CC BY
38
УДК621.822.6.004.67: 668.3: 631.3.02
технология механизированного нанесения полимерных покрытий на подшипники качения
Д.Н. ПСАРЕВ1, кандидат технических наук, старший преподаватель(е-таИ: [email protected])
Р.И. ЛИ2, доктор технических наук, зав. кафедрой
B.В. ХАТУНЦЕВ1, кандидат технических наук, зав. кафедрой
М.М. МИШИН1, кандидат технических наук, доцент
C.Ю. АСТАПОВ1, кандидат технических наук, доцент
А.Б. РОЖНОВ1, ассистент
Мичуринский государственный аграрный университет, ул. Интернациональная, 101, Мичуринск, Тамбовская обл., 393760, Российская Федерация
2Липецкий государственный технический университет, ул. Московская, 30, Липецк, 398600, Российская Федерация
Резюме. Восстановление корпусных деталей значительно сокращает затраты на ремонт техники. Предложен способ восстановления корпусных деталей методом ремонтных размеров. Посадочные отверстия в зависимости отизноса растачивают под три ремонтных размера. Обработанное отверстие комплектуют новым подшипником, на наружное кольцо которого нанесено полимерное покрытие соответствующей толщины, обеспечивающее неподвижность соединения. В результате теоретических исследований получена модель формирования равномерного полимерного покрытия на наружной поверхности вращающейся цилиндрической детали. Разработаны установка и технологическая оснастка для нанесения полимерного покрытия из раствора эластомера Ф-40С на наружную поверхность вращающегося подшипника. Установка включаетв себя токарно-винторезный станок 1К62, центрирующую сборочную оправку, ванночку и стойку магнитную МВ-В. Стойка предназначена для крепления ванночки с раствором полимера и ее перемещения по высоте при помещении подшипников качения в полимерный раствор. Оправка служит для центрирования и сборки подшипников. В собранном виде ее вставляют в патрон станка, который вращает оправку при нанесении полимерного покрытия. Станок 1К62 оснащен частотным преобразователем INNOVERT типа H3400A05D5K, который позволяет бесступенчато регулировать частоту вращения шпинделя от 0 мин-1. Приведены результаты экспериментальных исследований усадки эластомера Ф-40С, параметров режима окунания деталей в его раствор, зависимости геометрических параметров сформированного полимерного покрытия от элементов режима нанесения и адгезии полимерных покрытий из растворов эластомера Ф-40С различной вязкости. Допустимая толщина полимерного покрытия из эластомера Ф-40С на подшипнике 209, обеспечивающая безотказную работу восстановленной посадки при циклической радиальной нагрузке 20 кН составляет 0,1 мм.
Ключевые слова: восстановление, корпусная деталь, подшипник, полимер, покрытие, эксперимент. Для цитирования: Технология механизированного нанесения полимерных покрытий на подшипники качения /Д.Н. Псарев, Р.И.Ли, В.В.Хатунцев, М.М. Мишин, С.Ю. Астапов, А.Б. Рожнов// Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №5. С. 86-88.
Корпусные детали - базисные, ресурсные детали, определяющие долговечность всего агрегата. Износ посадочных отверстий в корпусе коробки передач, приводит к перекосу колец подшипников, валов с шестернями, их повышенному изнашиванию и резкому сокращению ресурса. Посадочные отверстия в корпусных деталях восстанавливают установкой дополнительной детали, электродуговой наплавкой, электроконтактной приваркой стальной ленты, железнением, хромированием [1,2]. Однако эти способы не обеспечивают фреттингостойкость [3, 4] восстановленных посадочных отверстий. Способы восстановления полимерными материалами исключают возникновение фреттинг-коррозии и повышают ресурс корпусных деталей и подшипниковых узлов [5].
Развитие отечественной химической промышленности сопровождается постоянным выпуском новых перспективных полимерных материалов различного назначения. Формируется благоприятная среда для разработки высокоэффективных технологий восстановления, обеспечивающих повышение ресурса корпусных деталей, надежности сельскохозяйственной техники, сокращение затрат на технический сервис.
Способы восстановления посадочных отверстий полимерными материалами [5] отличаются простотой и низкой себестоимостью, исключают возникновение фреттинг-коррозии, повышают ресурс корпусных деталей и подшипниковых узлов. Анализ показал, что наиболее технологичный способ восстановления - нанесение полимерного покрытия на изношенную поверхность отверстий. Однако известные технологии предусматривают ручное выполнение этой операции и не исключают усадки полимерного материала при отверждении, что влияет на точность размеров восстановленных отверстий.
Предлагается восстанавливать посадки подшипников в корпусных деталях методом ремонтных размеров. Посадочные отверстия в зависимости от износа растачивают под три ремонтных размера: Dрем1 = Dном + 0,11 мм; D , = D + 0,15 мм; D „ = D + 0,2 мм (где D .,
' рем2 ном ' ' рем3 ном ' * ^ рем1'
Dрем2, Dрем3 - первый, второй и третий ремонтные размеры; Dном - номинальный диаметр отверстия).
Обработанное отверстие комплектуется новым подшипником, на наружное кольцо которого, нанесено полимерное покрытие из раствора эластомера Ф-40С соответствующей толщины, обеспечивающее неподвижность соединения.
По результатам анализа механизированных способов предложено наносить покрытие окунанием подшипника в ванну с раствором полимерного материал. Покрытие должно формироваться равномерным благодаря вращению подшипника и течению полимерного раствора под действием силы тяжести.
В итоге теоретических исследований [6, 7, 8] была предложена модель формообразования полимерного покрытия на поверхности наружного кольца вращающегося подшипника.
Цель исследований - разработка технологической оснастки и проведение экспериментальных исследований механизированного нанесения покрытий из раствора эластомера Ф-40С на подшипники качения.
Условия, материалы и методы. Для исследования усадки полимерных покрытий, использовали растворы эластомера Ф-40С вязкостью: V = 3157; 329 и 160 мм2/с. Ее обеспечивали добавлением ацетона в концентрированный раствор эластомера Ф-40С. Вязкость раствора V = 3157 мм2/с контролировали вискозиметром типа ВНЖ (ГОСТ 10028-81Е), V = 329 и 160 мм2/с - вискозиметром типа ВПЖ-2 (ГОСТ 10028-81). Образцами служили отвер-жденные пленки, нанесенные на подложку из фторопласта. Форма пленок прямоугольная, размеры 60 х 15 мм.
Толщину пленок измеряли в трехкратной повторно-сти рычажной скобой СРП-25 (ГОСТ 11098-75). Усадку материала У рассчитывали по формуле:
У = (1 — —100%,
К
где ЬР и ^
- толщина полимерной пленки до и после отверждения, мм.
Для исследования параметров режима окунания деталей в раствор эластомера Ф-40С разработана лабораторная установка (рис. 1). Она смонтирована на базе токарного станка 1К62 и включает в себя центрирующую сборочную оправку 1, ванночку для полимерного раствора 2 и стойку магнитную 3.
Рис. 1. Лабораторная установка для нанесения полимерных покрытий.
Стойка магнитная МВ-В предназначена для крепления ванночки и ее перемещения по высоте при окунании подшипников в полимерный раствор. Центрирующая оправка служит для центрирования и сборки подшипников.
Токарный станок 1К62 оснащен преобразователем частоты общепромышленного применения Е1-7011, который позволяет бесступенчато регулировать частоту вращения шпинделя от 0 мин-1. Количество оборотов подшипников в ванночке с раствором составляло = 1; 2; 3; 4; 5 и 6. После опускания ванночки подшипники вращали в течение 10 мин при температуре 23оС для полимеризации покрытия. После обработки их выдерживали в течение 24 ч при температуре 23оС, после чего рычажной скобой СР-100 (ГОСТ 11098-75) измеряли диаметр, рассчитывали толщину полимерного покрытия и ее среднее значение.
При исследовании зависимости толщины покрытия от количества нанесенных слоев раствора эластомера Ф-40С образцами служили пленки, размером 60 х 15 мм. Количество слоев - 3-4. Толщину пленок измеряли в трехкратной повторности рычажной скобой СРП-25.
Исследования зависимости толщины покрытия от частоты вращения подшипника п проводили на лабораторной установке (см. рис. 1). Покрытие из раствора эластомера Ф-40С вязкостью V = 3157 мм2/с наносили на подшипники 209 при частоте вращения п = 1,0; 2,0; 3,0; 3,5 и 4,0 мин-1, вязкостью V = 329 мм2/с - 2,0; 3,5; 6,5; 8,0 и 10,0 мин-1, вязкостью V = 160 мм2/с - 3,5; 5,0; 7,5; 10,0 и 12,0 мин-1.
Подшипники при заданной частоте вращения окунали в ванночку с раствором эластомера Ф-40С и через три оборота ванночку опускали. Вращение подшипников продолжалось в течение 10 мин при температуре 23оС для полимеризации покрытия. Для расчета овальности диаметр измеряли во взаимно-перпендикулярных плоскостях, конусности - в начале и конце полимерного покрытия по ширине. Повторность измерений трехкратная с усреднением значений.
Адгезионные свойства материала оценивали прочностью связи с металлом при отслаивании образцов (ГОСТ 21981-76). Наносили покрытия из эластомера Ф-40С вязкостью V=3157; 329 и 160 мм2/с. Усилие отслаивания полимерного покрытия от металлической подложки определяли на разрывной машине ИР5047-50.
Рис. 2. Зависимость толщины полимерного покрытия Ь1п от количества оборотов Ыоб подшипника в ванне с раствором эластомера Ф-40С: 1) V = 160 мм2/с; 2) V = 329 мм2/с; 3) V = 3157 мм2/с.
Исследование долговечности посадок подшипников в корпусных деталях, восстановленных эластомером Ф-40С, проводили на вибростенде. Нагрузка на подшипники 209 составляла 20 кН. За критерий долговечности принимали наработку до сдвига наружного кольца подшипника в посадочном отверстии.
Результаты и обсуждение. Исследования показали, что минимальную усадку У = 7% имеет покрытие из раствора эластомера Ф-40С вязкостью V = 3157 мм2/с. При ее уменьшении до V = 160 мм2/с усадка полимерного покрытия после отверждения увеличивается до 3,43 раза, что объясняется большим количеством испаряющегося из раствора ацетона.
С увеличением количества оборотов подшипника до трех в ванне с полимерным раствором вязкостью V = 160 мм2/с толщина полимерного покрытия Ип возрастает (рис. 2). При большем количестве оборотов она стабилизируется. Аналогичная зависимость отмечена в вариантах с растворами вязкостью V = 329 и 3157 мм2/с.
Для получения полимерного покрытия достаточной толщины (Ип>0,5 мм) следует нанести четыре слоя (рис. 3) из раствора эластомера Ф-40С вязкостью V = 160 мм2/с, три слоя вязкостью V = 329 мм2/с или два слоя раствора вязкостью V = 3157 мм2/с.
При минимальной частоте вращения подшипников п = 1; 2 и 3,5 мин-1 полимерный раствор вязкостью соответственно 3157; 329 и 160 мм2/с частично стекал с поверхности наружного кольца. Это обусловлено тем, что скорость геометрического напора верхних слоев жидкостного потока значительно выше, чем у безнапор-
Рис. 3. Зависимость толщины покрытия от количества сло-евп : -у=160мм2/с; - у = 329мм2/с; -у = 3157мм2/с.
Рис. 4. Зависимость толщины покрытия от скорости вращения подшипника п : -у = 329мм2/с; -у=160мм2/с; -у = 3157мм2/с.
ного движения нижележащих слоев жидкостного потока (рис. 4). Поэтому толщина сформированных покрытий минимальна: 0,13; 0,17 и 0,26 мм. С повышением частоты вращения подшипника она увеличивается.
Оптимальная частота вращения подшипника 209, при которой формируется полимерное покрытие максимальной толщины, в случае нанесения полимерного раствора вязкостью 3157 мм2/с составляет 3,0 мин-1; 329 мм2/с - 6,5 и 160 мм2/с - 7,5 мин-1. При дальнейшем ее увеличении толщина полимерных покрытий стабилизируется.
Адгезия определяется смачиваемостью, которая во многом зависит от вязкости адгезии. Поэтому для обеспечения высокой величины этого показателя рекомендуется наносить покрытия из раствора эластомера Ф-40С вязкостью V = 160 мм2/с (рис. 5).
Посадка подшипников в корпусных деталях, восстановленных эластомером Ф-40С с толщиной полимер-
рис. 5. Адгезионная прочность покрытий F эластомера Ф-40С: 1) V = 3157 мм2/с; 2) V = 329 мм2/с; 3) v= 160 мм2/с.
ного покрытия 0,1 мм, оставалось работоспособной до конца испытаний. Сдвиг наружного кольца подшипника в посадочном отверстии в течение 330 ч стендовых испытаний не зафиксирован.
выводы. Разработана установка для механизированного нанесения полимерных покрытий на наружные кольца подшипников качения.
Для нанесения полимерных покрытий на подшипники рекомендуется раствор эластомера Ф-40С вязкостью V = 160 мм2/с, который обеспечивает высокую адгезию покрытия F = 10,0 кН/м и толщину покрытия до 0,52 мм.
Исследованиями установлен оптимальный режим нанесения покрытий из раствора эластомера Ф-40С: количество оборотов подшипника в ванне с полимерным раствором N^=3 об., частота вращения подшипника 209 п=7,5 мин-1.
Посадки подшипников с покрытием из эластомера Ф-40С в корпусных деталях, имеют высокую долговечность. Рекомендуется восстанавливать посадочные отверстия в корпусных деталях с диаметральным износом до 0,2 мм.
Литература.
1. Черноиванов В.И., Бледных В.В., Северный А.Э. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве: Учебное пособие. Москва. Челябинск: ГОСНИТИ. ЧГАУ, 2003. 992 с.
2. Авдеев М.В., Воловик Е.Л., Ульман И.Е. Технология ремонта машин и оборудования. М.: Агропромиздат, 1986. 247 с.
3. Уотерхауз Р.Б. Фреттинг-коррозия. Л.: Машиностроение. 1976. 271 с.
4. Айбиндер С.Б., Жеглов О.С., Либерман Л.М. Влияние полимерных покрытий на развитие фреттинг-коррозии // Физико-химическая механика контактного взаимодействия и фреттинг-коррозия: Тез. докл. Киев, 1973. С. 143-144.
5. Курчаткин В. В. Восстановление посадок подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами: дис... док. техн. наук. М., 1989. 407 с.
6. Ли Р.И., Псарев Д.Н., Теоретические аспекты формообразования полимерного покрытия на наружном кольце вращающегося подшипника качения //Вестник МичГАУ. 2014. №5. С. 46-51.
7. Ли Р.И., Псарев Д.Н. Модель формирования равномерного полимерного покрытия на наружной поверхности вращающейся цилиндрической детали // Клеи. Герметики. Технологии. 2015. №2. С. 34-38.
8. Psarev D.N., Li R.I. A Model for forming a uniform polymer coating on the external surface of a rotating cylinder // Polymer Science. Series D. Glues and Sealing Materials. 2015. Vol. 8. No. 3. Pp. 249-252.
MECHANIZED TECHNOLOGY OF APPLYING POLYMERIC COATING ON ROLLING BEARING
D.N. Psarev1, R.I. Lee2, V.V. Khatuntsev1, M.M. Mishin1, S.Y. Astapov1, A.B. Rozhnov1
1Michurinsk State Agrarian University, ul. International'naya, 101, Michurinsk, Tambovskaya obl., 393760, Russian Federation 2Lipetsk State Technical University, ul. Moskovskaya, 30, Lipetsk, 398600, Russian Federation
Summary. Reconstruction of basic parts helps cut equipment maintenance costs significantly. We suggest a way of reconstruction of basic parts using the method of reconditioning dimensions. Filment bores are rebored in three reconditioning dimensions according to levels of wear and tear. The processed bore is equipped with a new bearing, the outer collar of which has been covered with polymeric coating of adequate thickness providing the immobility of the junction. As a result of theoretical researches we are received model for forming a uniform polymer coating on the external surface of a rotating cylinder. The setup and technological equipment for the application of polymeric coating made out of the 0-40C (F-40C) solution elastomer onto the outer surface of a rotating bearing are designed. The setup includes: a screw-cutting lathe 1K62, a centering assembly jig, a tray and a magnetic holder MB-B. The holder is designed to support the tray with the polymer solution and move it up and down while the bearings are dipped into the solution. The jig is for the centering and assembly of bearings. When assembled, it is inserted into the broach holder that rotates it while the coating is being applied. The 1K62 lathe is equipped with a frequency converter INNOVERT of the H3400A05D5K type which allows a stepless regulation of the spindle rotation rate from 0 min-1. Described materials and methods experimental researches. The results of the experimental studies into the dependency of the geometrical parameters of the formed polymeric coating on the elements of the application regime and the adhesion of the polymeric coatings made out of the 0-40C (F-40C) solution elastomer of various viscosities are presented. Allowable thickness of the polymeric coating made out of the 0-40C (F-40C) solution elastomer onto the bearing 209, ensuring trouble-free operation of the restored seating surface under cyclic radial load of 20 kN is 0,1 mm. Keywords: reconstruction, case detail, bearing, polymer, coating, experiment.
Author Details: D.N. Psarev, Cand. Sc. (Techn.), senior lecturer (e-mail: [email protected]); R.I. Lee, D. Sc. (Techn.), head of department; V.V. Khatuntsev, Cand. Sc. (Techn.), head of department; M.M. Mishin, Cand. Sc. (Techn.), assoc. prof.; S.Y Astapov, Cand. Sc. (Techn.), assoc. prof.; A.B. Rozhnov, assist.
For citation: Psarev D.N., Lee R.I., Khatuntsev V.V., Mishin M.M., Astapov S.Y, Rozhnov A.B. Mechanized Technology of Applying Polymeric Coating on Rolling Bearing. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 5. Pp. 86-88 (In Russ.).
