleny v podstatě nepravidelně po celém funkčním povrchu (7) děrované části (8).

22. Vodicí prostředek podle nároku 20 nebo 21, vyznačující se tím, že nejkratší vzdálenost mezi okraji dvou sousedních dutin (9) je větší než asi 2 mm.

23. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 22, vyznačující se tím, že vystupující povrch každé dutiny (9) má plochu asi 3 mm² až 40 mm².

24. Vodicí prostředek podle jednoho z nároků 1 až 22, vyznačující se tím, že nejkratší vzdálenost mezi okraji dvou sousedních dutin (9) je větší než asi 2 mm a vystupující povrch každé dutiny má plochu asi 10 mm² až 30 mm².

25. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 24, vyznačující se tím, že dutiny (9), vystupující na funkčním třecím povrchu (7) děrované části (8) nejsou navzájem propojeny na straně obsahující funkční třecí povrch (7) děrované části (8).

26. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 25, vyznačující se tím, že dutiny (9), vystupující na funkčním třecím povrchu (7) děrované části (8), nejsou navzájem propojeny na straně obsahující nefunkční povrch děrované části (8).

27. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 25, vyznač u j í cí se tí m , že dutiny (9), vystupující na funkčním třecím povrchu (7) děrované části (8) jsou navzájem spojeny na straně obsahující nefunkční povrch děrované části (8) systémem kanálků.

28. Vodicí prostředek podle nároku 27, vy z n a č uj í c í se t í m , že dutiny (9) jsou zakryty krytem (12).

-15CZ 295336 B6

29. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 28, vyznačuj ící se tím, že dutiny (9) jsou válcové.

30. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 29, vyznačující se tím, že kluznou částí (11) je hřídel a ložisko je děrovanou částí (8).

31. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 29, vyznačující se tím, že hladkou částí (11) je kluzná dráha a děrovanou částí (8) je běžec.

32. Vodicí prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 29, vyznačující se tím, že hladkou částí (11) je koule a děrovanou částí (8) je objímka.

33. Vodicí prostředek podle nároku 30, vy z n a č uj í c í se t í m , že ložisko má dva funkční třecí povrchy (7).