CZ9903163A3

CZ9903163A3 - Tukem mazané kluzné vodicí díly s nízkým součinitelem tření a zvýšenou životností

Info

Publication number: CZ9903163A3
Application number: CZ19993163A
Authority: CZ
Inventors: Etienne Georges; Daniel Tourneux
Original assignee: Centre Stephanois De Recherches Mecaniques Hydromecanique Et Frottement
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2001-04-11
Also published as: CN1095044C; ES2227984T3; ZA995911B; DE69919288T2; TR199902293A2; EP0987456A1; PL335435A1; MY117195A; TR199902293A3; PT987456E; KR20000023163A; NO994469L; DK0987456T3; IL131795A0; IL131795A; CN1247947A; PL193355B1; FR2783291A1; KR100380530B1; NO994469D0

Description

Tukem mazané kluzné vodicí díly s nízkým součinitelem tření a zvýšenou životností

Oblast techniky

Vynález se týká tukem mazaných součástí. Přesněji se vynález týká tukem mazaných mechanických součástí, které . zajišťují kluzné translační nebo rotační vedení při plynulém nebo vratném pohybu a jsou konstruovány 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

Jeden cíl vynálezu je nabídnout takový prostředek, který je účinný a levný.

-2Další cíle a výhody vynálezu budou zřejmé z následujícího popisu.

Vynález nabízí vodicí prostředek pro mechanické díly, který sestává ze dvou částí určených pro vzájemné kluzné uložení, jedna z obou částí, nazývaná hladká část, s hladkým funkčním, tj.' třecím, povrchem a druhá část, nazývaná děrovaná

Z část, s alespoň jedním funkčním, tj . třecím, povrchem, která obsahuje vystupující dutiny určené pro přijetí mazacího tuku pastového typu a zejména EP tuku (tuku pro extrémní tlaky) obsahujícího složku mýdlového typu a složku olejového typu a aditivum pro extrémní tlaky, přičemž stykový úhel mezi funkčním povrchem hladké části a tukem měřený při teplotě nazvané měřicí teplota, která je 15 ± 5 °C pod teplotou, při které nastane počátek separace mezi složkou iriýdlového typu a složkou olejového typu a/nebo počátek vypařování složky olejového typu,, je mezi 20 a 40 stupni ,a materiál děrované části je vybrán tak;, že stykový úhel měřený při měřicí teplotě mezi funkčním povrchem děrované části a tukem je mezi 45 a 75 stupni.

Výraz EP tuk označující tuk pro extrémní tlaky je dobře Znám odborníkům v oboru. Výrazu tuk pro extrémní tlaky je třeba rozumět tak, že označuje tuk schopný vydržet vysoké zatížení bez poškození. Příklady takových tuků jsou lithiové tuky typu SNR-LUB EP třída NLGI2 nebo typu KLÚBER CENTROPLEX GLP 402 NLGI2 nebo jinak lithiové tuky a tuhá maziva typu KLÚBER COSTRAC CL 1501 MG NLGT2.

Je třeba poznamenat, že jak hladká část, tak děrovaná část může mít nefunkční povrch, ten ale není povinný.

Obě části, hladká část a děrovaná část, jsou určeny pro kluzná uložení pro translační nebo rotační plynulý nebo vratný pohyb. ,

Tvar každé z obou částí může být rovinný, válcový nebo kulový. Ačkoliv je pojem stykového úhlu kapky kapalného nebo viskozního produktu umístěné na pevný povrch běžně používán

-3odborníky v oboru, není předmětem standardizace ani komplexně standardizované měřicí methody, zejména když produkt je mazací tuk.

Experimentální podmínky měření stykového úhlu jsou proto uvedeny níže.

Měření stykového úhlu podle vynálezu

Nejprve je povrch tuhého tělesa, na kterém má být provedeno měření, vyčištěn a pak je na něj umístěna přímá housenka tuku. Nato je součást zahřívána dokud teplota jejího líce v dotyku štukovou housenkou 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 stykového úhlu při pokojové teplotě.

Vhodné materiály pro vytvoření hladké části podle vynálezu jsou speciálně vybrány z ocelí,_rílnapř. cementovaných, kalených a broušených ocelí, broušených^indukčně kalených ocelí, ocelí které jsou kalené a pak povlékané tvrdým chromém, nitridovaných ocelí, karbonitridovaných ocelí, chrómu a niklu, stejně jako z keramicky povlékaných ocelí.

Pokaždé je nezbytné měřit stykový úhel mezi tukem a materiálem, který tvoří hladkou část, přičemž tento úhel musí být mezi 20 a 40 stupni, aby se určilo zda tento materiál je skutečně vhodný podle vynálezu.

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

-4• φ φ φ φ · φ • · · · · · · · · φ

Vhodné materiály pro zhotovení děrované části podle vynálezu jsou speciálně vybrány z polyimidů, plněných polyimidů, např. grafitem plněných polyimidů, epoxidových pryskyřic, plněných epoxidových pryskyřic, jako jsou epoxidové pryskyřice plněné sirníkem molybdeničitým MoS₂, polyacetalových pryskyřic, polyetylénu, substituovaných nebo nesubstituovaných fluorkarbonů a zejména PFA (perfluoroalkoxy) polyetylén tereftalátů, polyetersulfonů, plyamidů a polyetereterketonů.

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

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

V tomto případě podkladem je jakýkoliv materiál v masivní formě nebo ve formě tenkého válcovaného plechu, na příklad 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 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 sirníkem molybdeničitým MoS₂, polyacetalových pryskyřic, polyetylénu, substituovaných nebo nesubstituovaných fluorkarbonů a zejména PFÁ (perfluoroalkoxy) fluor etylénů nebo fluorpropylenů

• · polyetylén tereftalátů, polyetersulfonů, plyamidů a polyetereterketonů.

Když materiál, z kterého je zhotovena děrovaná část 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 nitridačni 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 zhotovena ve tvaru tenkého válcovaného plechu podle výše zmíněného patentu FR-B-2,693,520, zhotoveného z nitridované oceli podle výše zmíněného patentu FR-B-2,708,623 a potaženého polymerem.

V tomto případě bude také nezbytné zkontrolovat zda stykový úhel mezi materiálem povlaku děrované části a tukem, je mezi 45 a 75 stupni, aby se určilo zda tento materiál je skutečně vhodný podle vynálezu.

Podle přednostního provedení vynálezu dutiny tvořící podpěrné polštáře jsou rozděleny prakticky po celém povrchu děrované části.

Je tedy výhodné^, aby alespoň tři dutiny podporovaly nesení zatížení působícího na obě části.

Je tedy také výhodné aby plocha zaujímaná dutinami na rozvinutém funkčním povrchu představovala mezi přibližně 20 a 40 % celkové plochy uvedeného rozvinutí.

Dutiny mohou nebo nemusí byt více nebo méně navzájem stejné.

33-6• · · · • · · · • · · » • ft · · · · · • · '· · ♦ ·

Dutiny mohou nebo nemusí byt rozděleny více nebo méně pravidelně po celém povrchu děrované části.

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

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

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

Dutiny mohou nebo nemusí 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.

Ve spojení s přítomným vynálezem, když dutiny jsou uváděny jako navzájem propojené, je tomu třeba rozumět tak, že uvedené dutiny jsou spojeny pomocí kanálků záměrně vytvořených odstraněním materiálu.

Dutiny mohou být, např. válcové.

Hladká část a děrovaná část mohou být tvarem rovinné, válcové nebo kulové.

Vynález umožňuje získat prostředek hřídel/ložisko, ve kterém hladká část je hřídel a děrovaná část je ložisko, prostředek kluzná dráha/běžec, ve kterém hladká část je kluzná dráha a děrovaná část je běžec nebo prostředek koule/objímka, ve kterém hladká část je koule a děrovaná část je objímka.

Na rozdíl od vodicích prostředků tvořených dvěma třecími částmi, vynález umožňuje navrhnout uspořádání, ve kterém jsou tři třecí části a ne dvě. Na příklad v případě děrované části

-Ίve tvaru pouzdra oba povrchy (vnitřní vrtání a vnější válcový povrch) děrovaného pouzdra jsou pak funkční.

V tomto uspořádání se děrované pouzdro stává plovoucím, jeho rychlost otáčení je pak pouze zlomkem rychlosti hřídele 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 s plynulou rotací, zejména pro ty, ve kterých kluzné rychlosti dosahují vysokých hodnot přibližně 8 až 10 m/s nebo vyšších. Pouzdro podle vynálezu může pak s výhodou nahradit, s nízkými náklady, vodicí díl složitější konstrukce, např. jehlové valivé ložisko.

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 dílem typu kluzná dráha/běžec podle- vynálezu;

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

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

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

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

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

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

obr. 13 znázorňuje schematicky podepření běžce třemi polštáři;

obr. 14 znázorňuje schematicky uspořádáni 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 funkčními 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.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje běžec _1, v tomto případě zhotovený z oceli určený pro tření na dráze 2^, také zhotovené z oceli, proti které se opírá výslednou silou F. Ve spodní líci běžce 1^ bylo vytvořeno kruhové vybrání do jehož prostoru byl zapasován těsnicí O-kroužek a prostor E ponechaný tak uvnitř těsnicího O-króužku byl vyplněn tukem 4. Takto konstruovaný běžec se stává plovoucím a je nesen polštářem tuku umožňujícím tím 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. na obr. 1, ve kterém je těsnicí O-kroužek 3 vypuštěn by nebylo vhodné. Příčinou je, že působením zatížení tlačícím běžec 1. proti dráze 2 by byl tuk ve skutečnosti velmi rychle

Í8SBS»

-9• · ·'· · ♦ · · · · « ·· · · · · · · · »· · • · · · · · · · · * · ·· ·· 111· ·· 11 vytlačen z oblasti dotyku. Mezi běžcem 1_ a dráhou 2 pak nastane tření kovu o kov a ve velmi krátkém čase by nastalo zadírání. Na druhé straně to nenastane když těsnění 3 je na svém místě, protože tuk 4 pak nemůže uniknout, jelikož pouzdro je nepropustné.

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

Součást je pak uložena na horký plát (neznázorněn) dokud teplota na její lící, která je ve styku housenkou tuku nedosáhne hodnoty o 20 + 5 °C vyšší než mezní teplota pro použití daného tuku. 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 stykového úhlu 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 tuku 6 před zahříváním), a na obr. 4 a 5 z nichž každý znázorňuje boční řez housenkou tuku 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 a

Θ = 15 až 75° (6”) v případě děrované části.

Na obr. 6, znázorňující prostředek běžec £>/kluzná dráha 11, jsou dutiny 9 zhotoveny ve spodním povrchu f běžce což je povrch který, je funkční, a který je ve styku s kluznou dráhou 11 při kluzném tření.

Obr. 7 zobrazuje pohled ze spodu na běžec na jeho funkční povrch 7. Dutiny v běžci jsou válcové a uspořádané pravidelně.

Nejsou navzájem propojeny na straně obsahující tento povrch 7.

φφ ·· φ φ φ φ φ φφ φ φ φ φ φ φ φφ ··

-10Rozvinutím třecího povrchu je zde spodní povrch 7_ běžce j3 jehož plocha je rovna součinu L χ ί , kde L a i jsou délka a šířka běžce.

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

Podle přednostních uspořádání vynálezu je třeba mít:

ηπφ²/4 = 20 až 40 % (L x d > přibližně 2 mm přibližně 3 mm² < ηπφ²/4 < přibližně 4 0 mm².

V Uspořádáni znázorněném na obr. 6 a 7 dutiny nevystupují na nefunkční straně 10 běžce.

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

V uspořádání znázorněném na obr. 7 dutiny nejsou navzájem propojeny na straně obsahující líc 10. Nicméně je pochopitelné že mohu být propojeny např. systémem vhodných kanálků.

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

Obr. 9 znázorňuje vodicí díl podle vynálezu v uspořádání hřídel 13/ložisko nebo ložiskové pouzdro 14 (obr. 10) . V tomto případě bydeme mluvit o rozvinutém povrchu ložiskového pouzdra

14/ získaném rozříznutím pouzdra rovnoběžně s jeho osou a pak

-11·· ·· • · · · • · ·· • ♦ · 9 · · ·

9 9 9

9 ·' · 9

9 9 9

rozvinutím až do obdélníkového plechu. Všechny úvahy rozpracované s ohledem na zařízení typu běžec/kluzná dráha mohou pak být přeneseny na systém hřídel/ložisko.

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

Na obr. 12 je opět znázorněn běžec a dráha z obr. 1 ale v uspořádání, ve kterém zatížení F běžce nedává výslednici procházející středem těsnění 3 tvořeného O-kroužkem. V tomto případě se běžec JL 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 A podpírán alespoň třemi polštáři 17 přičemž výslednice zatížení přitlačující běžec na dráhy spadá dovnitř takto definovaného podpěrného mnohoúhelníka (obr. 13).

Obr. 14 znázorňuje vodící díl podle vynálezu v uspořádání hřídel/ložisko, které se liší od uspořádání; na obr. 9 skutečností že jsou zde tři třecí části: hřídel 13, ložisko (pouzdro 14) opatřené děrami 2 ^a skříň 18.

Podle tohoto uspořádání jsou na děrovaném 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 ložisko (pouzdro 14) opatřené děrami 9. Ložiskové pouzdro 19 zhotovené z ložiskové oceli typu 100C6 bylo za tepla nalisováno na hřídel. Samotné pouzdro 14 je těsně zalícováno svým vnějším průměrem do vrtání skříně 1_8.

Obr. 16 je varianta obr. 15 s plovoucím děrovaným ložiskem (pouzdrem) které klouže po dvou ložiskových pouzdrech a 20 zhotovených z ložiskové oceli typu 100C6 příslušně ·· • *

-12ftft ftft ftft ftft ftft ft · · · · ft ftft ftft * • · · · · · · ftftft ftftft • ft ·· ·· ···· nalisovaných za tepla na hřídel a zalícovaných do vrtání skříně.

Vynález bude podrobněji popsán s odkazy na následující příklady.

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 ί = 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 -30 až +110 °C.

Mazáno tukem při montáži, pak činnost bez doplňování tuku.

Pro určení stykových 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.

-13Výsledky 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.

Přiklad 2 (podle vynálezu)

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

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, s tou výjimkou, že v případě materiálu, z kterého bylo zhotoveno ložiskové pouzdro byl polyimid nahrazen bronzem typu UÉ 12 P, který je slitinou obecně používanou pro ložiska.

Ložiskové pouzdro je hladké, takže je mimo rozsah vynálezu.

-14• ·

Stykový úhel Θ pro ložiskové pouzdro/tuk 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 místo polyimidu je použit bronz typu UE 12 P, který je slitinou obecně používanou pro ložiska.

Stykový úhel Θ pro ložiskové pouzdro/tuk 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

X) Když jsou ložisková pouzdra 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 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.

• 9

-159 9*9 9 9 9 9 9 9 9 99 99 99 9999 ·· 9*

2) Životnosti děrovaných ložiskových pouzder 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 tuk, který byl k dispozici v dutinách byl spotřebován. To ukazuje výhodnost zásob maziva v dutinách.

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

4) Na druhé straně vysvětlení v bodu 3 nebere v úvahu velmi nízký koeficient tření zapsaný s děrovaným polyimidovaným ložiskovým pouzdrem (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, žě ložiskové pouzdro 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. Tuk £ obsažený ve vhodném prostoru E mezi běžcem £ dráhou £ a těsněním £ tvořeným 0-kroužkem přenáší příčně pouze zlomek normálného tlaku, který ňa něj působí. Tento zlomek je tím menší čím je uvedený tuk viskoznější (to vychází ze skutečnosti, že tuk se řídí zákonem reologie, na » 99 • 4 « • 99

4« 4» » · · 1 •4 444« » 4 4 · «4

-16se řídí rozdíl od olejů, které 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 skutečností, že klouzání běžce po dráze nastává bez toho aby bylo nutné překonávat tření těsnění na téže dráze, tím podporuje dosažení nízkého koeficientu tření.

Paskalovým zákonem a

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

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

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

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

Nyní v přítomnosti dvou kovových povrchů, které mají být smáčeny je pro mazivo energeticky výhodnější přicházet do styku

• · · • · ·· ·· ·· • · · * • · · ·

s tím, který má menší smáčecí úhel s tukem, v tomto případě s ocelovým hřídelem spíše než s polyimidovým ložiskovým pouzdrem.

Může být proto předložena hypotéza, že pokaždé když povrch ocelového hřídele prochází kolem dutiny v polyimidovém ložiskovém pouzdru uvedený povrch přitahuje malé množství tuku obsaženého v uvedené dutině. Otáčení hřídele tudíž stále doplňuje mazivo na jeho povrch, což naopak pomáhá stabilizovat mazací režim a tedy zlepšuje únosnost ložiska a jeho životnost.

V případě bronzového ložiskového pouzdra (stykový úhel 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, je polyimid nahrazen žíhanou uhlíkovou ocelí typu XC 38 potaženou na funkčním povrchu vrstvou 10 μτη organického laku založeného na epoxidové pryskyřici plněné M0S2.

Ložiskové pouzdro je hladké, tj. mimo rozsah vynálezu.

Stykový úhel θ mezi ocelí XG 38 s lakem a tukem, měřený za podmínek podle příkladu 1, je 70°.

Výsledky zkoušek průměrný koeficient třeni: 0,09;

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

Příklad 6 (podle vynálezu)

Je opakován příklad 5, s tou výjimkou, že ložiskové pouzdro je děrované 40 děrami (dutinami), každá o průmětu 4 mm, uspořádanými pravidelným způsobem s d (nejkratší vzdálenost oddělující přilehlé okraje dvou sousedních dutin) = 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, s tou výjimkou, že ložiskové pouzdro je zhotovené z nepovlékané žíhané uhlíkové oceli typu XC 38.

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

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

Výsledky zkoušek průměrný koeficient tření: nestabilní;

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

Přiklad 8 (porovnávací)

Je opakován příklad 6, s tou výjimkou, že děrované ložiskové pouzdro je zhotovené z nepovlékané žíhané uhlíkové oceli typu XC 38.

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

Výsledky zkoušek průměrný koeficient tření: 1,15;

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

-19Poznámky 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 tuku byla spotřebována a/nebo když lakový povlak byl opotřeben.

Příklady 9 až 14

Příklad 6 byl opakován s děrovanými ložiskovými pouzdry zhotovenými z lakem povlečené oceli s různými počty děr (s konstantním průměrem) pro změnu plochy zaujímané dutinami. Tato plcha je měřena na rozvinuté třecí ploše a je vyjádřena v procentech celkové plochy uvedeného rozvinutí.

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

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

ibsb

-20• · · · · · · ·*· • '· 9 9 9 9 9 99 9 9 9 ··

Příklady 15 až 17 (podle vynálezu)

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

Stykový úhel tuk/hřídel 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 16 NC 6	Nitro-karbo- sulfidovaná ocel 42 CD 4
θ	35°	30°	25°
C_F	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 je na jeho funkčním povrchu povlečena 10 ym PTFE (polytetrafluoretylénem).

US-21Stykový úhel Θ tuk/ložiskové pouzdro 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).

Pokusné podmínky jsou následující:

materiál hladké části: ložisková ocel typu 100C6;

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

povaha tuku: stejná jako v příkladu 1;

průměr hřídele: 30 mm;

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

Zkoušky byly prováděny při různých hodnotách rychlosti otáčení hřídele.

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.

-22• * · φφφ φ φ φφ · · φ * · φ φ * φ · φ · φ φ ·· ·· φ· ··»· φ· ··

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.

Odborníci v oboru 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

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vodicí prostředek pro mechanické díly, který sestává ze dvou částí určených pro vzájemné kluzné uložení, jedna z obou částí nazývaná hladká část (11) s hladkým funkčním, t j . třecím, povrchem a druhá část, nazývaná děrovaná část (8) s alespoň jedním funkčním, tj. třecím, povrchem (7), která obsahuje vystupující dutiny (9) určené pro přijetí mazacího tuku pastového typu obsahujícího složku mýdlového typu, složku Olejového typu a aditivum pro extrémní tlaky, vyznačující se tím, že stykový úhel θ mezi funkčním povrchem hladké části a 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 mezi 20 a 40 stupni a tím, že materiál děrované části je vybrán tak, že stykový úhel měřený při uvedené měřicí teplotě mezi funkčním povrchem děrované části a tukem je mezi 45 a 75 stupni.
2. Prostředek, podle nároku 1, vyznačující se tím, že materiál, z kterého je zhotovena hladká část je vybrán ze skupiny tvořené ocelemi, chromém a niklem.
3. Prostředek podle nároku 2, vyznačující se tím, že ocel je vybrána ze skupiny tvořené cementovanými, kalenými a broušeními ocelemi, broušenými (^indukčně kalenými ocelemi, ocelemi, které jsou vytvrzeny a pak povlečeny tvrdým chromém, nitridovanými ocelemi, keramicky povlékanými ocelemi a karbonitidovanými ocelemi.
4. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že materiál, z kterého je zhotovena děrovaná část je objémový materiál.
5. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že materiál, z kterého je zhotovena děrovaná část je vybrán z polymerových materiálů a kopolymerových materiálů.

·»
6. Prostředek podle nároku 5, vyznačující se tím, že materiál, z kterého je zhotovena děrovaná část je vybrán ze skupiny tvořené polyimidy, plněnými polyimidy, epoxidovými pryskyřicemi, polyetylénem, substituovanými nebo nesubstituovanými fluorokarbony, polyetyléntereftalátem, polyetersulfonem, polyamidy a polyetereterketonem.
7. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že materiál z kterého je zhotovena děrovaná část je vybrán ze skupiny tvořené objemovými materiály, tenkými válcovanými plechy a podklady opatřenými povlaky.
8. Prostředek podle nároku 7, vyznačující se tím, že materiál, z kterého je zhotoven povlak je materiál vybraný z polymerových materiálů a kopolymerových materiálů.
9. Prostředek podle nároku 7, vyznačující se tím, že materiál, z kterého je zhotoven povlak je materiál vybraný ze skupiny tvořené polyimidy, plněnými polyimidy, epoxidovými pryskyřicemi, plněnými epoxidovými pryskyřicemi, polyacetalovými pryskyřicemi,- polyetylénem, substituovanými nebo nesubstituovanými fluorokarbony, polyetyléntereftalátem, polyetersulfonem, polyamidy a polyetereterketonem.
10. Prostředek podle nároku 6 a 9, vyznačující se tím, že fluorkarbon je PFA (perfluoroalkoxy).
11 = Prostředek podle nároku 8, vyznačující se tím·, že materiál, z kterého je děrovaná část je vybrán předem nitridovaných ocelí.
12. Prostředek podle nároku 1, vyznačující se tím, že ocel byla předem podpobena povrchovému vytvrzovacímu zpracování působícímu difúzi dusíku do oceli.
13. Prostředek podle nároku 12, vyznačující se tím, že uvedené vytvrzovací zpracování je termochemické nitridační zpracování v roztavené lázni kyanátů a karbonátů alkalických kovů.

-2514. Prostředek podle nároku 13, vyznačující se tím, že roztavená lázeň dále obsahuje určité množství alespoň jedné sírové složky.
15. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že dutiny jsou rozděleny prakticky po celém povrchu děrované části.
16. Prostředek podle nároku 15, vyznačující se tím, že alespoň tři dutiny podporují nesení zatížení působícího na obě části.
17. Prostředek podle nároku 15, vyznačující se tím, že plocha zaujímaná dutinami na rozvinutí funkčního povrchu děrované části představuje mezi přibližně 20 a přibližně 40 % celkové plochy uvedeného rozvinutí.
18. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že dutiny jsou více nebo méně navzájem stejné.
19. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že dutiny jsou rozděleny více nebo méně pravidelně po celém povrchu děrované části. ·
20. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že dutiny nejsou více nebo méně navzájem stejné.
21. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 17 a 20, vyznačující se tím, že dutiny jsou rozděleny více nebo méně nepravidelně po celém povrchu děrované části.
22. Prostředek podle nároků 20 a 21, vyznačující se tím, že nejkratší vzdálenost mezi okraji dvou sousedních dutin je větší než přibližně 2 mm.

• · · ·

-26<· ·'♦ i* » · · • > · fe * » fe ·
23. Prostředek podle kteréhokoli z nároků vyznačující se tím, že vystupující povrch každé plochu mezi přibližně 3 mm² a přibližně 40 mm².

1 až 22, dutiny má
24. Prostředek podle jednoho z nároků 1 až 22, vyznačující se tím, že nej kratší vzdálenost mezi okraji dvou sousedních dutin je větší než přibližně 2 mm a vystupující povrch každé dutiny má plochu mezi přibližně 10 mm² a přibližně 30 mm².
25. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 24, vyznačující se tím, že dutiny vystupující na funkčním povrchu děrované části nejsou navzájem spojeny na straně obsahující uvedený funkční povrch děrované části.
26. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 25, vyznačující se tím, že dutiny vystupující na funkčním povrchu děrované části nejsou navzájem spojeny na straně obsahující nefunkční povrch děrované části.
27. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 25, vyznačující se tím_z že dutiny vystupující na funkčním povrchu

děrované části jsou navzájem spoj eny na straně obsahuj ící nefunkční povrch děrované části systémem kanálků. 28. Prostředek podle nároku 27, vyznačující se tím, že kryt (12) zakrývá dutiny. 29. Prostředek podle kteréhokoli z nároků 1 až 28,

vyznačující se tím, že dutiny jsou válcové.
30. Prostředek hřídel/ložisko podlé kteréhokoli z nároků 1 až 29, vyznačující se tím, že hřídel je hladká část a ložisko je děrovaná část.

iWntW
31. Prostředek kluzná dráha/běžec podle kteréhokoli z nároků 1 až 29, vyznačující se tím, že kluzná dráha je hladká část a běžec je děrovaná část.

2732. Prostředek koule/objimka podle kteréhokoli z nároků 1 až 29, vyznačující a. tím, že koule je hladká část a objímka je děrovaná část.
33. Prostředek podle nároky ložisko má čivá funkční povrchy.