CC BY
0УДК 621.822.1 Панова И.М., Синицына Ю.В.
Панова И.М.
доцент, к.т.н.,
Московский государственный технический университет
им. Н.Э. Баумана (г. Москва, Россия)
Синицына Ю.В.
доцент, к.т.н.,
Московский государственный технический университет
им. Н.Э. Баумана (г. Москва, Россия)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ
ИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ
Аннотация: определение ресурса работы подшипников скольжения, выполненных из технической керамики, является сложной и актуальной задачей. Основным критерием работоспособности подшипника скольжения является износ. При этом значительную трудность представляет собой определение напряжений в поверхностном слое керамического вкладыша. Стойкость материала к хрупкому разрушению поверхностного слоя можно оценить по параметру трещиностойкость. Совместное их влияние и определяет, главным образом, ресурс работы подшипника, оценке которого и посвящена данная статья.
Ключевые слова: подшипник скольжения, площадь контакта, ресурс, трение, давление в подшипнике, контактные напряжения, чистота обработки поверхности.
Керамические материалы, в виде изделий технической керамики в ряде случаев обладают предпочтительными свойствами по сравнению с традиционными металлическими материалами. В частности, при изготовлении подшипников скольжения достигается высокая износостойкость при работе в
агрессивных средах и высокой температуре, а также на повышенных скоростях, [1].
Недостатками изделий из технической керамики являются низкая надежность при высоких нагрузках и отсутствие методов прогнозирование ресурса.
Целью данной работы является разработка комплексного подхода к оценке износостойкости подшипников скольжения из технической керамики на основе учёта взаимодействия прочностных характеристик материала со свойствами поверхности скольжения, отвечающими за износ и определяющими, в конечном счете, ресурс подшипника.
Известно, что основными определяемыми характеристиками механических свойств керамических материалов являются: о"изг и о"сж. -пределы прочности при изгибе и сжатии, модуль упругости Е, ИУ-твердость по Виккерсу и трещиностойкость К1с. Известно, что для оценки металлических материалов в условиях трения предложена методика, включающая рассмотрение износа с учетом усталости, так называемая трибофатика. К сожалению, такой подход неприменим к керамике, поскольку усталостные свойства керамики не могут быть определены исходя из традиционных оценок, и не существует теоретических зависимостей, описывающих усталостное поведение керамик с единых позиций. Таким образом, мы можем опираться на доступные нам значения контактных напряжений, твердости и трещиностойкости. Конечно, влияет и скорость скольжения, и точность геометрической формы поверхности и чистота обработки, и температура, что должно учитываться с помощью эксперимента.
Определение трещиностойкости обычно проводиться методом индентирования, и этот параметр является константой материала в данных условиях. С работе [2] описаны способы определения трещиностойкости.
при с/о < 2,5
трещины Палмквнста
при с/а > 2,5
медианные грещипы
Рис. 1 Определение трещиностойкости методом индентирования.
Табл. 1
Керамика Плотность, г/с«3 Твердость (НУ), ГПа Трещиностойкость, МПам"3 Модуль Юнга, ГПа
ОКСИД характеристика оксида
АЬО. РсахшшнносвязаннШ 3,60-3,95 12-18 3,0-4,5 300-450
АЬО.-гЮ; » 4,05-4,40 15-20 3,8-4,5 300-340
т 3,10-3,20 22-23 3,0-4,0 400-420
ас Горячспрессованиый 3,25-3,28 25-27 5,0-5,5 440-450
ЯЛ. 3,20-3,45 16-19 6,3-9,0 300-320
В табл. 1 даны основные свойства некоторых керамических материалов по данным источника [3]. Исходя из упомянутых параметров индентирования для трещиностойкости в [4] предложена следующая формула:
К1С = (1)
Попытки связать трещиностойкость с внешними контактными напряжениями являются весьма актуальными. Повышение износостойкости керамических материалов при абразивном износе напрямую связано с увеличением контактной и микроструктурной прочности.
Например, в работе [5] величину объемного износа, также связывают с изменением твердости при температуре:
Ш = с (2)
Здесь ^константа материала, amax и [а]-действующее и допускаемое напряжения. P,L ,HVT-нагрузка, путь трения,(ресурс) и твердость при данной температуре.
Среди основных факторов износа выделим контактные напряжения, трещиностойкость, коэффициент трения, твердость, модуль упругости, высоту микронеровностей:
*=«шшШ (3)
Параметры выражения а, a, Ь являются экспериментальными константами для данных условий эксплуатации.
Таким образом, в заключение отметим, что ресурс керамических подшипников скольжения определяется целым рядом разных факторов, включая технологические, например, пористость, и др. Поэтому оценка ресурса может носить статистический характер и необходим учет основных факторов как на макро-, так и на микроуровнях, что и было предпринято в данной статье.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Панова И. М. Синицына Ю. В. Анализ факторов, влияющих на ресурс керамических подшипников скольжения. Вестник науки №4(73), том 4. АПРЕЛЬ 2024;
2. Лапицкая В.А. КОНТРОЛЬ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ КЕРАМИЧЕСКИХМАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМАТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ И НАНОИНДЕНТИРОВАНИЯ. Минск.2022;
3. Гаршин А.П., Кулик В.И., Нилов АС. УДАРОПРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ ИХ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ. Новые огнеупоры. №4 2016;
4. Мосина ТВ. КОНТАКТНАЯ ПРОЧНОСТЬ, ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ И АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СИСТЕМЫ TIN-ALN. Новые огнеупоры. 2014, (8):49-52. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2014-8-49-52];
5. Hsu Stephen Wear prediction of ceramic.2004/ Academia Edu p.867-878
Panova I.M., Sinitsyna Yu. V.
Panova I.M.
Bauman Moscow State Technical University (Moscow, Russia)
Sinitsyna Yu.V.
Bauman Moscow State Technical University (Moscow, Russia)
DETERMINATION OF SERVICE LIFE OF SLIDING BEARINGS MADE OF TECHNICAL CERAMICS
Abstract: determining the service life of sliding bearings made of technical ceramics is a difficult and urgent task. The main criterion for the performance of a sliding bearing is wear. In this case, a significant difficulty is the determination of stresses in the surface layer of the ceramic liner. The resistance of the material to brittle fracture of the surface layer can be estimated by the crack resistance parameter. Their combined influence determines, mainly, the service life of the bearing, the assessment of which is devoted to this article.
Keywords: sliding bearing, contact area, service life, friction, bearing pressure, contact stresses, purity of surface treatment.
