Вплив змащувальної плівки на втомну міцність деталей підшипників ковзання Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

УДК 621.89

Ткач В. В., ст. викл. (ДЮ1ЛДУВС)

ВПЛИВ ЗМАЩУВАЛЬНО1 ПЛ1ВКИ НА ВТОМНУ МЩН1СТЬ ДЕТАЛЕЙ П1ДШИПНИК1В КОВЗАННЯ

У статл розглядаеться питання зменшення нормальних контактних напружень зi збiльшенням товщини змащувально! плiвки за рахунок електростатично! обробки, що призводить до тдвищення втомно! мiцностi деталей пiдшипникiв ковзання.

Постановка проблеми. В сучасних техтчних системах одним з перспективних методiв штенсифжацп формування змащувально! плiвки, вiдповiдно до ратше проведених дослiджень, може бути застосування зовтшнього електростатичного поля, спрямованого на руйнування надмолекулярних структур (мщел), що призводить до переводу молекул ПАР у мономiрний стан, що позитивно впливае на мехатзм формування змащувально! плiвки, зв'язок контактних напружень у тдшипниках ковзання iз товщиною змащувально! плiвки та на тдвищення втомно! мiцностi деталей пiдшипникiв ковзання.

Аналiз останнiх досл1джень i публжацш. Згiдно механики контактних взаемодiй по теорп Герца контактнi напруження, що виникають в зонi контакту поверхонь визначаються без урахування змащувального матерiалу. Вiдомо, що змащувальна плiвка на поверхнях зменшуе контактнi напруження, але на сьогодняшнiй день модель яка повязуе контактш напруження i втомну мщнють з товщиною змащувально! плiвки вiдсутня. Така модель дозволить проводити розрахунки втомно! мiцностi пiдшипникiв ковзання в умовах формування змащувально! плiвки кристалично!' будови.

Метою статтi е тдвищення втомно! мiцностi деталей тдшипниюв ковзання шляхом зменшення нормальних контактних напружень за рахунок збiльшення товщини змащувально! плiвки на поверхнях тертя.

Матерiали та результати досл1дження. В данiй статл встановлено зв'язок мiж товщиною змащувально! плiвки та нормальними контактними напруженнями i втомною мiцнiстю пiдшипникiв ковзання. Результати розрахунюв показують, що iз зростанням товщини гранично! змащувально! плiвки вiдбуваються наступнi позитивнi явища: зменшуються нормальнi

контактш навантаження, та тдвишуеться втомна мщнють п1дшипник1в ковзання. Так, при збшьшенш товщини пл1вки в 2 рази з 110-7 м до 2 10-7 м, нормальш напруження зменшуються в 1,11 рази, при цьому втомна мщнють збшьшуеться в 4,4 рази. Таким чином, використання електростатично! обробки мастил призводить до суттевого збшьшення втомно! мщносл деталей шдшипниюв ковзання.

Розрахунки деталей тертя на втомну мщшсть слщ проводити по залежностям [1]

= (1)

K0 ■ Па

N

а

f ^ \m Va У

NGa , (2)

де о - д1юч1 максимальн1 нормальш напруження в контакт1; [g] - допустим! напруження на витривалють; g-1 - границя витривалост для матер1алу деталц nG - коефщент запасу мщностц

К0 - коефщент зниження гранищ витривалостг К0 > 1; N - втомна мщнють детал1 (кшькють цикив навантаження); NGg - абсциса точки перелому на кривш втомленост (кшькють цикшв навантаження);

m - показник ступеня, який визначаеться експериментально m = ctg а, де а - кут нахилу криво!' втомленост матер1алу до гранищ перелому.

З р1вняння (1) провадиться перев1рка деталей на втомну мщшсть, а р1вняння (2) дозволяе побудувати криву втомленост матер1алу.

Для ощнки впливу товщини змащувально! пл1вки на втомну мщнють деталей тдшипниюв ковзання необхщно визначити максимальш нормальш напруження, що виникають в зош контакту поверхонь. Для цього слщ скористатися теор1ею Герца. Уявимо контакт вкладиша тдшипника з валом як дискретний контакт з урахуванням р1вновагово! шорсткост поверхонь, що утворилася в процес тертя. Номшальна площа контакту визначаеться як FH0M = l1 В, де В - ширина зони контакту. Однак, зовшшне навантаження Р0 сприймаеться не номшальною площею, а фактичною FФ яка дор1внюе

F = fl ' nc ' FHOM , (3)

де f1 - площа поодинокого контакту вистушв вкладиша i валу; nC - щшьнють розподiлу виступiв по поверхням деталей.

Якщо припустити, що в процеш тертя Bei MiKpOCKOni4Hi виступи обох поверхонь тертя набувають однакових геометричних параметрiв та наближаються по свош формi до пiвкуль з радiусом R, щшьтсть розподiлу виступiв по поверхням деталей

1

nc _

п-R

2 ,

(4),

а зовтшне навантаження, що сприймаеться поодиноким контактом двох вистутв

P _ P -B

11 _

FHOM ' nC

(5)

Розрахункова схема такого контакту наведена на рис. 1 Причому в контакт приймае участь адсорбований на поверхнях деталей шар молекул присадки товщиною к

О1

а)

б)

Рисунок 1. - Розрахункова схема до визначення дшянки контакту та максимальних контактних напружень при контакп двох мшроскотчних

вистутв тдшипника ковзання: а) до навантаження; б) тсля навантаження.

Для визначення дшянки контакту, максимального напруження i контактного тиску в контакп двох вистутв скористаемося формулами Герца [2]. Радiус дшянки контакту а

a _

3P1(R + h)

v 4E* ,

максимальний контактний тиск i нормальне напруження

(6)

° = Рт

1

Г 6Р1Е*2 Уз

+ ю2 ,

ж3(Я + ^ де Е - зведений модуль пружностг

(7)

Е*

Г 1 2 1 2 \~1 1 , 1 №и2

V ЕЬ1 ЕЬ2 у

(8)

де ¡¡ы, ¡л^ \ Ем, Е^ - коефщ1енти Пуассона 1 модул1 пружност приповерхневих шар1в деталей тдшипника.

Таким чином, з1 збшьшенням товщини змащувально! пл1вки зменшуються нормальт контактт напруження, що призведе до тдвищення втомно! мщносл деталей тдшипника ковзання.

В якост прикладу проведемо розрахунок нормальних напружень та пор1вняльний анал1з втомно! мщност валу тдшипника ковзання в залежност вщ товщини змащувального шару. Вважаемо, що вкладиш тдшипника знаходиться тд д1ею стащонарного навантаження, яке не призводить до його втомного руйнування.

-7 -7

Нехай товщина пшвки змшюеться в межах h = 10 .„3-10 м; зовшшне навантаження на вал Р0В = 1000 Н при В = 10-2 м; рад1ус валу R2 = 25 10-3 м; рад1ус вистутв р1вновагово! шорсткост R = 0,5 10-6 м; матер1ал вкладиша БрОЦС 4-4-17, матер1ал валу 18Х2Н4МА (Е1 = Е2 = 105 МПа [3], ^ = ^ = 0,3, а-1 = 750 МПа); модуль пружност пластифжованих поверхневих шарш, насичених молекулами змащувально! пл1вки зпдно роботи [4] в дектька раз1в менше значень модуля пружност об'ему (приймаемо Еы = Е^ = 0,2-105 МПа); номшальна площа контакту FНОМ = 19,5 10-5 м2; N00 = 106 цикшв, т = 14,5 за експериментальними даними роботи [1].

1. По залежност (4) визначаемо щшьшсть розподшу вистутв по

поверхт валу: пС = 1,27-1012 м-2.

2. По залежност (5) визначаемо зовтшне навантаження:

Р1 = 4,04 10-6 Н.

3. По залежност (8) визначаемо зведений модуль пружностг Е* =

5,51010 Па.

4. По залежностям (6), (7) 1 (2) обчислюемо значення функцш а(И),

а(Н) \ Ыа(Н). Результати розрахунюв наведет на рисунке 2, 3

о х 10 ' Па

6,5

5,5

Ъ х 10 -7

1

1,5

2

2,5

3

Рисунок 2. - Змша нормальних напружень в контакт тдшипника в залежност вщ товщини змащувального шару

N0 х 10 цикшв

16

12

1 1,5 2 2,5 3

Рисунок 3. - Змша втомно! мщност валу тдшипника в залежност вщ товщини змащувального шару.

Результати розрахунюв показують, що iз зростанням товщини гранично! змащувально! плiвки вiдбуваються наступн позитивнi явища: зменшуються нормальнi контактт навантаження, та тдвищуеться втомна мщтсть пiдшипникiв ковзання. Так, при збшьшент товщини плiвки в 2

7 7

рази з 1-10" м до 2-10" м, нормальт напруження зменшуються в 1,11 рази, при цьому втомна мщтсть збшьшуеться в 4,4 рази.

7

6

5

8

4

0

Таю ефекти досягаються використанням при змащенш тдшипниюв електростатично! обробки мастил. Завдяки ще! обробки, зпдно проведених дослiджень товщина змашувально! пивки збiльшуеться до 2 разiв, у порiвняннi з необробленим мастилом.

Литература

1. Сосновский Л.А. Основы трибофатики: Учебное пособие для студентов технических высших учебных заведений. Ч.1. - Гомель: БелГУТ, 2003. - 246 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя: В 3 т. Т. 1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.

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