Вплив факторів навантаження та товщини граничної змащувальної плівки на строк служби підшипників ковзання при пружно-пластичному контакті деталей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.89

ВОРОНИ СВ., к.т.н., (ООО «Нова компашя», м. Харюв), ТКАЧ В В., здобувач, ст. викл. (ДЮ1ЛДУВС).

Вплив фактор1в навантаження та товщини гранично!1 змащувальноУ пл1вки на строк служби п1дшипник1в ковзання при пружно-пластичному контакт! деталей.

Постановка проблеми

Граничну змащувальну плiвку, яка утворюсться на деталях пiдшипникiв ковзання при штенсифшацп адсорбцп молекул присадок за рахунок електростатично1 обробки мас-тил, можна розглядати як трете тшо кристалiчноi будови. За умови граничного змащення пiдшипника така пшвка зменшуе дотиковi напруження, що призводить до зменшення зносу деталей. Тому, при проектуванш пiдшипникiв ковзання актуальною задачею е прогнозування 'х ресурсу з урахуванням властивостей кристалiчноi змащувально'' плiвки. В статп запропонована математична модель, що дозволяе розрахову-вати ресурс пiдшипникiв з урахуванням допустимого зносу 'х деталей в умовах граничного змащування та при наявносп кристалiчноi плiвки рiзноi товщини.

Анал1з останшх досл1джень 1 публ1кац1й

Найбiльш глибоке вивчення процесу зношування та довговiчностi пiдшипникiв ковзання вiдображене в роботах [1, 2]. Так, у робот! [1] наведена залежшсть дотикових на-пружень у пiдшипнику iз товщиною змащувально1 плiвки при пружно-гiдродинамiчному контактi, однак не встанов-лений зв'язок цих напружень з штенсившстю зношування деталей тдшипника, а також не вивчений вплив електростатично1 обробки мастила на товщину та мщшсть гранично1 змащувально1 плiвки. З шшого боку роботи проф. С.М. Лиакова [3], доводять, що викори-стання обробки робочих рщин на нафтовш

основi електричним полем сприяе зменшенню зносу гiдравлiчних агрегатiв, проте питання довговiчностi пiдшипникiв ковзання, за таких умов, в цих роботах не розглядалися.

Мета статт1

Розробка математично1 моделi розрахун-ку строку служби тдшипниюв ковзання при пружно-пластичному контакт^ яка враховуе параметри навантаження та властивосп змащувально1 плiвки при обробщ мастил електростатичним полем.

Матер1али та результати дослщження_

Найбiльш розповсюдженим видом зношування для тдшипниюв ковзання е знос при пружно-пластичному контакт поверхонь. Та-кий знос вiдбуваеться в режимi граничного змащення i визначае, в цшому, довговiчнiсть пiдшипника. При граничному змащенн пiдшипника контакт поверхонь тертя вщбуваеться по окремих мшроскотчних нерiвностях, якi роздiленi мiж собою лише твердими кристалiчними шарами молекул присадки [4, 5], а гiдродинамiчнi явища у пiдшипнику вiдсутнi. З урахуванням цього можна скористатися вщомими залежностями стосовно тдшипника ковзання без змащу-вального матерiалу [1]. Тодi строк служби пiдшипника ковзання, як один з головних показниюв його довговiчностi можна визна-чити наступним чином

Т =

Р\ - - К2)

(I, • 1} -12 .12).п

де, |U| - допустимий знос пщшипника; R1, R2 - радiуси вщповщно вкладиша та валу, рисунок 1;

11, 12 - штенсивносп зношування вiдповiдно вкладиша та валу;

¡1, 12 - шляхи тертя за один оберт вщповщно вкладиша та валу, (рисунок1). п - кiлькiсть обертiв валу.

7 = (. 1 180 1

(2)

51П(о =л - • V к

(1 + (1 -Иг2). Е-

Е2

Рп

Е1 е

(3)

Таким чином, для визначення строку служби пiдшипника ковзання необхiдно знати його конструктивы параметри, допустимий знос, режими роботи та штенсивносп зношу-вання деталей.

Розподш контактного тиску

пiдпорядковуeться закону

Р() = Рт

1 - ( )2

1

1/2

(4)

де рт - максимальний тиск в цен^ контактно! зони:

Рт =

2Р0

жЯ\ БШ((р0 )

(5)

Рисунок 1. - Розрахункова схема тдшипника ковзання

Шлях тертя для валу визначасться як довжина окружносп, тобто ¡2 = 2пR2. Для вкладишу шлях тертя слщ визначати як

Для визначення штенсивносп зношування деталей пщшипниюв ковзання слiд ско-ристатися роботами [2, 6]. Так, згщно роботи 1.В. Крагельського [2] та узагальнення, яке провiв Г. Флайшер, штенсившсть зношування визначаеться як

I:

Т

2 (у + 1) • ИБ'

(6)

де, 2ф0 - кут обхвату, який залежить вiд властивостей контактуючих матерiалiв та визначаеться як

де, т - питома сила тертя або дотиковi контактнi напруження;

НВ - мшшсть матерiалу по Брiнелю; V - коефщент, що залежить вщ виду зношування.

Для зношування при пружно-пластичному контактi поверхонь

(

0,5. ¡т ИБ

-1

(7)

де ¡т - енергетична щшьшсть тертя, яка визначаеться iз наступного виразу

де, /л1, /л2 - коефщенти Пуассона вщповщно матерiалiв вкладиша та валу;

Е1, Е2 - модулi пружностi вiдповiдно для матерiалiв вкладиша та валу;

Р0 - навантаження на одиницю довжини; £ - радiальний зазор.

= мТо

¡т = АУ,

де Шт - робота тертя;

АУ - об'ем зношеного матерiалу.

4

Поставивши (7) i (8) в (6) отримаемо для штенсивносп зношування

I = •

г т-АУ

2(-

-1 + 1) - HB 1r

HB

,(9)

При визначеннi дотикових напружень слщ враховувати вид змащення тдшипника. Зпдно проведеного аналiзу, максимальний знос тдшипниюв ковзання вiдбуваеться при граничному змащент, тобто коли режим гiдродинамiчного змащення вiдсутнiй, а у мюцях контакту поодиноких нерiвностей поверхонь тертя визначну роль ввдграе адсорбцiйний змащувальний шар молекул ПАР, який по сво'1м властивостям суттево вiдрiзняеться вiд об'емних властивостей зма-щувального шару. Стосовно до контакту нерiвностей поверхонь, коли змащувальний шар мае товщину близьку до 10-7...10-8 м можна припустити, що вид змащення контак-туючих нерiвностей наближаеться до пружно-гiдродинамiчного змащення, при якому в'язкють шару внаслiдок впорядкованосп молекул в багато разiв перевищуе в'язкiсть гiдродинамiчного шару.

В таких умовах, зпдно роботи [1], зв'язок мiж товщиною адсорбцiйного шару молекул присадки та дотиковими напружен-нями при терт! можна записати наступним чином

т

1 - (т/G)

v2 - v< arctg Л° 2 --¿Г- , (10)

h

л°

де Л° = Л [l- (т/G)2] ;

Л* =-

V2 - V1

rj0 -S- exp(a- p)

1/2

2[1 + S(0-0O)] 1 k J ' П - динамiчна в'язкiсть адсорбцiйного змащувального шару:

r = r°■ exP

а-p

1 +S(0-0O)

(11)

де, n° - динамiчна в язюсть мастила;

р - контактний тиск;

а - п'езокоефщент в'язкостi мастила;

S - температурний коефщент в'язкост масти-

ла;

0° - початкова температура мастила;

0 -температура мастила в зош контакту;

h - товщина змащувально'1 плiвки;

v1t v2 -лшшт швидкостi ковзання поверхонь;

k - теплопровщтсть мастила;

G - модуль зсуву змащувально'1 плiвки.

Вирiшуючи сумюно рiвняння (2.9) та (2.10) можна отримати для пщшипниюв ковзання закономiрнiсть змiни дотикових напружень та штенсивносп зношування в залежносп вiд товщини змащувального шару. Таю закономiрностi дозволяють обчислювати строк служби тдшипника в залежносп вiд режимiв навантаження та адсорбцiйноï активностi змащувального матерiалу, тобто отриманi моделi дозволяють проводити порiвняльнi розрахунки для рiзних варiантiв змащення як без електростатичноï обробки, так i з обробкою мастила. Для отримання аб-солютних значень строку служби достатньо експериментальним або розрахунковим шляхом визначити товщину змащувального шару.

В якост прикладу зробимо аналiз змши дотикових напружень у пiдшипнику ковзання в залежносп вщ товщини змащувальноï плiвки. Нехай товщина плiвки змшюеться в межах h = 10-7.. .3-10"7 м; контактний тиск р = 25 МПа; початкова температура мастила 00 = 80 °С; температура мастила в зон контакту 0 = 120 °С; динамiчна в'язкiсть мастила П0 = 3-10"3 Па-с; п'езокоефiцiент в'язкостi мастила а = 13,2-10-7 м2/Н; температурний коефщент в'язкостi мастила S = 3-10"2 1/°С; лiнiйнi швидкостi ковзання v1 = 0, v2 = 1,25 м/с; теплопровщтсть мастила k = 0,13 Н/(с-°С); модуль зсуву G = 5-107 Н/м2.

Розрахунок напружень тертя у тдшипнику проводимо по залежносп (10) методом тдбору. Результата розрахунку наведет на графшу, рисунок 2. Як видно з графша, зображеного на рисунку 2, напру-ження тертя в тдшипнику ковзання нелшшно зменшуються по мiрi зростання змащувальноï плiвки.

т

т х 10 , Па

Рисунок 2. - Розрахунковi значення на-пружень тертя в залежносп вiд товщини змащувально! плiвки.

Результати проведених теоретичних дослiджень дозволяють отримати математич-ну модель довговiчностi тдшипниюв ковзан-ня при пружно-пластичному контакт повер-хонь в умовах електростатично! обробки мас-тил, що е фактором збшьшення товщини гранично! змащувально! плiвки. Поеднавши залежностi (1), (9) i (10) модель буде склада-тися iз системи рiвнянь, яка мае наступний вигляд:

(1)

1 - (т/С)2

v2 - arctg Л0

h

Л0

(2) I =

T

(3) T =

U - (Ri - R2)

(Ii • li - I2 • l2)• n

, (12)

Висновк

Отримана модель дозволяе проводити розрахунок довговiчностi пiдшипникiв ков-зання по критер^ строку служби деталей з урахуванням !х допустимого зносу. Нижче наведена послщовшсть визначення строку служби тдшипника ковзання за розробленою моделлю:

1) Для конкретного типу змащувального матерiалу та визначених умов роботи тдшипника за формулою (1) обчислюються

дотиковi напруження, що виникають при пружно-пластичному контакп поверхонь.

2) Експериментальним шляхом встановлюеться енергетична щiльнiсть тертя.

3) По формулi (2) обчислюеться iнтенсивнiсть зношування деталей пiдшипникiв ковзання.

4) Приймаючи значення допустимого зносу деталей тдшипника IUI за формулою (3) обчислюеться його строк служби.

При встановленн впливу товщини змащувально! пшвки на довговiчнiсть пiдшипникiв ковзання, тобто впливу електростатично! обробки змащувального матерiалу, по розробленiй моделi необхщно мати експериментальнi значення змiни товщини пшвки в залежностi вщ напруження електростатичного поля.

Л1тература

1. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. Кн. 2./Под ред. И.В. Кра-гельского и В.В. Алисина. - М.: Машиностроение, 1979. - 358 с.

2. Крагельский И.В. Трение и износ. - М.: Машгиз, 1962. - 382 с.

3. Лысиков Е.Н. Влияние электростатической обработки рабочих жидкостей на интенсивность износа пар трения гидроприводов. Вестник Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета. — Харьков: РИО ХГАДТУ, 2000. - № 12-13. — с.75-78.

4. Трение, износ, смазка (трибология и триботехника). Под общ ред. А.В.Чичинадзе. М.: машиностроение, 2003 - с. 576, 578.

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физмагиз,1993, - 472с.

6. Флайшер Г. К. Связи между трением и износом. Контактные взаимодействия твердых тел и расчет сил трения и износа. - М.: Наука, 1971. - С. 163-169.

т

г

Анотацн:

Ключов1 слова: довговiчнiсть, пружно-пластичний контакт, змащувальна плiвка, штенсивнють зношуван-ня, енергетична щiльнiсть, дотиковi напруження

У статтi розглядаеться модель розрахунку довговiчностi пiдшипникiв ковзання за ^m^ieM термiну служби деталей з урахуванням !х допустимого зносу в умовах пружно-пластичного контакту повер-хонь.

В статье рассматривается модель расчета долговечности подшипников скольжения по критерию срока службы деталей с учетом их допустимого износа в условиях упруго-пластического контакта поверхностей.

In article the model of calculation of durability of plain bearers by criterion of life cycle of details taking into account their allowable wear in the conditions of elastic-plastic contact piece of surfaces is conside.

УДК 621.867.82

ГУЩИН В.М., к.т.н., доц. (ДГМА), РИБАЛКО Р.И., к.т.н., доц. (ДонНАСА), ГУЩИН О.В., к.т.н., ст. преп. (ДГМА), СИГИТОВ А.Б., магистрант (ДонНАСА), НОВАК И.В., магистрант (ДГМА), ПОДКАМЕННЫЙ А. С., магистрант (ДГМА).

Разработка математической модели движения сыпучих материалов в пнев-мотранспортном трубопроводе

Введение

Одним из направлений дальнейшего развития и совершенствования пневматического транспорта сыпучих материалов, использующегося при строительстве, реконструкции и эксплуатации конструкций и сооружений железнодорожного транспорта, является разработка новых высокоэффективных энергосберегающих способов перемещения сыпучих материалов с использованием нетрадиционных режимов движения аэросмесей в пневматическом трубопроводе [1-3].

Анализ последних исследований и публикаций

Из известных режимов движения аэросмесей [1] наиболее перспективным представляется использование волнового и порционно-

го. Рассмотрены конструктивные особенности [2], некоторые закономерности протекающих процессов и результаты экспериментальных исследований массопереноса [3]. Показано, что рабочие процессы в пневмотранспортном трубопроводе сопровождаются формированием на участках трубопровода структур аэросмесей: от перемещения сыпучего материала «сдвигом сплошной массы» до режима «в полете» во взвешенном состоянии с переходом через ряд промежуточных режимов. Волновое и порционное движение сопровождаются возникновением крупно- и мелкомасштабных когерентных вихревых структур. Визуализация процессов движения аэросмесей в трубопроводе и измерения массопереноса показали их особенности. Математические модели движения аэросмесей для данных режимов не разработаны и не исследованы.