CC BY
25
УДК 630.323.113
ИССЛЕДОВАНИЕ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ТРЕНИЯ В ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ ЛЕСООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ Ф.В. Пошарников, А.В. Усиков, А.И. Серебрянский
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Проведено исследование по влиянию вращательного процесса трения на величину изнашивания полимерного антифрикционного материала, как с металлическим наполнителем, так и без наполнителя. Выявлена зависимость линейного и весового износа антифрикционной втулки подшипника скольжения.
Ключевые слова: исследование, вращательный процесс трения, изнашивание, линейный износ, весовой износ, втулка подшипника скольжения.
Антифрикционные подшипниковые материалы на полимерной основе способны заменять в узлах трения лесообрабатывающего оборудования цветные антифрикционные материалы на основе бронзы, баббита др., при этом допустимы более высокие значения нагрузок и температуры без обильной подачи смазочного материала. Не вращающиеся втулки из полимерных материалов в условиях сухого и граничного трения быстро теряют свою работоспособность вследствие локализации напряжений, температуры и износа на небольшой части их поверхности трения.
Поиски различных способов улучшения работы композиционных, металлопо-лимерных подшипников скольжения, привели к созданию принципиально новых видов трущихся сопряжений - «обратных пар» трения. В такой паре трения подшипник скольжения (антифрикционная втулка) жестко закреплен на валу по своей внутренней поверхности, а внешняя его поверхность участвует в работе трения по опорной поверхности корпуса подшипника [1].
В этом случае температура по всей внешней поверхности подшипника будет одинакова, так как она вся участвует в трении. При таком виде трения получаем осесимметричное температурное поле относительно оси вращения. Кроме того, в обратной паре благодаря распределению снятого при изнашивании объема материала по всей поверхности вала, прирост зазора будет значительно меньше, чем в «прямой паре» трения, когда вал вращается относительно жестко закрепленной втулки. Для повышения теплопроводности полимерной втулки предлагается использовать наполнитель в виде мелкой металлической стружки (низкоуглеродистая сталь), который обработан магнитным полем в момент изготовления втулки. Данный композиционный материал обладает увеличенной теплопроводностью и прочностью по сравнению с чистым полимером. Рассмотри износ полимерной втулки, армированной металлическим наполнителем, в «прямой» и «обратной» паре трения подшипника скольжения.
Можно приближенно определить от-
ношение износов деталей в прямой и обратной паре трения. Для простоты расчетов примем условие, что вал в прямой паре и подшипник в обратной паре не изнашиваются и объемные износы деталей обеих пар одинаковы.
В случае использовании прямой пары трения, когда опора скольжения работает в режиме частого пуска и остановки, площадь выработанной валом лунки в нормальном к оси сечении (рис. 1) приближенно рассчитывается следующей формулой [2]:
& = 2 Ък, 1 3
(1)
где - площадь радиального сечения лунки, мм2. к - ширина лунки, мм; Ъ - ширина лунки, мм.
Рис. 1. Положение вала в выработанной им втулке (прямая пара)
Площадь износа шейки вала в обратной подшипниковой паре (рис. 2) определяется из уравнения:
&2 = 2рга -Ра2, (2)
где &2 - площадь износа по радиальному сечению вала, мм2;
а - радиальный износ вала, мм; Ъ - диаметральный зазор, мм.
Рис. 2. Положение вала в корпусе после износа (обратная пара)
Разделив уравнение (2) на уравнение (1), приняв, что и пренебрегая вели-
чиной а2 в виду ее незначительности, получим:
2лга
1,
(3)
2/3Ък
Если принять к=2г, то Ъ~5а, где а - половина прироста зазора в прямой паре;
Ъ - прирост зазора в обратной паре.
В данном случае увеличение диаметрального зазора в прямой паре в 2,0...2,5 раза больше, чем в обратной паре. Практически к<2г, следовательно, увеличение зазора в прямой паре будет еще больше. Если износ вала в обратной паре больше чем на подшипнике в прямой паре, то отношение Ъ/2а будет меньше теоретического, но всегда прирост зазора в прямой паре будет больше, чем в обратной. Износостойкость металлополимерной втулки в обратной паре трения почти в 2 раза превышает износостойкость такой же втулки в прямой паре [2].
Нам проводились сравнительные исследования композиционного полимерного
материала на износостойкость в прямой и подшипник. Для получения большего из-
обратной паре трения. Износостойкость носа обеих пар использовался повышен-
композиционного материала определялась ный режим испытаний. на лабораторном стенде по схеме вал -
Время, час
Рис. 3. Зависимость линейного износа от времени композиционного материала в «прямой» и «обратной» паре трения по сравнению с чистым полимером (полиамид А6 - Капролон) 1 - полимер без наполнителя в прямой пате трения; 2 - полимер с металлическим наполнителем (15 % по массе) в прямой паре трения; 3 - полимер без наполнителя в обратной пате трения; 4 - полимер с металлическим наполнителем (15 % по массе) в обратной паре трения
Для определения величины износа материала и распределения износа по поверхности трения используют метод определения линейного износа. Измеряя размеры пары трения до и после испытания, определяют разность линейных размеров и тем самым судят о величине линейного
износа. Линейный износ выражается в безразмерных единицах. Износ также определялся по потере в весе, но весовой способ определения износа является интегральным, так как фактически определяется суммарная потеря веса по всей поверхности трения.
3 о.п
4 о.п
—Щ- 1 п.п
--3 о.п
--4 о.п
1 п.п
2 п.п
16 24
Время, час
Рис. 4 Зависимость весового износа от времени композиционного материала в «прямой» и «обратной» паре трения по сравнению с чистым полимером (полиамид А6 - Капролон)
Из анализа проведенных исследований видно, что полимерный антифрикционный материал с металлическим наполнителем имеет высокие антифрикционные свойства по сравнению с полимером без наполнителя и в ряде случаев может заменять в подшипниках цветные металлы (бронзу, баббит). Приведенные данные подтверждают повышение износостойкости композиционного полимера с металлическим наполнителем, а увеличении износостойкости в 2 раза в «обратной» паре трения говорит о целесообразности применения подшипников скольжения такого типа в узлах трения лесообрабатывающего оборудования. Применение данного ком-
позиционного полимерного материала позволит продлить срок эксплуатации лесообрабатывающего оборудования.
Библиографический список
1. Альшиц И.Я., Анисимов Н.Ф., Благов Б.Н. Проектирование из пластмасс: справочник / М.: «Машиностроение», 1969. 243 с.
2. Мотовилин Г.В., Брин В.К., Шаль-ман Ю.И., Закатов Ю.А. Восстановление автомобильных деталей полимерными материала: учеб. пособие / Гос. Науч. Исслед. Ин-т автомобильного транспорта Ленфи-лиал. М. : «Транспорт», 1974. 180 с.
