NO318926B1

NO318926B1 - Foringsanordning for mekaniske deler

Info

Publication number: NO318926B1
Application number: NO19994469A
Authority: NO
Inventors: Etienne Georges; Daniel Tourneux
Original assignee: Stephanois Rech Mec
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2005-05-23
Also published as: CN1095044C; ES2227984T3; ZA995911B; DE69919288T2; TR199902293A2; EP0987456A1; PL335435A1; MY117195A; TR199902293A3; PT987456E; KR20000023163A; NO994469L; DK0987456T3; IL131795A0; IL131795A; CN1247947A; PL193355B1; FR2783291A1; KR100380530B1; NO994469D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en føringsanordning for mekaniske deler. Mer spesielt angår oppfinnelsen fettsmurte mekaniske komponenter som gir, ved glidende friksjon, en translasjons- eller rotasjonsføirngsfunksjon, i kontinuerlig eller resiprokerende bevegelse, og er konstruert til effektivt å møte behovene for mange industrielle sektorer med hensyn til å forenkle smøring og redusere vedlike-holdsfrekvensen.

Fettsmurte anordninger er kjent, i hvilke på grunn av passende tetnings-anordninger, det er mulig å bringe to mekaniske deler til å skubbe mot hverandre, selv om de er utsatt for meget høye belastningspåkjenninger, med en meget lav friksjonskoeffisient: Eksempler på slike er gitt i artikkelen "Theory and industrial practice of friction" by JJ. Caubet, Editor Dunod Technip, 1964, kapittel 13.

FR 1 342 910 og FR 82.9E beskriver en utførelse av en slik anordning i tilfelle med selvinnrettende lagre for høye belastninger.

Slike anordninger, hvis tekniske effektivitet er anerkjent, har imidlertid en større ulempe forbundet med kompleksiteten av deres praktiske konstruksjon, som fører til høye implementeringskostnader som er inkompatible med de nåværende behov for de fleste aktuelle industrisektorer.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en føringsanordning for mekaniske deler som gjør det mulig å dispensere med bruken av et forseglingssystem.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en slik anordning som er effektiv og billig på vedkommende område.

Ifølge oppfinnelsen oppnås disse formål ved en føringsanordning for mekaniske deler, som består av to deler ment for å virke sammen ved glidende friksjon, hvor en av de to delene, kalt den glatte del, har en glatt funksjonell, dvs. friksjonsoverflate, og den andre del, kalt den gjennomtrengte del, har minst en funksjonell, dvs. friksjonsoverflate, som omfatter kaviteter ment for å gi rom for fett av en smørende pastatype, og spesielt et EP-fett (extreme-pressure grease), bestående av en såpetype bestanddel, en oljetype bestanddel og en ekstrem trykk tilsetning, kjennetegnet ved at kontaktvinkelen mellom den nevnte funksjonelle overflate av den glatte del og fettet, målt ved en temperatur kalt måletemperaturen, som er 15° ± 5 °C under den temperatur hvor det skjer en atskillelse mellom såpetypebestanddelen og oljetype bestanddelen, er mellom 20 og 40°, og ved at materialet av den nevnte gjennomtrengte del er valgt på en slik måte at kontaktvinkelen, målt ved den nevnte måletemperatur, mellom den funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del og fettet er mellom 45 og 75°.

Uttrykket "EP grease", som betegner et ekstremt trykk fett, er vel kjent blant fagfolk i teknikken. Uttrykket "extreme-pressure grease" må forstås å bety et fett som er i stand til å motstå en høy belastning uten skade. Eksempler på slike fett er litiumfett av typen SNR-LUB EP klasse NLGI 2, eller av typen Kliiber Centoplex GLP 402 NLGI 2, eller ellers litiumfett og faste smøremidler av typen Kliiber Costrac GL 1501 MG NLGI 2.

Det skal bemerkes at både den glatte delen og den gjennomtrengte delen hver kan ha en ikke funksjonell overflate, men dette er ikke obligatorisk.

De to delene - de glatte delen og den gjennomtrengte delen - er ment å virke sammen ved glidende friksjon, i translasjon eller rotasjon, i kontinuerlig eller resiprokerende bevegelser. Formen av hver av de to delene kan være plan, sylindrisk eller sfærisk.

Skjønt det er vanlig benyttet av fagfolk i teknikken, er ikke konseptet med kontaktvinkelen for en dråpe av en væske eller viskøs produkt som plasseres på en fast overflate subjekt for standardisering, eller til og med av en komplett standardisert fremgangsmåte eller måling, spesielt når produktet er et fett.

Eksperimentforholdene under hvilke kontaktvinkelen blir målt er derfor gitt nedenfor.

Måling av kontaktvinkelen ifølge oppfinnelsen:

For det første, skal overflaten av det faste legemet på hvilket det er ønsket å utføre målingen, rengjøres, og deretter påføres et rett lag av fett på denne. Deretter, oppvarmes delen til temperaturen på dens overflate i kontakt med fettlaget når en verdi på 20 ± 5 °C høyere enn grenseverdien for brukstemperaturen for fettet. Denne temperaturen blir holdt for tiden som er nødvendig for fettet å bli tilstrekkelig flytende til å begynne å spre seg utover overflaten (omkring 90 sekunder). Oppvarming av delen blir så stoppet, og den settes til avkjøling. Dette har den virkningen å fryse formen av dråpen og å tillate måling av dens kontaktvinkel ved romtemperatur.

Passende materialer for utforming av den glatte del ifølge oppfinnelsen er spesielt valgt blant typer av stål, f.eks. settherdet, bråkjølings-herdet og slipte stål, HF bråherdede stål, stål som er herdet og siden belagt med hard krom, nitridstål og karbonnitridstål, krom og nikkel, såvel som blant keramikk-belagte ståltyper.

Det er nødvendig hver gang å måle kontaktvinkelen mellom fettet og materialet som skal danne den glatte delen, hvilken vinkel må være mellom 20 og 40°, for å bestemme hvorvidt dette materialet virkelig er passende ifølge oppfinnelsen.

Det materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget kan være et bulk-materiale. Dette vil vanligvis bli valgt blant polymermaterialer og kopolymermaterialer. Det kan imidlertid ikke utelukkes at andre legemer kunne være egnet så lenge deres kontaktvinkel med fettet tilfredsstiller de spesifiserte forhold.

Passende materialer for å lage den gjennomtrengte del ifølge oppfinnelsen er spesielt valgt blant polyimider, fylte polyimider, f.eks. grafitt-fylte polyimider, epoksyresiner, fylte epoksyresiner, så som epoksyresiner fylt med molybdendisulfid M0S2, polyacetal resiner, polyetylen, substituerte eller ikke substituerte fluorokarboner, og spesielt PFA (perfluoroalkoksy), polyetylentereftalat, polyetersulfon, polyamider og polyetereterketon.

Det er også nødvendig hver gang å måle kontaktvinkelen mellom fettet og det materialet som skal danne den gjennomtrengte del, hvilken vinkel må være 45 og 75°, for å bestemme hvorvidt dette materialet virkelig passer i henhold til oppfinnelsen.

Det materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget kan også være et substrat dekket med et belegg. Belegget er vanligvis påført som en tynn film, generelt med en tykkelse på omkring 5 til omkring 50 um.

I dette tilfellet, er substratet hvilket som helst materiale, i masseform eller i form av en tynn rullet plate, f.eks. av karbonstål, en stållegering, rustfritt stål, en aluminiumslegering, en kobberlegering, eller en titanlegering osv.

Når det materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget er et substrat dekket med et belegg, er det med fordel stål som er fornitridert og deretter dekket med en polymer. . Det materialet av hvilket belegget er laget blir så valgt blant polymermaterialer og kopolymermaterialer, spesielt blant polyimider, fylte polyimider, f.eks. grafitt-fylte polyimider, epoksyresiner, fylte epoksyresiner, så som epoksyresiner fylt med molubdendisulfid MoS2, polyacetalresiner, polyetylen, substituerte eller ikke substituerte fluorokarboner, og spesielt PFA (perfluoroalkoksy), fluoroetylen eller fluoropropylen, polyetylen tereftalat, polyetersulfon, polyamider og polyetereterketon.

Når det materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget er et substrat dekket med et belegg, er det med fordel et stål som på forhånd har vært utsatt for en overflateherdingsbehandling. Denne overflateherdebehandling kan være en termokjemisk behandling som forårsaker et heteroelement, f.eks. nitrogen, til å diffundere inn i stålet. Den nevnte termokjemiske behandling er fortrinnsvis en nitriderings-behandling i et smeltebad av alkalimetallcyanater og karbonater, og dessuten med fordel inneholdende en mengde av minst en svoveltype.

I en spesielt fordelaktig utførelse av oppfinnelsen, er den gjennomtrengte del laget i form av en tynn rullet plate av nitridert stål, og belagt med en polymer.

I dette tilfellet vil det også være nødvendig å sjekke at kontaktvinkelen for materialet av belegget av den gjennomtrengte del med settet er mellom 45 og 75° for å bestemme hvorvidt belegget virkelig er passende i henhold til oppfinnelsen.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, er kavitetene, som danner "støtteputer", fordelt over praktisk talt hele overflaten av den gjennomtrengte del. Det er så fordelaktig for minst tre kaviteter å bidra til å understøtte en belastning som påføres de to delene. Det er så også fordelaktig at området som okkuperes av kavitetene på utviklingen av den funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del representerer mellom omkring 20 og omkring 40 % av det totale areal av utviklingen.

Kaviteten kan være eller ikke være mer eller mindre lik hverandre.

Kavitetene kan være eller ikke være fordelt mer eller mindre regelmessig over hele overflaten av den gjennomtrengte del.

Hvis kavitetene ikke er mer eller mindre lik hverandre og/eller er fordelt mer eller mindre uregelmessig over hele overflaten av den gjennomtrengte del, vil den korteste avstand mellom kantene på to overliggende kaviteter med fordel være mer enn omkring 2 mm.

Den synlige overflate av hver kavitet har vanligvis et areal på mellom omkring 3 mm<2> og omkring 40 mm<2>, med fordel mellom omkring 10 mm<2> og omkring 30 mm<2>.

Ifølge en fordelaktig anordning av oppfinnelsen, er ikke kavitetene som er synlige på den funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del i forbindelse med hverandre på den siden som inneholder den nevnte funksjonelle overflate av den gjennomtrengte part.

Kavitetene kan være eller ikke være i forbindelse på den siden som inneholder en ikke-funksjonell overflate av den gjennomtrengte del. Hvis kavitetene er i forbindelse på den siden som inneholder en ikke-funksjonell overflate av den gjennomtrengte del, f.eks. via et system av kanaler, vil et deksel fortrinnsvis dekke kavitetene.

I sammenheng med den foreliggende oppfinnelse, når kavitetene nevnes som må være i forbindelse med hverandre, må dette forstås til å bety at de nevnte kaviteter er "forbundet via kanaler innvendig skapt på overflaten ved fjerning av materialet".

Kavitetene kan f.eks. være sylindriske.

Den glatte del og den gjennomtrengte del kan være plane, sylindriske eller sfæriske i form.

Den foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å oppnå en aksel/Iageranordning i hvilken den glatte del er akselen og den gjennomtrengte del er lageret, en glidevei/løperanordning i hvilken den glatte del er glideveien og den gjennomtrengte del er løperen, eller en kule/sokkelanordning i hvilken den glatte del er kulen og den gjennomtrengte del er sokkelen.

Ved siden av føringsanordningen bestående av to skubbende deler, gjør den foreliggende oppfinnelse det mulig å frembringe en anordning i hvilken det er tre skubbende deler, og ikke to. F.eks. i tilfellet med en gjennomtrengt del i form av et lager, er de to overflatene (den interne utboring og den eksterne sylinder) av den gjennomtrengte bøssing funksjonelle.

I denne konfigurasjonen blir den gjennomtrengte bøssing "flytende", dens rotasjonshastighet blir bare en brøkdel av den for akselen avhengig av friksj onskoeffisientene.

Fordelene med en slik anordning er relativt begrenset i tilfelle med et oscillerende system artikuleirngstypen, siden de glidende hastigheter involvert er forholdsvis lave, i størrelsesorden 0,2 m/s. På den annen side, blir det meget mer viktig for føringssystemer i kontinuerlig rotasjon, spesielt de i hvilke den glidende hastighet når høye hastigheter på omkring 8 til 10 m/s eller enda høyere. En bøssing ifølge oppfinnelsen kan da med fordel erstatte, for en lavere kostnad, en glidende del av en mer komplisert konstruksjon, f.eks. et nålrullelager.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 illustrerer skjematisk grunnprinsippet med tidligere teknikk ifølge FR 1 342 910 og FR 82.9E; figurene 2 til 5 illustrerer skjematisk målingen av kontaktvinkelen ifølge oppfinnelsen; flg. 6 er et skjematisk snitt av en føringsdel av glidevei/løpertypen ifølge oppfinnelsen; fig. 7 er et bunnriss av løperen på fig. 6; fig. 8 viser skjematisk en føringsdelvariant av glidevei/løpertypen på fig. 6; fig. 9 viser skjematisk en føringsdel ifølge oppfinnelsen i skaft/lagerkonfigurasjon; fig. 10 viser skjematisk lagerbøssingen på fig. 9; fig. 11 viser skjematisk en anordning av kuleleddtypen ifølge oppfinnelsen; fig. 12 viser skjematisk en anordning av løper/banetypen i hvilken det er tilting av løperen; fig. 13 viser skjematisk understøt-telsen av løperen ved tre puter; fig. 14 viser skjematisk en skaft/lagerkonfigurasjon i hvilken det er tre skubbende deler, med to funksjonelle overflater; fig. 15 viser skjematisk en skaft/lagerkonfigurasjon i kontinuerlig rotasjon med to skubbende deler, hvor en flate er krympefestet på skaftnivået med den funksjonelle overflate av det gjennomtrengte lager (ring); fig. 16 viser skjematisk en anordning med tre skubbende deler og med to funksjonelle overflater, som er en variant av den på fig. 15, med to lagerhylser, en krympmontert på skaftet og den andre montert i utboringen i huset.

Fig. 1 viser en løper 1, i dette tilfellet laget av stål, ment for å skubbe på et spor 2, også laget av stål, mot hvilket den ligger an med en resultant kraft F. Et sirkelrundt spor er utformet i den nedre overflate av løperen 1, inn i hvilket rom en o-ring pakning 3 er tilpasset, slik at rommet E inne i o-ring pakningen er fylt med fett 4. Således konstruert, blir løperen 1 "flytende", idet den understøttes av en "pute" av fett, og dermed gjør det mulig å oppnå en meget lav friksjonskoeffisient, typisk mindre enn 0,01, selv under høy belastning og med langsom bevegelse.

I denne sammenheng, vil man merke seg at en forenklet anordning av løperen 1 på fig. 1 i hvilken o-ringen 3 er utelatt, ikke vil være passende. Dette er fordi, under påvirkning av belastningen som presser 1 mot 2, ville fettet faktisk raskt bli utstøtt fra kontaktområdet; skubbingen av 1 og 2 ville så finne sted ved metall mot metall, og fastbrenning ville uunngåelig finne sted på meget kort tid. På den annen side, vil ikke dette skje når forseglingen 3 er på plass, siden fettet 4 ikke kan unnslippe siden bøssingen er ugjennomtrengelig.

For å måle kontaktvinkelen 0 ifølge oppfinnelsen, er prosedyren for det første, korrekt å rense overflaten 5 av det faste legemet på hvilket det er ønsket å gjøre målingen. Deretter påføres en rett dråpe av fett 6, ca. 2 mm i diameter, ved bruk av en sprøyte, på den overflaten av det faste legeme på hvilket det er ønskelig å gjøre målingen (fig. 2). Delen plasseres så på en varm plate (ikke vist) til temperaturen på overflaten i kontakt med dråpen av fett når en verdi på 20 ± 5 °C høyere enn den høyeste brukstemperatur for fettet. Det blir holdt ved denne temperaturen i omkring 90 sekunder. Delen blir så fjernet fra den varme platen og settes til avkjøling, hvilket har den virkning at det fryser formen på dråpen og således tillater at dens kontaktvinkel måles ved romtemperatur ved hjelp av en konvensjonell innretning av binokulærforstørrelsesglass, utstyrt med en protraktor. Observasjonsretningen er indikert ved "DO". Resultatene som oppnås er vist skjematisk på fig. 3 (lateralt tverrsnittsriss av den første dråpen av fett 6 før oppvarming), 4 og 5 som hver viser et lateralt tverrsnittsriss av dråpen av fett etter oppvarming og deretter avkjøling, i tilfelle en glatt del 5' og en gjennomtrengt del 5". Ifølge oppfinnelsen, er det nødvendig å ha 9 lik 20 til 40° (6') i tilfelle en glatt del, og 0 lik 45 til 75° (6") i tilfelle med en gjennomtrengt del.

På fig. 6, som viser en løper 8/glidevei 11-anordning er kavitetene 9 laget i den nedre overflate 7 av løperen 8, dvs. den overflaten som er funksjonell og som virker sammen med glideveien 11 i glidende friksjon.

Fig. 7 viser risset fra under løperen, dvs. dens funksjonelle overflate 7. Kavitetene i løperen er sylindriske og anordnet regelmessig. De er ikke i forbindelse med hverandre på den siden som inneholder denne overflaten 7.

Utviklingen av skubbeoverflatene er her den nedre overflate 7 av løperen 8, arealet av hvilken er lik produktet L x 1, hvor L og 1 er henholdsvis lengden og bredden av løperen.

Arealet som okkuperes av kavitetene er lik nn§2/ 4 (n er antallet kaviteter) og d er den korteste avstand som skiller kantene som vender mot hverandre på to overliggende kaviteter.

Ifølge de foretrukne anordninger av oppfinnelsen, er det nødvendig å ha:

I den anordningen som er vist på figurene 6 og 7, kommer ikke kavitetene ut på den ikke-funksjonelle side 10 av løperen.

Det er imidlertid tenkelig at dette kan være annerledes, dvs. at hullene ikke lenger er blinde. Det er da viktig å hindre, ved passende midler så som et deksel 12 som dekker kavitetene (fig. 8) at fettet som fyller kavitetene blir i stand til å slippe ut via den ikke-funksjonelle bakre overflate 10 av løperen.

I den anordningen som er vist på fig. 7, er ikke kavitetene i forbindelse med hverandre på den siden som inneholder overflaten 10. Ikke desto mindre er det tenkelig at de kan være i stand til å gjøre dette, f.eks. via et system av passende kanaler.

På figurene er kavitetene vist i form av sylindriske hull, hvor disse er de samme som hverandre, og anordnet på en regelmessig måte. Dette er imidlertid ikke et nødvendig forhold, og de kan være anordnet forskjellig uten at disse andre anordningene avviker fra omfanget av oppfinnelsen. Fig. 9 viser en føringsdel ifølge oppfinnelsen i skaft 13/lager eller lagerbøssing 14 konfigurasjon. Kavitetene er laget i lagerbøssingen 14 (fig. 10). I dette tilfellet, skal man snakke om den utviklede overflate av lagerbøssingen 14, hvor denne er oppnådd ved å slisse bøssingen i en retning parallell med dens akse og deretter å rulle den ut til man oppnår en rektangulær plate. Alle de betraktninger som er utviklet tidligere med hensyn til løper/glideveitype anordninger kan så bli overført til skaft/lagersystemet. Fig. 11 viser en anordning av kule 15/sokkel 16 typen, produsert ifølge oppfinnelsen, hvor kavitetene 9 er utformet i soklene, dvs. de konkave glidende deler. Fig. 12 gjentar løperen og sporet på fig. 1, men i en konfigurasjon i hvilken belastningen F på løperen ikke gir en resultant som går gjennom sentrum av o-ring pakningen 3.1 dette tilfellet, skråner løperen 1, og fører til uønskede fenomener av lageroverflater på skarpe kanter, hvilket genererer overspenninger, som resulterer i for tidlig nedsliting av overflatene i glidende kontakt. For å unngå dette, kan løperen 1 understøttes ved minst tre "puter" 17, slik at resultatene av belastningen som presser løperen inn i banen faller innenfor støttemangekanten som således defineres (fig. 13). Fig. 14 viser en føringsdel ifølge oppfinnelsen i en skaft/lagerkonfigurasjon som er forskjellig fra den på fig. 9 ved det faktum at det er tre skubbende deler: Skaftet 13, lageret (bøssing 14) gjennomtrengt med hull 9 og huset 18.

Ifølge denne anordningen, er det to funksjonelle overflater på den gjennomtrengte bøssing 14, en bestående av dens interne utboring og den andre dens eksterne sylinder.

I denne konfigurasjonen, er den gjennomtrengte bøssing "flytende".

Fig. 15 viser en anordning med to skubbende deler, som er skaftet 13 og lageret (bøssingen 14) gjennomtrengt med hull 19. En lagerhylse 19 laget av lagerstål av typen 100C6 er krympmontert på den. Selve bøssingen 14 er tett tilpasset via dens eksterne diameter inn i en utboring i huset 18 .

Fig. 16 er en variant av fig. 15 med et "flytende" gjennomtrengt lager (bøssing) som skubber på to lagerhylser 19 og 20 laget av lagerstål av typen 100C6, henholdsvis krympet på skaftet og tilpasset i utboringen i huset.

Den foreliggende oppfinnelse skal beskrives i mer detalj med henvisning til de følgende eksempler.

Eksempel 1 ( komparativ)

Dette eksempel illustrerer tester på oscillerende lagre.

Konfigurasjonen er skaft/lager (lagerbøssing).

Skaftets natur: Bråkjølt, settherdet 16NC6 stål.

Lagerets natur (lagerbøssing): 40 % grafittfylt polyimid av typen PI 5508. Skaftets diameter: 30 mm.

Bredden av lagerbøssingen: 1 = 20 mm.

Utviklet lengde av lagerbøssingen: n x 30 = 94,25 mm.

Bevegelse: Vekslende rotasjon over 90° av buen med en frekvens på 1 Hz. Beregnet trykk på den fremspringende overflate: 10 MPa.

Glidende hastighet: 0,2 m/sek.

Ekstremt trykkfett: Litiumsåpe, SNR-LUB EP type NLGI 2 grad, brukstemperatur -30 til +110 °C.

Smøring ved montering, deretter operasjon uten ytterligere tilførsel av fett.

For å bestemme kontaktvinkelen 0 for skaft/fett og lager/fett, ble det gjort et gjennomsnitt av 5 målinger som indikert ovenfor, med dråper av fett plassert på parallellepipedale prøver, oppvarmet ved 130 °C i 90 sek. og deretter avkjølt.

Resultatene er som følger:

- i tilfelle med skaftet (bråkjølt herdet 16NC6 stål): 0 = 30°;

- i tilfelle med lageret (40 % grafitt- fylt polyimid); 0 = 60°.

Dette eksempelet ble utført med en glatt lagerbøssing, dvs. utenfor feltet for oppfinnelsen.

Resultater av testen:

- gjennomsnittlig friksjonskoeffisient: 0,11; - antall oscillasjoner før en rask stigning i friksjonskoeffisienten: 35.000.

Eksempel 2 ( ifølge oppfinnelsen)

Eksempel 1 ble gjentatt, unntatt at lagerbøssingen er gjennomtrengt med 40 hull (kaviteter), hver på 40 mm i diameter, anordnet på en regelmessig måte med d (kortest avstand som atskiller de nærmeste kanter på to overliggende kaviteter) = 4 mm.

Resultater av testene:

- gjennomsnittlig friksjonskoeffisient: 0,009; - antall oscillasjoner før en rask økning i friksjonskoeffisienten: > 250.000 (testen stoppet før konklusjon).

Eksempel 3 ( komparativ')

Eksempel ler reprodusert, unntatt at, i det tilfelle hvor materialet for lagerbøssingen lages, polyimid er erstattet med en UE 12 P type bronse som er en legering vanlig brukt i lagre.

Lagerbøssingen er glatt, dvs. utenfor oppfinnelsen.

Kontaktvinkelen 0 for lagerbøssing/fett, målt under forholdene i eksempel 1, er 35°.

Resultater av testene:

- gjennomsnittlig friksjonskoeffisient: 0,12; - antall oscillasjoner før en rask økning i friksjonskoeffisienten: 25.000.

Eksempel 4 ( komparativ)

Eksempel 2 er gjentatt, unntatt i tilfellet med det materialet av hvilket den gjennomtrengte lagerbøssing er laget, istedenfor polyimid er det brukt en UE 12 P type bronse, som er en legering vanlig brukt for lagre.

Kontaktvinkelen 0 for lagerbøssing/fett, målt under forholdene for eksempel 1, er 35°, dvs. utenfor området av oppfinnelsen for den gjennomtrengte del.

Resultater av testene:

- gjennomsnittlig friksjonskoeffisient: 0,09; - antall oscillasjoner før en rask økning i friksjonskoeffisienten: 80.000. Kommentarer til eksemplene 1- 4 1) Når lagerbøssingene er glatte, dvs. utenfor oppfinnelsen, er deres levetid i samme størrelsesorden, enten de er laget av polyimid eller bronse. Friksjonskoeffisientene er selv sammenlignbare, og tilsvarer en hybridmodus, hvor denne fortsetter så lenge smøremiddelet forblir i kontaktområdet. Når fettet, som kan unnslippe via kantene på lageret, er fullstendig eliminert, øker friksjonskoeffisienten raskt; lagrene vannes så opp og gjennomgår derfor en nedbrytning ved termiske effekter, hvor polyimid eller bronse i lagerbøssingen blir båndet til stålskaftet. 2) Levetiden for gjennomtrengte lagerbøssinger laget av polyimid (ifølge oppfinnelsen) og laget av bronse (utenfor oppfinnelsen) er betydelig lengre enn for de glatte lagerbøssingene. Ved demontering ved slutten av testene, ble det observert at alt fett tilgjengelig i kavitetene var forbrukt. Dette viser det gunstige aspekt ved "reserve av smøremiddel" som kavitetene utgjør. 3) Friksjonskoeffisientene for den gjennomtrengte bronselagerbøssing er mindre enn for den glatte bronselagerbøssing. Dette kan være i det minste delvis på grunn av en mer regelmessig tilførsel av smørefett til kontaktområdet og en jevnere fordeling av dette fettet i kontaktområdet, slik at man reduserer risikoen for metall/metall kontakt mellom bronsen i lageret og stålet i skaftet. 4) På den annen side, forklaringen ved 3) tar ikke i betraktning den meget lave friksjonskoeffisient som er registrert med den gjennomtrengte polyimidlager-bøssing (ifølge oppfinnelsen). En verdi på 0,009 tilsvarer faktisk en hydrodynamisk smøringsmodus, noe som man ikke venter å finne i relativt høyt belastet oscillerende lager i hvilket glidningshastigheten ikke er meget høy.

Levetiden for det gjennomtrengte polyimidlager (mer enn 250.000 oscillasjoner) er også overraskende når det sammenlignes med den for bronselagerbøssing (80.000 oscillasjoner).

Skjematisk hender alt som om det dobbelte faktum at lagerbøssingene er laget av polyimid og at de er gjennomtrengt resulterer, på den annen side, i en forbedring i lagerkapasitetseffekten, og på den annen side i en økning i lengden tid som er nødvendig for å forbruke reserven av smøremiddel.

Den teoretiske modulering av disse fenomenene er ikke utført, bare forklarende hypoteser kan fremmes. Disse vil mer beleilig bli illustrert med henvisning til fig. 1. Fettet 4 finnes i det tilgjengelige rom E mellom løperen 1, banen 2 og o-ring pakningen 3 overfører lateralt bare en brøkdel av det normale trykk som utøves, hvor denne brøkdelen er mindre jo mer viskøs det nevnte fett er (dette stammer fra det faktum at fett adlyder loven om reologi, ulik oljer som adlyder Pascals lov og den hydrostatiske lov).

En relativt høy belastning kan derfor tolereres, dvs. en forbedring i lagerkapasitetseffekten, og en relativt stor klaring, dvs. en økning i reserven av smøre-middel, før begynnelsen på ekstrusjon av pakningen og synlig smøremiddellekkasje.

I konfigurasjonen ifølge oppfinnelsen, eksisterer ikke pakningen 3. Dette har en fordelaktig følge forbundet med det faktum at glidningen av løperen på banen finner sted uten at det blir nødvendig å overvinne friksjonen av pakningen på den samme banen, hvilket bidrar til at det skapes en lav friksjonskoeffisient.

Det kan også være en annen følge, denne ufordelaktig, i hvilken fettet, som ikke lenger blir holdt, har en naturlig tendens til å unnslippe via kantene på løperen. Dette kan skje lettere og raskere jo bedre smøringen væter overflaten, dvs. jo mindre kontaktvinkelen er mellom smøringen og de materialer av hvilke overflatene er laget.

Det ovenstående kan direkte overføres fra en løper/glideveianordning til en annen anordning av skafVlagertypen, som forklart i de ovenstående eksempler: med en polyimid lagerbøssing (kontaktvinkel med fettet = 60°), blir smøremiddelet bedre beholdt enn med en bronselagerbøssing (kontaktvinkel med fettet = 35°). 5) Det er tenkelig at et annet fenomen oppstår for å forklare den merkbart overlegne oppførsel av det oscillerende laget med et stålskaft og en polyimid lagerbøssing sammenlignet med et oscillerende lager med et stålskaft og en bronse-lagerbøssing.

Skjønt, som sett ovenfor, fettet blir bedre beholdt i kontaktområdet med en polyimidlagerbøssing enn ved en bronselagerbøssing, er det likevel et faktum at det er et forbruk av smøremiddel i begge tilfeller.

I nærvær av to metalloverflater som skal vætes, er det nå energimessig gunstigere at smøremiddelet kommer i kontakt med den som har den minste vætings-vinkel med fettet, i dette tilfellet stålskaftet istedenfor polyimidlagerbøssingen.

Den hypotesen kan derfor fremmes at hver gang overflaten av stålskaftet går forbi en kavitet av polyimidlagerbøssingen vil den nevnte overflate tiltrekke seg litt av fettet som finnes i kaviteten. Rotasjon av skaftet vil derfor stadig fornye smøremiddelet på dets overflate, hvilket i sin tur hjelper til å stabilisere smøringen og derfor forbedre lagerets kapasitetseffekt og lagerets levetid.

I tilfelle med en bronselagerbøssing (kontaktvinkel i samme størrelsesorden som for stål), oppstår ikke dette fenomen.

Eksempel 5 ( komparativ)

Eksempel 1 er gjentatt, unntatt at i tilfelle med materiale av hvilket lager-bøssingen er laget, er polyimidmaterialet erstattet med glødet karbonstål av typen XC 38 belagt på sin funksjonelle overflate med 10 um av en organisk ferniss basert på MoS2, fylt epoksyresin. Lagerbøssingen er glatt, dvs. utenfor oppfinnelsen.

XC 38 stål + ferniss/fett-kontaktvinkel 9, målt under forholdene i eksempel l,er 70°.

Resultat av testene:

- gjennomsnittlig friksjonskoeffisient: 0,09; - antallet oscillasjoner før rask økning i friksjonskoeffisienten: 45.000 (intens slitasje ved slutten av testen).

Eksempel 6 ( ifølge oppfinnelsen)

Eksempel 5 er gjentatt, unntatt at lagerbøssingen er gjennomtrengt med 40 hull (kaviteter), hver 4 mm i diameter, anordnet på en regelmessig måte med d (kortest avstand mellom de nærmeste kantene på to nærliggende kaviteter) = 4 mm.

Resultat av testene:

- gjennomsnittlig friksjonskoeffisient: 0,0075; - antall oscillasjoner før en rask økning i friksjonskoeffisienten: > 250.000 (testen stoppet før avslutningen).

Eksempel 7 ( kom<p>arati<v>)

Eksempel 5 er gjentatt, unntatt at lagerbøssingen er laget av ubelagt glødet karbonstål av typen XC 38.

Lagerbøssingen forblir glatt, dvs. utenfor oppfinnelsen.

XC 38 stål/fett-kontaktvinkel 0, målt under forholdene for eksempel 1, er 25°.

Resultat av testen:

- gjennomsnittlig friksjonskoeffisient: ustabil; - antall oscillasjoner før en rask økning i friksjonskoeffisienten: noen fa titall før riving.

Eksempel 8 ( komparativ)

Eksempel 6 er gjentatt, unntatt at den gjennomtrengte lagerbøssing er laget av ubelagt glødet karbonstål av typen XC 38.

XC 38 stål/fett-kontaktvinkel 8, målt under forholdene for eksempel 1, er 25°, dvs. utenfor området for oppfinnelsen for den gjennomtrengte del.

Resultat av testene:

- gjennomsnittlig friksjonskoeffisient: 0,15; - antallet oscillasjoner før en rask økning i friksjonskoeffisienten: noen fa hundre før riving.

Kommentarer på eksemplene 5 til 8

De samme kommentarer som på eksemplene 1 til 4 kan gjøres, unntatt at testen resulterer i en mer markert nedbryting, av den intense slitasjetypen eller til og med riving, som følge av stål/stål kontakt når reserven av fett er blitt forbrukt og/eller når femissbelegget er slitt bort.

Eksempler 9 til 14

Eksempel 6 er gjentatt, med gjennomtrengte lagerbøssinger laget av fernissbelagt stål, ved å variere antallet av hull (med en konstant diameter) for å variere det området som er okkupert av kavitetene. Dette området er målt på utviklingen av skubbeoverflaten og uttrykt som en prosent av det totale areal av utviklingen.

Arealet okkupert av kavitetene som en prosent av det totale areal er betegnet med"S'\

Antallet oscillasjoner er betegnet med "N".

Resultatene er gitt i tabell I.

Kommentar

Når det areal som er okkupert av kavitetene er mindre enn 20 % av det totale areal av utviklingen av lageret, vil levetiden for sistnevnte raskt avta, og nå den av et lager utstyrt med en glatt lagerbøssing.

Over 40 %, er reduksjonen enda raskere, og med demontering av lageret ved slutten av testen, observerer man at overflaten av lagerbøssingen er meget nedslitt, med mange riper og avskalling av fernissen.

Eksempler 15 til 17 ( ifølge oppfinnelsen)

Eksempel 2 er gjentatt, dvs. med en gjennomtrengt polyimid lagerbøssing, men med variasjon av typen av materiale av hvilket skaftet er laget.

Fett/skaft-kontaktvinkelen er betegnet med 9.

Friksjonskoeffisienten er betegnet med Cp.

Antallet oscillasjoner er betegnet med "N".

Resultatene er gitt i tabell IL

Friksjonskoeffisientene er sammenlignbare, men levetidene, representert ved antallet oscillasjoner, varierer betydelig, skjønt de fremdeles er gode.

Eksempel 18 ( kom<p>arativ)

Eksempel 6 er gjentatt, men med variasjon av typen av polymerbelegg.

Stålet i lagerbøssingen er belagt på sin funksjonelle overflate med 10 nm av PTFE (polytetrafluoroetylen).

Fett/lagerbøssing-kontaktvinkelen 9 er 85°, dvs. utenfor oppfinnelsen. Friksjonskoeffisienten er i størrelsesorden 0,008.

Antallet oscillasjoner er 90.000.

Eksempler 19 og 20

Disse eksempler angår en lagerkonfigurasjon i kontinuerlig rotasjon (føring av et skaft som roterer i utboringen i et hus).

Eksempelet 19 og 20 illustrerer, med henvisning til figurene 15 og 16, tilfellene med to skubbende deler (en enkelt funksjonell overflate) og tre skubbende deler (to funksjonelle overflater).

Eksperimentforholdene er som følger:

- materialet i de glatte deler: 100C6-type lagerstål; - materialet av det gjennomtrengte del: nitridert XC 38 type karbonstål belagt med 12 um av en organisk ferniss laget av perfluoroalkoksy; - typen av fett: samme som i eksempel 1; - diameter av skaftet: 30 mm; - bredden av lagerbøssingen: 25 mm;

- beregnet trykk på det fremspringende område (5 bar).

Testene ble utført med forskjellige verdier av rotasjonshastighet på skaftet.

I alle tilfeller, kan bevegelsen fortsette for flere hundre timer uten noen unormal operasjon, og med en variasjon av lavt motstandsmoment, tilsvarende en ekstremt lav koeffisient i størrelsesorden 0,005 til 0,0005, typisk for friksjon i en meget god hydrodynamisk smøringsregime.

Forskjellen mellom opplegget med to skubbende deler og med tre skubbende deler oppstår ved to ekstremer av området av variasjon i rotasjonshastigheten.

Under 2.000 til 3.000 omdreininger per minutt, gir systemet med to skubbende deler (eksempel 19) bedre reproduserbarhet på resultatet (100 % suksess), i motsetning til den med tre skubbende deler (eksempel 20: 90 % suksess).

Over 10.000 til 12.000 omdreininger per minutt, er det motsatte tilfellet.

Claims

1. Føringsanordning for mekaniske deler, som består av to deler ment for å virke sammen ved glidende friksjon, hvor en av de to delene, kalt den glatte del (11), har en glatt funksjonell, dvs. friksjonsoverflate, og den andre delen, kalt den gjennomtrengte del (8), har minst en funksjonell, dvs. friksjonsoverflate (7) som omfatter kaviteter (9) ment for å gi rom for fett av en smørende pastatype bestående av en såpetype bestanddel, en oljetype bestanddel og en ekstrem trykk tilsetning, karakterisert ved at kontaktvinkelen (0) mellom den nevnte funksjonelle overflate av den glatte del og det nevnte fett, målt ved en temperatur kalt måletemperaturen, som er 15° ± 5° under den temperatur hvor det skjer en atskillelse mellom såpetype bestanddelen og oljetype bestanddelen, er mellom 20 og 40°, og ved at materialet av den nevnte gjennomtrengte del er valgt på en slik måte at kontaktvinkelen, målt ved den nevnte måletemperatur, mellom den funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del og fettet er mellom 45 og 75°.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det materialet av hvilket den glatte del er laget er valgt blant ståltyper, krom og nikkel.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at stålet er valgt blant settherdet, kjøleherdet og slipte stål, slipt HF kjøleherdet stål, stål som er herdet og så belagt med hard krom, nitridisert stål, keramikkbelagte stål og karbonitirdiserte stål.

4. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget er et massemateriale.

5. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at det materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget er valgt blant polymermaterialer og kopolymermaterialer.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at det materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget er valgt blant polyimider, fylte polyimider, epoksyresiner, fylte epoksyresiner, polyacetalresiner, polyetylen, substituerte eller usubstituerte fluorokarboner, polyetylentereftalat, polyetersulfon, polyamider og polyetereterketon,

7. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at det materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget er valgt blant massesubstrater, tynne valsede plater og substrater dekket med et belegg.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at det materialet av hvilket belegget er laget er et materiale valgt blant polymermaterialer og kopolymermaterialer.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at det materialet av hvilket belegget er laget er valgt blant polyimider, fylte polyimider, epoksyresiner, fylte epoksyresiner, polyacetalresiner, polyetylen, substituerte eller usubstituerte fluorokarboner, polyetylentereftalat, polyetersulfon, polyamider og polyetereterketon.

10. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 6-9, karakterisert ved at fluorokarbon er PFA (perfluoroalkoksy).

11. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at det materialet av hvilket den gjennomtrengte del er laget er valgt blant fornitridserte stål.

12. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved at stålet på forhånd har vært utsatt for en overflate-herdingsbehandling som forårsaker at nitrogen diffunderer inn i stålet.

13. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at herdebehandlingen er en termokjemisk nitridiseringsbehandling i et smeltebad av alkaliske metallcyanater og karbonater.

14. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at smeltebadet videre inneholder en kvantitet av minst en svoveltype.

15. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-14, karakterisert ved at kavitetene er fordelt over praktisk talt hele overflaten av den gjennomtrengte del.

16. Anordning ifølge krav 15, karakterisert ved at minst tre kaviteter bidrar til å understøtte en belastning tilført de to delene.

17. Anordning ifølge krav 15, karakterisert ved at det området som okkuperes av kavitetene på utviklingen av den funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del representerer mellom omkring 20 og omkring 40 % av det totale areal av den nevnte utvikling.

18. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-17, karakterisert ved at kavitetene er mer eller mindre lik hverandre.

19. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-17, karakterisert ved at kavitetene er fordelt mer eller mindre regelmessig over hele overflaten av den gjennomtrengte del.

20. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-17, karakterisert ved at kavitetene ikke er mer eller mindre lik hverandre.

21. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-17 og 20, karakterisert ved at kavitetene er fordelt mer eller mindre uregelmessig over hele overflaten av den gjennomtrengte del.

22. Anordning ifølge ett av kravene 20 og 21, karakterisert ved at den korteste avstand mellom kantene på to nærliggende kaviteter er mer enn omkring 2 mm.

23. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-22, karakterisert ved at den synlige overflate for hver kavitet har et areal på mellom omkring 3 mm<2> og omkring 40 mm<2>.

24. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 20-21, karakterisert ved at den korteste avstand mellom kantene på to nærliggende kaviteter er større enn omkring 2 mm og den synlige overflate av hver kavitet har et areal på mellom omkring 10 mm<2> og omkring 30 mm<2>.

25. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-24, karakterisert ved at kavitetene på den funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del ikke er i forbindelse med hverandre på den siden som inneholder den nevnte funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del.

26. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-25, karakterisert ved at kavitetene på den funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del ikke er i forbindelse med hverandre på den siden som inneholder en ikke-funksjonell overflate av den gjennomtrengte del.

27. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene til 1-25, karakterisert ved at kavitetene som kommer ut på den funksjonelle overflate av den gjennomtrengte del er i forbindelse med hverandre på den siden som inneholder en ikke-funksjonell overflate av den gjennomtrengte del via et system av kanaler.

28. Anordning ifølge krav 27, karakterisert ved at et deksel 12 dekker kavitetene.

29. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-28, karakterisert ved at kavitetene er sylindriske.

30. Skaft/lageirnnretning ifølge hvilket som helst av kravene 1-29, karakterisert ved at skaftet er den glatte del og lageret er den gjennomtrengte del.

31. Glidevei/løperanordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-29, karakterisert ved at glideveien, den glatte del og løperen er den gjennomtrengte del.

32. Kule/sokkelanordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-29, karakterisert ved at kulen er den glatte del og sokkelen er den gjennomtrengte del.

33. Anordning ifølge krav 30, karakterisert ved at lageret har to funksjonelle overflater.