CC BY
5
Iznairov Boris Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, bageev1@mail.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Vasin Alexey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, vasin@sstu.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Finogeev Daniil Yurievich, master's student, daniil.sstu@gmail.com, Saratov, Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin , Russia.,
Rusakov Alexey Mikhailovich engineer-technologist of the 2nd category, alex. rusakof2010@mail. ru, Russia, Saratov, «SEPO-ZEM»
УДК 621.822.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-247-250
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЬЦА
ПОДШИПНИКА
А.П. Туренко, А.В. Королев
Статья посвящена разработке компьютерной модели формирования рабочего кольца упорно-радиального подшипника. В работе дано подробное описание предложенной конструкции упорно-радиального подшипника. Сделан вывод о возможности предлагаемой компьютерной модели а реальном производстве. Выполненное моделирование позволяет выявить зависимости результатов формирования рабочего кольца от технологических факторов.
Ключевые слова: упорно-радиальный подшипник, компьютерная модель, формирование кольца, кольцо, пластичный твердосмазочный материал.
В последнее время подшипники скольжения, изготовленные с применением трибополимеров, постепенно вытесняют в промышленности металлические подшипники, в том числе и подшипники качения. Например, широкое распространение в машиностроении получили фторопластовые подшипники [1]. Это объясняется тем, что во фторопластах сочетается ряд свойств, делающих их подчас незаменимыми для трущихся пар: низкий коэффициент трения, высокая износостойкость, химическая стойкость, способность работать в вакууме, в большом диапазоне температур - от -250°С до 200 °С, а также без смазки. Кроме того, полимерным подшипникам присущи такие важные свойства, как стабильный коэффициент трения, плавность и бесшумность работы, оптимальное сочетание свойства «цена-качество».
В большинстве случаев опорные кольца подшипников скольжения изготавливают сплошными. Но изготовление таких колец связано со значительными проблемами, возникающими как при их изготовлении, так и при эксплуатации. Некоторые стандартные заготовки в виде втулок, стержней, дисков, пластин изготавливают из фторопласта холодным прессованием (ГОСТ 10007-72) с последующим свободным (без формы) спеканием. Но этот метод приемлем только при массовом выпуске изделий, так как он связан со значительными затратами. Поэтому большинство опорных колец подшипников изготавливают механической обработкой из фторопластовых стержней или пластин. Но этот метод связан с низким коэффициентом использования материала, и поэтому тоже экономически не рационален.
В процессе эксплуатации сплошные опорные кольца могут иметь низкую работоспособность. Это объясняется тем, что в результате погрешностей изготовления деталей подшипника опорные кольца могут неточно прилегать к рабочим поверхностям подшипника, что приводит к повышенным контактным напряжениям, повышенному износу, к снижению опорной способности подшипника. Тот же эффект может проявиться и под действием температурных деформаций, которые неизбежно возникают в процессе работы подшипника.
Указанных недостатков можно избежать, если опорные кольца изготавливать не сплошными, а в виде незамкнутых колец. Незамкнуты кольца можно изготавливать навивкой из плоской ленты, что резко повышает коэффициент использования материала по сравнению с изготовлением сплошных колец механическим методом. Кроме того, незамкнутое кольца в процессе сборки и эксплуатации подшипника может самоустанавливаться относительно рабочих поверхностей подшипника, что повышает нагрузочную способность подшипника, снижает трение и износ.
К сожалению технология формирования опорных незамкнутых колец подшипников скольжения не отработана и не нашла должного применения в промышленности. Поэтому работа, направленная на исследование закономерностей и создание технологии формирования незамкнутых рабочих колец из пластичного твердосмазочного материала с целью повышения эффективности производства опорных подшипников скольжения, является актуальной.
Предлагаемая конструкция упорно-радиального подшипника скольжения. На рис. 1 изображено попе речное сечение рабочей части предложенного автором опорного подшипника скольжения предлагаемой конструкции [2].
Рис.1. Упорно-радиальный подшипник скольжения
Подшипник состоит из пары противоположно расположенных наружных колец 1 и 2, имеющих дисковую форму, и расположенное между ним и внутреннее опорное кольцо 3 из твердосмазочного материала. Верхнее 1 и нижнее 2 кольца имеют по периферии и по внутренней поверхности выступающие части и кольцевые канавки, которые образуют лабиринтную защиту подшипника от внешних загрязнений. Рабочие поверхности наружных колец 1 и 2 и внутреннего кольца 3 выполнены в виде дуги окружности радиуса г.
На подшипник действуют внешние осевая нагрузка Р и радиальная нагрузка Я. Под действием этих нагрузок на внутренне кольцо 3 со стороны каждого из наружных колец 1 и 2 в каждой точке его контакта с ними возникает контактное напряжение, которое можно разложить на две составляющие -осевую составляющую ир и радиальную составляющую иг. В результате суммирования всех этих составляющих возникает результирующая нагрузка Е на внутреннее кольцо 3. Если эта нагрузка проходит близко к центру симметрии профиля внутреннего кольца, то она уравновешивается такой же реакцией со стороны нижнего кольца, так же направленной в центр симметрии. В этом случае верхнее наружное кольцо 1 и нижнее наружное кольцо 2 хорошо центрируются, а на внутреннее кольцо 3 действует только сжимающая нагрузка. Если противоположно направленные силы Е со стороны верхнего наружного кольца и со стороны нижнего наружного кольца 2 не проходят через центр симметрии, то они образуют опрокидывающий момент М , который может привести к деформации внутреннего кольца 3 и к смещению осей верхнего наружного кольца 1 и нижнего наружного кольца 2. Это не желательно, так как при этом в лабиринтном соединении колец может возникнуть повышенное трение, а подшипник потеряет первоначальную точность.
Особенностью данного подшипника также является то, что опорное кольцо 3 изготовлено из фторопласта Ф-4, обладающего, как известно, высокими антифрикционными свойствами. Для снижения трения в опоре подшипника материал кольца 3 может иметь наполнители в виде графита, молибдена и их сочетаний, что повышает износостойкость кольца и долговечность подшипника в целом.
Другой особенностью конструкции подшипника является то, что опорное кольцо 3 имеет разрез вдоль образующей. Если изготовить это кольцо сплошным, то вследствие погрешностей изготовления данного рабочего кольца и колец 1 и 2 контакт рабочих поверхностей этих деталей будет носить точечный характер. Это приведет к повышенным контактным напряжениям и снижению работоспособности подшипника. Изготовление рабочего кольца с разрезом вдоль образующей позволяет ему автоматически самоустанавливаться относительно рабочих поверхностей колец 1 и 2 по образующей, что снижает контактные напряжения и повышает работоспособность подшипника.
Компьютерная модель процесса формирования рабочего кольца подшипника. Компьютерная модель процесса формирования рабочего кольца составлена на основе работы [3] представлена на рис. 2. В качестве исходных данных используются следующие параметры: ширина кольца I, его толщина Н, требуемый средний радиус изгиба Я , а также механические свойства материала заготовки: предел текучести материала колец а1, его предел прочности ау при растяжении, напряжение сдвига то, коэффициент Пуассона / и модуль упругости Е.
Расчет начинается с определения геометрических параметров заготовки подшипника: площади поперечного сечения Е, статического момента площади и центрального осевого момента инерции сечения заготовки J. Далее определяется момент сопротивления изгибу Ж.
Для расчета диаметра сформированного вставного кольца необходимо определить угол и наклона распределенной нагрузки д к нормали рабочей поверхности скобы. Это позволяет выполнить расчет эпюры распределенной нагрузки д(и) вдоль упругой линии заготовки.
В процессе формирования вставного кольца на заготовку действуют упругие напряжения и напряжения ог, вызывающие пластическую деформацию. Поэтому находятся изгибающие моменты упругой Ми (у1) и пластической М р (у,) деформации и суммарный изгибающий момент м / (у,), определяемые исходя из действующей эпюры напряжений изгиба. С другой стороны на заготовку действует изгибающий момент Мо, возникающий под действием распределенной нагрузки д(ц). По известному
радиусу рабочей поверхности скобы и геометрических параметров заготовки определяется ордината уго перехода в поперечном сечении заготовки от упругих напряжений изгиба к напряженииям пластической деформации.
Модель процесса формирования опорного кольца
Исходные данные
Геометрические параметры: I := 7.0 И := 5 г := ^ г = 2.5
Механические свойства: Ы := 35 оу — 400 Е — 550 Я—— Р1=37.5
2
Прочие условия осуществления процесса: 11 := 0.1 ир := 1 := 20 ор = 0.7&5 Расчет геометрических параметров сечения заготовки:
Суммарный изгибающий момент от действия изгибающих напряжений
~ - > ^ ¿-ЧтЗ
№{у1о) = 897.72
Радиус изгиба пластины в процессе формирования Диаметр опорного кольца после снятия нагрузки Р? = 37.5
Р:=*
(1-2г) Ь
—1-2-г-
и
W = 39.439
Р = 29.635 и = 98.596 УУ := -
I
Давление заготовки на стенки рабочей поверхности шаблона
ц := а1ап(!)
Е-Л - Р1-Ми(у1о) Решение обратной задачи
2-Е-Л
!
д (1 - созИ-созМ + зт^-втМ)
у1о := —-Р1-|У(1- г) + 3-я-г4]
у1о = 1.877 ^
Упругая составляющая изгибающего момента
А ч- у1к В у1к + еИ
Х<-0 № Ф(Р(А))= Ф(Р(Б)) шИНе |А-В|>Т01_ А + В
А -6-Х Я Ф(Р(Х)) = Ф(Р(А)) В X слИепмге
ТО1_ := 10 ■ уЫс - 0.01
еИ := 0.49 И - 10
Пластическая составляющая изгибающего момента
Р(у1о) = 30301
11 - Ч{у1о)-Ми(уй)
Рис. 2. Компьютерная модель процесса формирования рабочего кольца подшипника, реализованная в программе ММкСЛБ 15
После этого определяется фактический диаметр рабочего кольца с учетом упруго отскока после выхода его из рабочей зоны.
Чтобы определить требуемый радиус рабочей поверхности скобы для формирования рабочего кольца заданного диаметра требуется решить обратную задачу - по заданному диаметру рабочего кольца найти радиус рабочей поверхности скобы Я :
Я( Уго) =
Уго
(1)
о
'г Ь (( - 2г)+ 3 •*;• г
4
Подставляем это значение в компьютерную модель в зависимости от заданного значения находим соответствующее ему значение у,о . Подсчитываем значение Я(у,о ) .
Заключение. Выполненное моделирование позволяет выявить зависимости результатов формирования рабочего кольца от технологических факторов. Технологическими факторами в данном случае являются радиус рабочей поверхности скобы Я, требуемый профиль заготовки, а также упругие и пластические свойства ее материала.
Список литературы
1. Перегородов, А. А. Конструктивные решения для облегчения подшипников качения / А. А. Перегородов // Приоритеты мировой науки: новые подходы и актуальные исследования: сборник научных трудов по материалам XXI Международной научно-практической конференции, Анапа, 29 сентября
249
2021 года. Анапа: Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский центр экономических и социальных процессов» в Южном Федеральном округе, 2021. С. 4-16.
2. Патент на полезную модель № 183831 U1 Российская Федерация, МПК F16C 19/50, F16C 33/34, F16C 33/51. опорный подшипник : № 2017112136 : заявл. 10.04.2017 : опубл. 04.10.2018 / А. В. Королев, А. П. Туренко, А. А. Королев ; заявитель ООО "Инновационная продукция машиностроения".
3. Королев А.В. Методика определения рациональных параметров процесса формирования опорного кольца подшипника скольжения / А.В. Королев, А.П. Туренко // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 11(101). С. 13-17.
Туренко Александр Павлович, аспирант, turenkoa@pdsar.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Королев Альберт Викторович, д-р техн. наук, профессор, science7@bk.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
COMPUTER MODEL OF THE PROCESS OF FORMING THE BEARING WORKING RING
A.P. Turenko, A.V. Korolev
The article is devoted to the development of a computer model of the formation of the working ring of a thrust-radial bearing. The paper gives a detailed description of the proposed design of a thrust-radial bearing. The conclusion is made about the possibility of the proposed computer model in real production. The performed simulation allows us to identify the dependence of the results of the formation of the working ring on technological factors.
Key words: thrust-radial bearing, computer model, ring formation, ring, plastic hard-lubricating material.
Turenko Alexander Pavlovich, postgraduate, turenkoa@pdsar.ru, Russia, Saratov, Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin,
Korolev Albert Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, science7@bk.ru, Russia, Saratov, Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
УДК 006.91:34
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-250-253
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ УСТАНОВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ СРОКОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИХ РАБОТ
А.В. Малахов
В работе представлен краткий анализ подходов к планированию опытно-конструкторских работ, предложен математический аппарат оптимального планирования на основе результатов исследования теории расписаний.
Ключевые слова: метрологическая техника, научно-исследовательская работа, опытно-конструкторская работа, ресурсы, теория расписаний, планирование.
Одним из важнейших индикаторов производственного развития государства является разработка, изготовление, внедрение и использование в различных сферах деятельности новой продукции с новым качеством [1].
В современных условиях наиболее остро встает вопрос об оптимальном планировании временных и ресурсных затрат на проведение научно-исследовательских (далее - НИР) и опытно-конструкторских работ, направленных на создание перспективных образцов метрологической техники, которая по своим характеристикам не уступает зарубежным аналогам, а по некоторым параметрам и превосходит их.
Данная тенденция связана с текущей внешнеполитической обстановкой, сложившейся в мире. В первую очередь это обусловлено вводимыми санкциями, а также ограничительными мерами против России по отдельным направлениям, отказом ведущих зарубежных компаний от поставок своей продукции.
На основе анализа научных исследований и руководящих документов в предметной области следует отметить, что за последние десятилетия была проделана довольно большая и последовательная работа [2]. Каждому новому поколению метрологической техники соответствовали свои теоретические разработки, которые проводились в рамках плановых и инициативных НИР и ОКР.
250
