Фреттинг-износ подшипников скольжения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ФРЕТТИНГ-ИЗНОС ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

Панова Ирина Михайловна

К.т.н. МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Москва Язева Елена Анатольевна

МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Москва

Явления фреттинг - износа являются частой причиной выхода из строя подшипников скольжения. Обычно этот процесс сопровождается фреттинг -усталостью и фреттинг-коррозией. Происходит это явление при действии нормальной силы и при взаимном скольжении деталей, особенно при колебательном движении с малой амплитудой. При этом в замкнутом пространстве процесс усугубляется наличием частиц износа. Возникающие поля напряжений являются причиной разрушения поверхностного слоя деталей [Л.1]. Большое значение имеет также шероховатость поверхностей. Фреттинг-износ может также приводить к недопустимому увеличению зазора в подшипнике. Несмотря на то, что фреттинг является распространенной причиной снижения долговечности подшипников, этот процесс ещё недостаточно изучен ввиду сложности, происходящих в нем явлений.

Данная статья посвящена обсуждению основных факторов, влияющих на процесс фреттинга. Главное значение, по нашему мнению, имеет закон распределения

Рис. 1 Пятна фреттинг-износа в местах

Хотя основной причиной зарождения микротрещин является контакт шероховатостей, абразивный механизм разрушения также присутствует. Особое внимание следует обратить на влияние напряженно-деформированного состояния. Так, керамика обладает сверхчувствительностью к растягивающим напряжениям [Л.2], в то время как при наличии сжимающих напряжений существенно улучшается сопротивление фреттингу. В керамических подшипниках скольжения обычно повреждается поверхность цапфы вала, а керамический вкладыш менее изнашивается, хотя и на нём есть признаки фреттинг-износа из-за возникновения микротрещин вблизи пор. Тщательная обработка поверхностей, использование твердых смазок являются самыми действенными способами борьбы с фреттинг-износом. Эффективной мерой следует также считать нанесение на поверхности скольжения покрытий; при этом основной принцип, которым следует руководствоваться, состоит в том, что материал покрытия должен обладать меньшим модулем сдвига, чем материал основы. Кроме того, современные технологии позволяют решить проблему самым эффективным, хотя и недешевым способом. Например, за счет нанесения наноструктурных антифрикционных керамических покрытий [Л.3]. Покрытие выполнено из наноструктурного карбида кремния ^С) и позволяет получить в подшипниках скольжения коэффициент трения 0,011-0,015, модуль упругости покрытия

давления в подшипнике и характеристики напряженно-деформированного состояния деталей в поверхностном слое. Безусловно, определяющую роль играет величина нормального давления и скорость скольжения, кроме того, важен материал подшипника, температура и наличие агрессивной среды. Причем, следует указать на взаимовлияние перечисленных факторов, из чего следует заключить, что нельзя проводить количественную оценку одного без учета других. Обычно повреждения в подшипнике нарастают с ростом нормального давления в пределах 50-70 Мпа, причем, дальнейший рост давления уже не приводит к заметному увеличению фреттинга. Причиной зарождения усталостных трещин является шероховатость поверхностей, поскольку именно во впадинах и зарождаются микротрещины под воздействием циклических напряжений. При схватывании поверхностей возникают и касательные сдвиговые напряжения. Было установлено, что микротрещины расположены перпендикулярно направлению скольжения и локализуются в зонах максимального контакта, как это видно из рис.1.

локализации поверхностных трещин

около 400 Гпа и твердость 90-92 HRC, при высокой прочности, 1800 Мпа. Стабильность свойств сохраняется в диапазоне рабочих температур от -50оС до +1300оС, что позволяет подшипнику противостоять всем видам фрет-тинга. Наиболее часто фреттинг встречается в радиальных сферических подшипниках скольжения.

Такие подшипники, (рис.2) часто выполняют с применением промежуточных антифрикционных слоев, в частности, полимерных [Л.4] или из композита. На рис.3 показано: 1-корпус, 2-антифрикционный слой. 3-вкла-дыш.

С этой же целью применяют самосмазывающиеся подшипники, но они предназначены, в основном, для восприятия однонаправленной нагрузки. В условиях фреттинга их применять нежелательно. В этом случае хорошо зарекомендовали себя антифрикционные композиционные материалы, тефлон,а также тефлон, армированный стекловолокном; для удержания этого слоя в подшипнике предусмотрены специальные буртики, а для предотвращения фреттинг-коррозии можно применять литиевую смазку, отталкивающую воду [Л.5].

Применение в полусферическом шарнире [Л.6], изображенном на рис.4, разнотолщинного антифрикционного полимерного слоя, помимо демпфирования позволяет также выровнять нагрузку и, тем самым, снизить опасность фреттинга.

Рис.2 Радиальный сферический подшипник скольжения

Рис.3. Подшипник с антифрикционным слоем

Рис.4. Полусферический шарнир с разнотолщинным антифрикционным слоем

Для таких подшипников ресурс определяется допустимым износом и антифрикционного слоя, который зависит от интенсивности изнашивания J антифрикцион-

ного материала во зависимостью (1):

времени, в соответствии с

J =

dU dt

(1)

В свою очередь, интенсивность изнашивания при определенной скорости скольжения зависит от величины контактного давления р в шарнире и может быть найдена, согласно обобщению данных лабораторных исследований [Л7] из выражения (2):

1 = (2)

Где К- экспериментальный коэффициент, зависящий от скорости скольжения. Контактное давление определяется как отношение радиальной нагрузки на подшипник Р к площади поверхности заны контакта. Отметим, что упрощение при определении площади поверхности контакта вносит погрешность, не превышающую несколько процентов, что существенно меньше погрешностей экспериментально определяемых параметров. Тогда выражение (2) примет следующий вид:

J = K-

P2

4d2 7 d 12 ( А2 + А rd-S21 2

l_V 2 J l 2S у

(3)

Где d-диаметр шарнира, Дг -допустимый зазор, 5-смещение оси охватываемой детали шарнира при износе и. Отбросив величины второго порядка малости, придем к выражению:

а dU .4

dt =-- d

KP2

1 -

А.

VU + А Г У

(4)

Из выражения (4) после интегрирования получим формулу для определения ресурса £

t =

d4

U

KP2

1 + А

V U у

(5)

что позволяет оценить долговечность подшипника, ограничив допустимый износ антифрикционного слоя.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Литература

Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение: Пер. с англ. М.:Мир.1984.-624с.

Панова И.М. Особенности конструирования изделий из керамических материалов. Известия высших учебных заведений «Машиностроение» №4,2013г. Патент на изобретение №2476736 РФ Зубарев Г.И., Климов Д.А. и др. 27.02.2013г. Дроздов Ю.Н. и др. Трение и износ в экстремальных условиях. Справочник, М.: «Машинострое-ние».1986-224с.

Интернет-ресурс: http ://www.podshipnik. ru Патент на изобретение №2095648 РФ Дерлугян И.Д.; Логинов В.Т. и др.10.11.1997г. Панов А.Д. Панова И.М. Особенности определения долговечности полимерных подшипников скольжения. «Естественные и технические науки». Изд-во «Спутник+» №2, 2014г.

2

РАСШИРЕНИЕ МНОГООБРАЗИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПРОВЕРКЕ ГИПОТЕЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ

БИОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Перфилов Константин Александрович

аспирант ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет", г.Пенза

Иванов Александр Иванович

д.т.н., доцент - начальник лаборатории биометрических и нейросетевых технологий ОАО "Пензенский научно-исследовательский электротехнический институт", г.Пенза Проценко Екатерина Дмитриевна

студентка ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет" кафедра "Защита информации и безопасность

автоматизированных систем", г.Пенза

Одним из наиболее популярных при статистическом анализе данных является критерий Пирсона. Хи-квадрат критерию Пирсона полностью посвящена первая часть рекомендаций Госстандарта [1], тогда как все

остальные критерии описаны во второй части рекомендаций [2]. Наиболее популярные критерии проверки гипотез даны в таблице 1 [3].