CC BY
7
УДК 621.825
ОБ УСТАЛОСТНОМ РАЗРУШЕНИИ ИГОЛЬЧАТЫХ ПОДШИПНИКОВ
И. Ю. Ермиенко1, Н. Р. Лобанов2
1Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
2Забайкальский государственный университет Российская Федерация 672039, г. Чита, ул. Баргузинская, 49 Е-mail: 1Ivaniuscha@mail.ru , 2lobama00@mail.ru
Представлен краткий обзор вопросов, связанных с исследованием усталостных процессов игольчатых подшипников карданных шарниров, знание факторов, которые приводят к выходу из строя подшипник раньше времени, поможет делать точный прогноз его долговечности. Это достижимо только при проведении дополнительных исследований экспериментальным способом.
Ключевые слова: усталостное разрушение, карданный шарнир, игольчатый подшипник.
ON FATIGUE DESTRUCTION OF NEEDLE BEARINGS
I. Yu. Ermienko1, N. R. Lobanov2
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Transbaikal State University Faculty of Energy 49, Barguzinskaya Str., Chita, 672039, Russian Federation Е-mail: 1Ivaniuscha@mail.ru, 2lobama00@mail.ru
The paper presents a brief overview of issues related to the study of the fatigue processes of needle bearings of cardan joints, knowledge of the factors that lead to failure of the bearing ahead of time, will help to make an accurate prediction of its durability. This is achievable only when conducting additional research in an experimental way.
Keywords: fatigue damage, universal joint, needle bearing.
Большинство современных машин и механических приборов имеют узлы трения, в которых передача рабочих усилий между деталями осуществляется с помощью локального контакта рабочих поверхностей оборудования, работающего в режиме статической или динамической нагрузки, качения, качения со скольжением или качания [1-3].
Стабильность и долговечность работы этих узлов напрямую зависит от качества выполнения подшипников. В связи со спецификой их использования необходимо знать для них ресурс работы. Однако время от времени случается так, что фактическая долговечность подшипника оказывается ниже расчетной [2]. Повысить точность расчета поможет изучения факторов, действующих на подшипник, которые приводят к его разрушению.
В первую очередь качество подшипника зависит от качества сплава, из которого он сделан, и качества сборки. Качество сплава определяет устойчивость к усталостному разрушению. Механизм усталостного разрушения во многом связан с неоднородностью реальной структуры материалов (различие размеров, формы, ориентации соседних зерен металла, наличие разных включений - шлаков, примесей, дефекты кристаллической решетки, дефекты поверхности металла-царапины, коррозия и т. д.) [4]. Неоднородность металла заключается в наличии дислокаций из-за неправильно выстроенной кристаллической решетки и наличии примесей в сплаве. Скопление дислокаций при переменных нагрузках приводит к образованию субмикроскопических трещин,
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1
которые в свою очередь при должной нагрузке образовывают микротрещины протяженностью 0,1-0,5 мм. Усталостная трещина развивается по телу зерна и не распространяется по границам [4]. Траектория и скорость ее развития зависят от ориентировки лежащих вблизи микротрещин, а также от механических свойств соседних участков металла. При циклической нагрузке трещина продолжает расти, а затем происходит выкрашивание металла. Внешними признаками усталостного выкрашивания служат: появление зеркальных частичек на смазке; повышенная шумность в работе механизма; чрезмерная вибрация при вращении.
Для металлов и сплавов, проявляющих физический предел выносливости, принята база испытаний 107 циклов, а для материалов, ординаты кривых усталости, которых по всей длине непременно уменьшаются с ростом числа циклов, - 108 циклов. В настоящее время различают многоцикловую и малоцикловую усталость. Согласно ГОСТ 23.207-79 многоцикловая усталость - это усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании, а малоцикловая усталость - это усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упругопластическом деформировании [4].
При циклическом деформировании интенсивность процесса генерирования дислокаций, их движение, коагуляция и аннигиляция вакансий происходит более интенсивно, поскольку скорость протекания локальных пластических деформаций на несколько порядков выше скорости пластической деформации при статической нагрузке.
На качество сборки следует обратить особое внимание, так как ошибки при производстве заведомо снижают ресурс его работы. Неправильная сборка может привести к возникновению дополнительных осевых сил, что может привести к образованию усталостных участков. Чрезмерно тугая посадка колец приводит к возникновению большого перепада температур между наружным и внутренним кольцом подшипника. Перекос при сборке приводит к несоосности посадочных мест. Упущение этих факторов приводит к раннему выходу из строя подшипникового узла.
Вторым важным фактором для расчета долговечности подшипников - это знание точных условий работы, в которых он будет использоваться, и переменных нагрузок, которые будут воздействовать на него. Для этого нужно подробно изучить влияние сил, нагрузок, вибраций, повреждений на работоспособность и долговечность при работе в различных условиях.
В настоящее время все факторы воздействия и условия работы подшипников довольно сильно идеализируются, что не позволяет сделать точный расчет по количеству циклов работы. Выше мы уже рассмотрели влияние нагрузки на образование усталостных трещин. Именно неучтенные факторы приводят к появлению ранней усталости металла, образованию трещин и последующему выходу подшипникового узла из работы.
Создание непригодных условий для работы подшипников также снижает срок службы. Не-круглость посадочной поверхности может привести как к деформации самого подшипника, так и к образованию излишнего трения. Отсутствие должной смазки приводит к быстрому износу из-за трения. Неточность расчета не только зависит от идеализации процесса при расчете, но и из-за малой базы факторов влияющих на работу подшипников [5].
Исследованием процессов усталостного разрушения занимались [6], в работах [7; 8] описана методика исследований, вопросы повышения долговечности представлены в работах [9; 10], а влияние вибрации на работу карданного шарнира в работах [6; 11; 12].
В заключение отметим, что знание факторов, которые приводят к выходу из строя подшипник раньше времени, поможет делать точный прогноз его долговечности. Это достижимо только при проведении дополнительных исследований экспериментальным способом в данной области.
Библиографические ссылки
1. Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Современное состояние вопроса по исследованию пластического деформирования при статическом контактном нагружении игольчатых подшипников / Механики XXI веку: материалы X Всерос. с межд. участием науч.-техн. конф.; Братск: БрГУ, 2014. С. 37-40.
2. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Шарафеев М. Р. Механизм усталостного разрушения игольчатых подшипников / Актуальные проблемы авиации и космонавтики: материалы XIII Всерос. науч.- практ. конф.; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2017. С. 342-344.
3. Губанова А. В., Кукушкин Е. В., Маслова О. Е., Меновщиков В. А. Влияние механических и термических способов поверхностного упрочнения деталей на их усталостную контактную прочность карданных шарниров на игольчатых подшипниках / Решетневские чтения: материалы XX Междунар. науч. конф.; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 403-405.
4. Ереско Т. Т., Жабинская А. Н., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Взаимосвязь первичных усталостных разрушений с дислокацией циклически повторяющихся или чередующихся напряжений карданных шарниров / Решетневские чтения: материалы XX Междунар. науч. конф.; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 409-411
5. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско Т. Т. Анализ современных представлений и подходов при исследовании усталостных разрушений игольчатых подшипников / Решетневские чтения: материалы XVII Междунар. науч. конф.: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 287-288
6. Меновщиков В. А., Ереско С. П. Исследование и совершенствование игольчатых подшипников карданных передач транспортно-технологических машин. Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2006. 283 с.
7. Eresko S. P., Eresko T. T., Kukushkin E. V., Method of preparation of the experiment for investigation of universal joints on needle bearings / Сибирский журнал науки и технологий. 2018. Т. 19, № 1. С. 120-136.
8. Ереско С. П., Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Хоменко И. И. Планирование эксперимента по исследованию карданных передач на игольчатых подшипниках / Вестник СибГАУ. 2016. Том 17 №4. с. 1062-1071
9. Ереско С. П., Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Кукушкин С. В., Меновщиков В. А. Повышение долговечности подшипников карданного шарнира неравных угловых скоростей / Системы. Методы. Технологии. 2018, №2. С. 19-24. DOI: 10.18324/2077-5415-2018-2-19-24.
10. Ереско С. П., Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Повышение долговечности карданной передачи за счет совершенствования конструкции карданного шарнира и способа его технического обслуживания / Строительные и Дорожные машины. 2018, №1 С. 45-51.
11. Ереско С. П., Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Влияние вибрационных нагрузок на процесс перекоса тел качения в игольчатом подшипнике карданного шарнира / Вестник Машиностроения. 2018, № 5. С. 10-15.
12. Eresko S. P., Eresko T. T., Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A. Influence of Vibrational Loads on Needle Skew in Cardan-Joint Bearings. Russian Engineering Research. Vol. 38. No. 9. P. 651655. DOI: 10.3103/S1068798X18090125.
© Ермиенко. И. Ю., Лобанов Н. Р., 2019
