Повышение триботехнических характеристик упорных подшипников скольжения

• Автор: Овечкин, Игорь Викторович
• Шифр специальности: 05.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 .Состояние вопроса
1.1 Антифрикционные спечённые композиты
1.2 Технология производства порошковых изделий
1.3 Полимерпорошковые подшипники скольжения
1.4 Выводы
1.5 Цель и задачи исследований
2. Распределение тепловых потоков в подшипнике
2.1 Рабочая поверхность полимерпорошкового упорного подшипника
2.2 Теплофизические параметры элементов конструкции составного полимерпорошкового подшипника
2.3 Нестационарное температурное поле в полимерном стержне
2.4 Распространение тепла в полимерпорошковом подшипнике с пористой матрицей, пропитанной жидкой смазкой
2.5 Циркуляция жидкой смазки в пористой матрице
2.6 Выводы
3. Методика исследований
3.1 Основные этапы исследований
3.2 Оборудование и инструмент
3.3 Материалы и образцы
3.4 Планирование и обработка экспериментальных результатов
4. Результаты экспериментальных исследований
4.1 Формирование рабочей поверхности подшипника
4.2 Технология обработки несущей поверхности
4.3 Триботехнические параметры подшипника
4.4 Выводы
5. Промышленные испытания
6. Общие выводы
7. Библиографический список
Приложения
Введение
Современные упорные подшипники скольжения из пористых порошковых материалов, пропитанных жидкой смазкой, работают в режиме самосмазывания. Тепло, генерируемое в процессе трения, нагревает смазку, которая в результате терморасширения выделяется из пор и смазывает зону трибоконтакта. Так наступает режим самосмазывания, длящийся до тех пор пока запасенного смазочного материала в порах подшипника будет достаточно для его выделения на поверхность трения.
Следовательно, в пусковой период трения до разогрева, смазка отсутствует в зоне контакта или, в лучшем случае, имеется «голодная смазка». В этот период происходит контакт металлических поверхностей (вал - порошковая матрица), что резко увеличивает силу трения, способствует интенсификации изнашивания и может вызвать даже локальное схватывание первого рода. Кроме того, давление вала на пористую поверхность подшипника закрывает целый ряд пор в контактной области и затрудняет выделение смазки.
Итогом комплекса рассматриваемых процессов является замедление выхода трибосопряжения на стационарный режим и повышенный износ контактных поверхностей.
Для устранения отмеченных недостатков предложен и запатентован составной полимерпорошковый подшипник. Он имеет на поверхности металлической порошковой матрицы полимерные вставки, выступающие над рабочей опорной поверхностью на 5 - 7 мкм.
В этом случае при пуске имеет место трибоконтакт металл - полимер, что существенно уменьшает силу трения и полностью исключает схватывание. Кроме того, опирающийся на полимерные вставки вал не перекрывает поры порошковой матрицы и не препятствует выделению смазки.
Наконец, полимерные вставки, выступающие над пористой рабочей поверхностью (определённый аналог правила Шарли) образует под собой дополнительную свободную ёмкость для избытка смазки и своевременной подачи её в зону трения.
Следует отметить также, что заливка запаса смазки в центральное отверстие

подшипника (дополнительный резервуар), фильтруясь через поры, пополняет запасы смазки и увеличивает ресурс подшипника.
Таким образом, исследования и применение разработанной конструкции упорных подшипников представляются весьма актуальными и перспективными.
Цель работы - повышение ресурса металлокерамических упорных подшипников скольжения модификацией их рабочих поверхностей полимерными вставками.
Поставленная в работе цель решается на основе теоретических и экспериментальных натурных и численных (метод конечных элементов) исследований. По их итогам автором выносятся на защиту нижеследующие положения.
1. Математическая модель зависимости оптимальной величины коэффициента относительной площади полимерных вставок от нагрузочно-скоростных режимов работы подшипника.
2. Механизм циркуляционного движения жидкой смазки в пористой среде, обеспечивающий непрерывное обновление смазки при её поступлении в зону трения.
3. Результаты анализа диаграммы Герси-Штрибека, доказывающие наличие полужидко стного трения в режиме самосмазывания полимерпорошкового подшипника.
4. Данные аналитического, конечноэлементного и экспериментального определения температуры в зоне трения, обосновывающие выбор полимерных материалов по их теплостойкости и смазочных масел по их вязкостным характеристикам.
Разработанный упорный полимерпорошковый подшипник скольжения удовлетворительно прошёл промышленные испытания на ОАО «Роствертол», где использовался в качестве опоры смесителя для приготовления полимерного компаунда. При этом ресурс подшипника в режиме самосмазывания составил 580 ±32 часа.
Диссертация выполнялась в лаборатории трения кафедры ТКМ Донского государственного технического университета и лаборатории машиностроения и высоких технологий Южного научного центра РАН РФ.

Рис.2.4. Расчетная схема для определения рационального расположения
Схема с постоянным диаметром отверстий:
4 ряда отверстий (1=3,25 мм, толщина перемычек от 2,07 мм до 2,14 мм, относительная площадь, занятая полимером 8=0,221.
Схема с нарастающим диаметром отверстий:
3 ряда отверстий (11=3,2 мм, (12=5,2 мм, (13=5,0 мм, толщина перемычек от 2,02 мм до 2,96 мм, относительная площадь, занятая полимером 5=0,37.
Трехмерные модели обоих подшипников изображены на рис. 2.5.
Рис.2.5. Контактные поверхности упорных подшипников с полимерными вставками равного диаметра (слева) и увеличивающегося диаметра с постоянной толщиной перемычек
Вторая схема может в ряде случаев быть более предпочтительной, особенно, с точки зрения технологии заполнения матрицы полимером на термопластавтомате.
отверстий нарастающего диаметра