автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Исследование упругодеформационных и моментных характеристик и совершенствование конструкции шарикоподшипников с антифрикционным заполнителем

министерство нлуки, высшей школы и технической политики российской федерации

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции н ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

На правах рукописи

МОРОЗОВ АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ

УДК 621. 822. 0. 893

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОДЕФОРМАЦИОННЫХ И МОМЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ С АНТИФРИКЦИОННЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ

Специальность 05. 02. 02. — «Машиноведение и детали машин»

Автореферат Диссертации на соискание ученой стспспн кандидата технических нлук

Москва, 1992

Работа выполнена в Московском государственном техннче- • ском университете им. Н. .Э. Баумана

Научный руководитель: ■ Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

Защита состоится

Доктор технических паук, профессор Бальмонт В. Б>-

Доктор технических наук, профессор Матвеев В. А.

Кандидат технических .наук, старший научный сотрудник Старостин В. Ф.

Четырнадцатый ар'ендный подшипниковый завод.

_ 1992 г. на заседании

специализированного совета К 053. 15. 11 в Московском государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана: г. Москва, 2-я Бауманская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана.

Автореферат разослан

1992 г.

»

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент П. К. ПОПОВ

wÎ6i Шй»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В опорах современных машин и механизмов широкое распространение находят подшипники качения. Ежегодная потребность народного хозяйства в подшипниках качения превышает один миллиард штук. Особенно велико потребление подшипников качения в горнодобывающей, металлургической и химической отраслях промышленности, где, как правило, подшипники эксплуатируются в условиях пов-венкой запыленности при высокой и низкой температуре.

Большее потребление подшипников качения-это не только затрата, связанные с их производством,' но и огромные затраты в связи с простоями и ремонтом оборудования. Поэтому разработка мероприятий,обес-печивавдих нормальную эксплуатации подшипниковых узлов, работасцих в тяжелых условиях, позволит значительно повысить производительность труда, снизить затраты энергетических и трудовых ресурсов.

Перспективным направлением обеспечения работоспособности подшипниковых узлов, эксплуатирующихся в тяжелых условиях, является применение шарикоподшипников с антифрикционным заполнителем СЕП- с АФЗ), выполненных на базе стандартных шариковых радиальных однорядных подшипников. Да.'-.ые подшипники способны работать в широком диапазоне температур от -60° го 300 °С. '3 запыленных средах антифрикционный заполнитель обеспечивает защиту рабочей зоны подшипника от загрязнения. В 1S87 г. на ГПЗ-13 Сг. Ижевск} освоено серийное производство СП с АФЗ типа АСЗ.

Опыт применени 1Ш с АФЗ показал,- что ресурс подшипниковых узлов технологического оборудования, эксплуатирующегося в тяжелых условиях, может быть повышен з несколько раз. В то же время выявлены и недостатки !!!П с АФЗ, а именно: подшипники имеют --:пз-куа быстроходность и высокий момент трения, что значительно ограничивает область их применения.

Отсутствие научно обоснованного анализа причин недостаточно высокого качосза ЕП с АФЗ не позволяет решить вопрос о целесообразности применения данных ПП на стадии проектирования, а также наметить мероприятия по сосершепствоваш!» их конструкции.

Этим определяется актуальность настоящей работы.

Цель работ:.!. Исследи^анпе упругодеформационных и моментных характеристик и' совершенствование конструкции шарикоподшипников с антифрикционным за^лннтелем.

Методы исследования. Разработк математической модели LUXI с АФЗ прозодилась в соответствии с положениями теории упругости. В рабо-

те использован аппарат векторной алгебры, вычислительной математики и прикладной статистики.

Научная новизна.

1. Разработана трибомеханическая модель ШП с АФЗ, учитывающая ксмб' "фованное-нагрукение ШП и взаимодействие сепаратора с шариками и кольцами.

2. Разработаны методы численного решения систем нелинейных уравнений, описызающих трибомеханическую модель ШП с АФЗ.

. 3. Осуществлена программная реализация трибомеханической моде ли П" с АФЗ в виде компьютерной программы "КМК-1", обеспечивающей возможность расчета упругодеформацконных и кинематических характеристик Ши с АФЗ, а -акке момента ;ения и сил, действующих на сепа ратор со стороны шариков и колец.

4. Разработана методика вычислительного эксперимента, получены интерполяционные выражения для определения максимального сближения, шариков, момента трения и сил, действующих на сепаратор со стороны шариков и колец.

5. Получены зависимости момента трения ШП с АФЗ от условий эксплуатации и зазора между шариками и.сепаратором.

Практическая ценность.

1. Разработана и реализована компьютерная программа расчета технико-эксплуатационных характеристик ШП с АФЗ на ПЭВМ, а также предложены интерполяционные выражения, позволяющие с достаточной степенью точности определять: момент трения, силы в контакте сепаратора с шариками и кольцами, минимально необходимую величину зазо ра в гнездах сепаратора ШП с АФЗ.

2. Разработан и внедрен в произвоство прибор для измерения внутренней геометрии ШП с АФЗ.

3. Разработаны рекомендации по повышению эффективности применения ШП с АФЗ, предложены мероприятия по совершенствованию конструкции ШП с АФЗ.

4. Разработаны и внедрены конструкции и способы изготовления модифицированных ШП с АФЗ, обладающих пониженным моментом трения и повышенной долговечностью по сравнению с подшипниками типа АСЗ.

Реализация работы. Результаты работы внедрены на Кемеровское механическом заводе, ка Новокемеровской ТЭЦ Сг. Кемерово), ГПЗ-14 Сг.Прокопьевск), Лениногорском полиметаллическом комбинате СВосточг"й,Казахстан, г. Лениногорск). При этом долговечность узле трения повышена до двух раз. Экономический эффект от внедрения результатов работы на Кемеровском механическом заводе за 1986-1987 2

гг. составил 70 тыс.руб.. Внедрено три изобретения.

Апробация работы. Основные научные положения работы докладывались и обсуадались на заседаниях кафедры "Детали машин" • МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1992 г. , "Прикладная механика" Кузбасского политехнического института г, 1938-1989 гг; н? региональных конференциях "Механизация и 'автоматизация' ручных и трудоемких операциях в промышленности Кузбасса", 1984 г., "Автоматизация и механизация в машиностроении", 1988 г. , на технических совещаниях отделов главного механика Лениногорского полиметаллического комбината С1990 г.3, Кемеровского механического завода С198о-1938 гг.), на технических совещаниях ГПЗ-14 С1989-1992 гг.).

Публикации. По материалам работы опубликовано 8 печатных работ, из них 3 авторских свидетельства.

Объем работы. Диссертация состоит иа введения, пяти глаз, общих выводов и шестнадцати приложений. Общий объем учитываемого текст '.ого материала 109 с. , 56 рис., 10 табл.. Список использованной литературы содержит 74 наименования. • ■ .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности проблем повышения качества ШП с АФЗ.

В первой главе рассмотрены особенности и специфика применения в подшипниках качения твердых смазочных материалов', обобщен опыт применения ШП с АФЗ и установлены их конструктивные особенности, определены расчетные параметры ЫП с АФЗ, проведен анализ составляющих момента трения ШП с АФЗ.

Б. Д. Воронков, Ю.Н.Дроздов, Р. В. Коросташевский, А. Г. Комиссар и др. полагают, что одним из путей обеспечения работоспособности подшипниковых узлов в экстремальных условиях является применение в них твердых смазочных материалов СТСМ) и антифрикционных покрытий. Наиболее широкое применение при этом находят материалы на основе фторопласта, дисульфида молибдена и графита.

Основной причиной потери работоспособности таких подшнпникоз является изнашивание в результате трения тел качения о кольца подшипника и сепаратор, а также сепаратора о базирующее кольцо. Повышение качества подшипников с ТСМ дос .гается совершенствованием материала, технолог : изготовления и конструкции подшипников. При этом мероприятия, направленные на совершенствование конструкции подшипников с ТСМ, должны опираться на теорию подшипника и подтип-

никовэго узла.

Вследствие высокой стоимости подшипник:* с ТСМ широкого распространения в народном хозяйстве не получили. Серийно выпускаемые шарикоподшипники с антифрикционным заполнителем отличаются относите, но невысокой стоимостью. ШП с АФЗ представляют собой стандартный ШП со змейковым сепаратором, в котором свобо^чое пространство меяду деталями подшипника заполняется антифрикционным материалом на основе графита. Заполнение осуществляется хпдким заполнителем, кото; *й после термической обработки затвердевает. С выпуском ШП с АФЗ сблас.ь применения подшипников с ТСМ значительно расширилась.

ШП с АФЗ хорошо зарекомендовали себя в малоскоростных опорах технологического оборудования, эксплуатирующегося в условиях повышенных и пониженных температур, в запыленных и агрессивных средах. Однако, в ходе проведения опытно-промышленных испытаний установлено, что п.лменение ШП с АФЗ в опорах с частотой вращения более S00 мшГ1 нецелесообразно, поскольку при этом происходит ингёнсивный износ деталей подшипника,.сопровождающийся значительным тепловыделением. Выявлена характерная для ШП с АФЗ причина отказа - разрушение заполнителя.

В известной литературе, как правило, низкое качество ШП с АФЗ объясняется недостаточно высокими трибомеханическими свойствами антифрикционного материала. В наст ящее время работы по совершенствованию состава антк'' тционкого заполнителя ведутся во Всесоюзном ка/чно-исследовательском институте электроугольных изделий. В токе время имеются сведения о том, что повышенный изнот деталей ШП с АФЗ и разрушение заполнителя являются следствием интенсивного взаимодействия шариков с сепаратором, которое вызвано конструктивными особенностями ШП с АФЗ, а именно, малыми зазорами между шариками и сепаратором из-за проникновения заполнителя в гнезда сепаратора. .В этой связи необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований по изучению влияния конструктивных *араметров ШП с АФЗ на его технико-эксплуатационные показатели.

Важнейшим технико-эксплуатационным показателем ШП является момент' сопротивления вращению СМСВ). МСВ имеет консервативную и диссипативнув составляющие. Для тяжелонагрухенных ШП, к которым относятся ШП с АФЗ, МСВ в основном определяется диссипативной составляющей и характеризуется моментом трэния. Анализ основных составляющих момента трения'ШП с АФЗ показызает, что составляющая

момента трения, обусловленная взаимодействием сепаратора с кольцами и телами качения, мо.*:ет играть решающее значение. Следовательно, при разработке теоретической «одели ЕП с АФЗ оссбое внимание долхно быть уделено взаимодействию сепаратора с шариками и кольцами.

На основании анализа работ отечественных и зарубежных автсроз сформулированы основные задачи исследования:

1. Разработать трибсмеханическую модель ИП с АФЗ.

2. Разработать и отладить пакет прикладных программ, реализующих данную модель.

3. Провести вычислительный эксперимент, построить зависимости, интерполирующие результаты вычислительного эксперимента.

4. Провести экспериментальную проверку достоверности трибоме-ханической модели ЕП с АФЗ.

5. Разработать средства измерения внутренней геом-^/рии ЕП с

АФЗ.

6. "Тредлоккть мероприятия, направленные на повышение эффективности применения СП с АФЗ, и разработать рекомендации по выбору их конструктивных параметров.

Вторая глава посвящена разработке трибомеханической модели Ш с АФЗ. Обоснованы и положены в основу модели следующие гипотезы и допущения.

1. Распределение давления на контактных площадках шарика с кольцами подчиняется закону Г. Герца.

2.Трение в шарикоподшипнике с АФЗ подчиняется закону Амонтона-Кулона.

3. Сепаратор рассматривается как абсолютно твердое тело.

¿.Сепаратор созершает чисто вращательное движение в плоскости, перпендикулярной оси вращения подшипника.

5.Взаимодействующее с сепаратором шарики перемещаются с одинаковой орбитальной скоростью, равной углозсй скорости сепаратора.

6.Силы инерции и гироскопические моменты отсутствуют.

7.Сила трения, возникающая з "1нтакте сарика с сепаратором, значительно меньше нормальных сил, действующих на шарик со стороны колец.

р; осмотрим силы и моменты, действующие на старик, контактирующий с сепаратором. Для этого неподвижную ортогональную систему координат Х>'2 Сено. 13 сгялем с наружным кольцом. Подвижную систему координат X У 2. свяжем с ¿-ым шариком. Данная система получена параллельным переносом системы УУ1 на вектор и поворотом

Рис.1. Неподвижная к подвижные системы координат

, ^ о

*

Ыг

Рис.2. Силы и моменты, действующие,на шарик

вокруг оси ОХ на угол <р , где р - углозая координата центра ¿-го шарика. Дополнительную подвижную систему координат ХТУГ2Т получим поворотом системы на угол тп вокруг оси О У1 , где тп~ угол'

контакта 1-го шарика с наружным кольцом. .

В плоскости X О I ка шарик действуют следующее силы :?п и Р - нормальные реакции со стороны наружного и внутреннего колец; (рис.Е). В плоскости X О У со стороны сепаратора на шарик действует нормальная сила Гз, Касательные напряжения при трении в • произвольной точке контакта шарика с наружным или внутренг-м кольцами определяются по формуле:

К

т = у.р —г-. С1Э

где р-ксэдаициент трения скольжения; р - давление в данной точке контакта, V/ - скорость микропроскальзывания шарика относительно наружного или внутреннего колец. Отметим, что данные проекции■скс-ростей.микропроскальзызания зависят от следующих величин: ( тп<ь>-углов контакта шариков с наружным (внутренним) кольцом; /3, /3 - углов наклона собственной оси вращения шарикоз в плоскостях X 0^2. и Х101У1 ; и -угловой скоро ги наружного (внутреннего] кольца; и^ и о) - переносной и относительной угловых скоростей шарика; 3 (Ь)-крпвизны поверхности контакта с наружным (внутренним) кольцом; анСв)' Ьн(в) ~ полуосей эллипсов контакта шарика с кольцами.

Силы трения Гх, Г*, и их моменты Мх, и Мз, действующие на контакте шарика с кольцами, в системе координат ХТУТ2Т определяются путем интегрирования по поверхности контакта Б элемен"Арных сил и моментов.

В результате взаимодействия шарика с сепаратором возникает сила трения которая может быть определена по формуле:

V

где V - скорость скольжения в точке контакта шарика с сепаратором.

С учетом сделанных допущений уравнения ■ равновесия шапика примут следующий вид:

2^=0: рв- Рн = 0;

2 К - 0 : Нхн + Мхв - ^ созС/З-т) - - = 0.

где момент трения, обусловленный энергетическими потерями

вследствие упр; ого гистерезиса . ■

Система С33 является системой нелинейных уравнений относительно переменных: РН(Б). т, Г5, <о , ыщ и (3. Первое уравнение в данной системе не сБязано с последующими тремя. Решение перзого уравнения сводится к решению задачи статики подшипника, в ходе которого определяются упругодеформационные характеристики ШП: вектор смещения колец подшипника по вектору внешней нагрузки, силы РН(Б>,рао^чие углы контакта т и размеры контактных площах с ¿К(Б>.

Ьшвг

Для шариков, не взаимодействующих с сепаратором, число неизвестных в системе (3) соответствует числу уравнений, поскольку Г3= 0, а для шариков, контактирующих с сепаратором, количество неизвестных превышает число уравнений. Дополнительные уравнения получены из рассмотрения условий разновесия сепаратора, которые с учетом принятых допущений принимают следующий вид:

2 р2 =0 : 2 ±?ТР1С02 ^ + 2 51п ± рг = 0;

■ I Гу = 0 : -I ^тр^ р, + 1 ±^соз рх± = 0; . С4) [ 2 \ = 0 ; ¿в/г 2 ±Р21+ 2 соз ^ 1 о,

г1 /г

где Р^(г)= ^ +Ру ) " реакция со стороны наружного (внутреннего} кольца; диаметр по дну желоба наружного С внутреннего) коль-

ца. Знак плюс означает,, что шарик контактирует с передней (по направление вращения) перемычкой гнезда сепаратора, а сепаратор - с нарухсячм кольцом. Знак минус соответствует взаимодействию шарика с задней перемычкой сепаратора, а сепаратора - с внутренним кольцом.

Совокупность уравнений равновесия шариков СЗ) 'и уравнений равновесия сепаратора (4) образуют общую систему уравнений равновесия ШП с АФЗ, в которой число неизвестных соответствует числу уравнений. Для пешения систем нелинейны:-: уравнений СЗ) и (4) раз-8 " "

ргботаны и- реализованы соответствующе численные методы.

Для определения упругодеформационных характеристик ЕЛ с АФЗ разработаны методы решения обратной и прямей задач статики ЕЛ. Расчеты показывают, что силы и моменты в ШП интенсивно возрастают при одновременном взаимодействии с сепаратором двух и более шариков. Взаимодействие ¿-го и _/-го шариков с сепаратором на

временном интервале М = I - ^ произойдет при условии:

- > ■

где Да - углозое расстояние между центрами 1-го и ]-то гнезда сепаратора; Др^ - сближение 1-го и у-го шар>.ков за время ¿1; -круговой'зазор между шариком и сепаратором (рис.3).

Определение шариков, взаимодействующих с сепаратором, осуществлялось на основе проверки условия С5) при допущении о . разноудаленном расположении шариков в начальный момент времени.

На основе изложенных выше принципов разработана компьютерная программа "КМХ-1", позвляющая определять упругодеформационные ;г кинематические характеристики 1Ш с АФЗ, а также момент трения, силы взаимодействия сепаратора с шариками и кольцами и взаимное сближение шариков. Программа "КМХ-1" ориентирована на ПЭВМ.

д

В третьей главе описаны методика и результаты вычислительного эксперимента. В качестве объекта исследования в вычислительном эксперименте выступает реализованная на ЭВМ трибомез.аническая модель ШР с АФЗ. Программа вычислительного эксперимента включала в " себя расчет следующих параметров: максимального сближения шариков X;' момента трения максимальной силы взаимодействие шариков с сепараторе'.; ^силы взаимодействия сепаратора с наругным кольцом Рз,-

Вычислительный эксперимент проводился в восьмимерном факторном пространств.. В качестве факторов были приняты конструктп2::::э, технологические и эксплуатационные параметры шарикоподч-::;:::::са. К конструктивным параметрам отнесены:средний диаметр с^е [25,9;07]мм Сдиаметр окружности, проходящий через центры шариков); ч":сло шариков 2 6 [7; 9] ; развал желобов колец ( е [0,51; 0,5-"«] С отношение радиуса желоба кольца к диаметру шарика). К технологическим параметрам отнесен угол перекоса колец 0 е [2'; 12']. Б качестве эксплуатационных параметров приняты: приведенная п-руека ? 6 [ОД; 0,5], отношение осевой нагрузки к радиальной га/Кг е [0,1; 1], коэффициент тпения скольжения р е [0,07; 0,3]. Под приведенной нагрузкой понималась следующая безразмерная величина:

Р = /Ра^Тг^/С , С6)

о

где С - статическая грузоподъемность.

Дополнительно в вычислительный эксперимент включен фактор к, косвенно опр меняющий числе шариков, взаимодействующим с сепаратором; и имеющий следующее представление:

к = С\-Чз)/Х. 100%. С7).

Для обработки'результатов вычислительного эксперимента применен метод группового учета аргументов СМГУА). В результате получены следующие выражения.

1. Выражение для с ределения максимального сближения шариков:

л = 0,1134 ?Х1(Га/Гг)Х20хзг"°'озг:-7'1 .град, С8)

где х1 = 0,461 - 0,1771пСУа/Гг) - 0,291пСг); • х2 = 0.651 + 0,2911п(б) • + 0,794¿nCz); хЗ = 0,549 -I 0,181 ¿п(2).

2.Выражения для определения момента трения:

^ = М1 + М2, с 9)

где М1-момент трения шП при отсутствии взаимодействия сепаратора с шариками и базирующим кольцом С* < 0%); М2-мо:.юкт трения ШП, обус-10

ловленный взаимодействием сепаратора с элементами ШП Ск > 0%). Момент трения М1 определяется из выражения:

г^СН13 = -0,2409 + 1,018396х + 1,829х + 0,0689х -2,4568х +

1 ' 2 3 ' *

+3,075х + 1,45х - 4,658х - 0,08х х + 0,12х х - 0,0248х х -

= в 7 12 13

-0,9275х х + 0,4711х х - 0,0832х х - 0,82657х х + 1,07х х -

24 2 в 4 3 46 4 Т

-0,057х х + 0,146х х + 0,13х х , СЮ)

3 О 3 7 3 Т

где х,х,х,х,х,х,х - десятичные логарифмы соответству-

1 2 3 4 3 в Т

с идах параметров: Га/Гг; в\ с1 ; z п (. Момент трения М2 определяется по формуле:

М2 =«1/3А1 [огс^С* - В^ + я/2], СИ).

где А = 2,435?°'вСГа/Гг),'130°'8аг2-''тгв(13'1 ''V'02;

1 т ^

В = 0,6922? 'в1* 1

3.Выражение для определения силы взаимодействия сепаратора . с наружным кольцом:

Р5 = к"3Аг [агс^Ск - В,) + л/2], С12)

где А = 0,54462?°'°3ЧГа/Гг)1'',38о'Т7'7г-о',181с1г'333р1'1 ;

г т

В = 0,016323'31.

2

4.Выражение для определения максимальной силы взаимодействия шариков с сепаратором:

= к1/3Аз|отс^С* - Вз) + я/2], С13)

где А = 0,42949?о'о4СГа/Гг)о'83Эо'"вг-°'о1гс11'в''мо'вв;

з т

В = 4,3732°'Т37. 1

Четвертая глава посвящена экспериментальной проверке достоверности трибомеханической модели СП с АФЗ путем сопоставления мо-ментных характеристик ШП с АФЗ с моментом трения, рассчитанным по формулам С 9), СЮ) и СИ). Экспериментальные исследования проводились в два этапа.

Нэ первом этапе эксперимента осуществлялась проверка выражения С Ю-;, позволяющего опре; глять момент трения подшипника при отсутствии взаимодействия сепаратора с шариками и кольцами. С этой целью на режимах, обеспечивающих полное нагружение всех шариков (Га/Гг>0.5), проводились исследования ¡..мента трекия в бессепара-

торных подшипниках. Б случаях, когда полное нагружение шариков 'не гарантировалось, подшипники снабжались корончатым сепаратором из полиамида. 3 качестве входных параметров эксперимента приняты: осевая нагрузка F^e [100; 1000] H; радиальная нагрузка Fre С100; 1100" Н; частота вращения п с [100; 3000] мин"'. Исследования про-зодплись ка приборе'УД-1 Сконструкция ВНИПП).

На Етором этапе осуществлялась проверка выражений С 9) и СИ). 3 ходе проведения эксперимента определялось влияние зазора q^, .в гнездах сепаратора ка момент трения. Для измерения момента трек."" ЕП с А43 разработан и изготовлен испытательный стенд "Мо-уент". Измерения зазоров в гнездах сепаратора проводились на специальном приборе, р.~э"ботанном в К- -басском политехническом институте по а.с. N 135SS43.CCCP и изготовленном ка ГПЗ-14 Сг. Прокопьевск)

В результате обработки данных первого этапа эксперимента методом МГУА получено следующее интерполяционное выражение для момента трения "бессепараторного" ШП 205:

М1 = -2,467 + 37,333F* + 29,739Fr - 179,539FaFr + 233,979Fa2--45,5SSFr2 - 537Fa2Fr + 436,464FaFrE + 283,403Fa2Fr2- 34,lFa3 + ' +23,25Fr3 +.162,69Fa3Fra - 7,S51FazFr3 - 126,263Fa3Frz+ +Sl,69Fa3Fr - 239,14FaFr3, Кхмм, СШ.

где Fa - осевая нагрузка, кН;,Fr - радиальная нагрузка, кН.

Экспериментальная зависимость момента трения от осевой и радиальной нагрузок приведена на рис. 4, а. Для сопоставления результатов эксперимента и теоретического расчета на рис. 4, б приведен гоафик зависимости момента трения М1 от сил F к F , полученный из

* а г

выражения (10) при угле перекоса колец в = 12' и коэффициенте трения скольхения ц = 0,121. Анализ представленых резуль.атов . эксперимента ¡1 расчета показывает, что характер изменения момс та трения в обоих случаях хорошо согласуется. Максимальная относительная погрешность не превышает 10%.

Анализ результатов эксперимента по второму этапу Срис.5) позволяет сделать следующие выводы.

1.Характер изменения момента трения, рассчитанного по формулам (9) и СИ), при увеличении зазора qsl согласуется с результатами эксперимента. С возрастанием зазора qst происходит резкое сникение'момента трения и его стабилизация.

2. Максимальный расчетный момент трения превышает экспериментальный момент трения ШП с АФЗ в 1,1 - 1,3 раза.

Рис.4. Зависимость момента трения от осевой и радиальной нагрузок: а - эксперимент; д - расчет.

Мтр, Нхмм

200

100 ч

2=9 с!п = 33,9 мм ("*= 0,54 Р - 150 Н Г* = 250 Н и~ ~ 0.12

^ в ч Л • я о

\ •• о

о б = 12

\

V п в г,в п » л

1 и

0 0,3 0,6 о ,,мм

Рис.5. Зависимость момента трг-ния от зазора ч : о - экспериментальные значения; „ - расчетные значения.

3. Экспериментальные значения зазора q , при котором происходит стабилизация момента трения, превышают расчетные значения в 1,5-2 раза.

С целью корректировки выражений С8), (9) и (11) проведены дополнительные экспериментальные исследования, б ходе которых определены поправочные коэффициенты Кие'. С учетом поправочных коэффициентов выражения С13) и С14) принимают вид:

Xе = X + е'; С15)

W = Ml + КК2. (16)

После проведения 'корректировки достигается более высокая точность расчета сближения шариков X и момента трения ШП с АФЭ.

В пятой главе предложены мероприятия по повышению эффективности применения ШП с АФЗ, приведено описание нозых конструкций ШП с АФЗ и дана технико-экономическая оценка результатов работы.

Для повышения эффективности применения ШП с АФЗ путем снижения' момента трения и сил взаимодействия сепаратора с элементами ШП предлагаются следующие рекомендации.

1. Подшипник« с АФЗ целесообразно применять в условиях действия больших радиальных нагрузок.

2.Для ШП с АФЗ необходимо нормировать угол перекоса колец, исход., из условия отсутствия взаимодействия шариков с сепаратором.

3. Ш с АФЗ нуждаются в предварительной приработке с последующим удалением продуктов зноса антифрикционного заполнителя из гнезд сепаратора, например, продувкой сжатым воздухом.

4 Повышение качества подшипников с АФЗ может быть достигну, к увеличением развала келобов колец, что обеспечивает не только сни-- кие момента трения, но и понижает чувствительность подшипников к перекосу колец; увеличением исходного зазора q между шариками и змейковым сепаратором и созданием условий, обеспечивающих заданный зазор в гнездах сепаратора в процессе изготовления подшипника с АФЗ; созданием в гнездах змейкового сепаратора антифрикционной пленки с цель, снижения ютерь на трение при взаимодействии шариков с сепаратором; повышением податливости антифрикционного сепаратора.

Технические решения по разработанным мероприятиям, реализованы v конструкциях подшипников по а. с N1481522, СССР и а. с. N1530849, СССР а также в конструкциях подшипников по заявкам на изобретение ¡«835370/27 Сполож. решение от 17.01.91) и N4935831/27 (лолож. решение от 20.02 92)

В ходе проведения сравнительных и опытно-промышленных испыта-

ний установлено, что подшипники по по а. с N 1481522, СССР и а.с. N 1530849, СССР, обладают рядом преимуществ по сравнению с подшипникам типа АСЗ, а именно: имеют пониженный на 10-20% момент трения; обладают повышенной надежностью, т.к. в них устраняются причины, приводящие к разрушению заполнителя, и тем самым достигается повышение ресурса; обладают более высокой быстроходностью, что расширяет их область применения.

Внедрение данных подшипников на предприятиях Кузбасса и Восточного Казахстана позволило повысить долговечность технологического оборудования.до двух раз. По результатам работы на Кемеровском механическом заводе получен экономический эффект 50000 С1986 г.) руб. и 20000 руб. С1987 г.).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.Обобщен опыт применения ШП с АФЗ. Показано, что основными проблеме .и на пути широкого использования ШП с АФЗ являются недостаточно высокое их качество Снизкие долговечность и быстроходность, высокий момент трения).

2. Обоснована и разработана трибомеханическая модель ЕП с АФЗ, учитывающая комбинированное нагружение Ш и взаимодействие сепаратора с шариками и кольцам. Модель р глизована в виде компьютерной программы "КМК-1".

3. Проведен вычислительный эксперимент, получены интерполяционные зависимости, связывающие технико-эксплуатационные характеристики ШП с АФЗ с конструктивно-технологическими характеристиками.

4. Проведены экспериментальные исследования мсментных характеристик подшипников с АФЗ, получены зависимости момента трения от конструктивных, эксплуатационных и технологических параметров ШП. Показано, что результаты математического моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данитаи.

5. Разработаны методы и средства контроля технико-эксплуатационных характеристик ШП с АФЗ. В т^ч числе разработано, защищено а.с. N1359643, СССР и внедрено устройство для измерения зазоров в гнездах сепаратора шарикоподшипника.

6 Предложены мероприятия по повышению эффективности применения ШП с АФЗ.

7.Разработаны, изготовлены, испытаны и внедрены новые конструкции ШП с АФЗ. Показано,что по сравнению с ШП типа АСЗ ШП предложенных конструкций имеют уменьшенный момент т;. ,ния, повышенный

1Ь

ресурс и обладают более высокой быстроходностью. Разработаннь конструкции подшипников защищены а.с. N1481522, СССР и а.с N1-^30849, СССР, а также получены положительные решения по эаявк; на изобретение N 4855370 и H 4935831.

8. Результаты работы внедрены на Новокемерсвской ТЭЦ, Лен] когорском полиметаллическом комбинате (Восточный Казахстан), ГГО' (г. Прокопьевск) и Кемеровском механическом заводе. Экономкчес; э;, жект от внедрения результатов работы составил 70 тыс. руб..

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях

1. Плисов F '0. ,Герасименк C.B. .Морозов А. Г. Приме, ¿ние оп с антифрикционными подшипниками качения в неблагоприятных услови работы// Передовой производственный опыт. - 19S9.- N 7. - С. 37- 3

2. Расширение области применения антифрикционных подшипник качения/ С.В.Герасименко,А.Г.Морозов,Е.С.Аршуляк и др.// Передо! производственный опыт.-1921. -N1. - С. 15-16.

3. Подшипники качения с антифрикционным заполнителем/ B.5J пин, С.В.Герасименко, А. Г. Морозов и др.// Кокс и Химия.- 19Î - N10. - С. 32 - 33,

4. ,!орозоз А. Г. , Герасименко C.B. 0 работоспособности шари) подшипникоз с антифрикционным заполнителем// Известия ' вуз! Машиностроение - 1991. - N 9 - 10. - С.75 - 78.

'5. Морозов А.Г. Трибомеханическая модель шарикоподшипника антифрикционным заполнителем// Вестник МГТУ. Сер. Машиностроени 19S2. - N .1. - С. 92-101.

5. A.c. 1359643, СССР, МКИ GQ1 Б5/14. Прибор для измере зазоров между шариками и сепаратором/ В. П. Дубровский, А. Г. Мороз С.В.Герасименко: Кузбасс, политехи, ин-т.- H 4085L*6/25-28; Зая 07.05.86; Опубл. 15.12.87. Бюл. N 46.

7. A.c. 1481522, СССР, МКИ F16 Cl9/00. Подшипник каче /В. П. Дубровский, Е. ¡0. Плисов,А. Г. Морозов,С. В. Герасименко, И. С. Вар кин,В. А. Лемешенко; Кузбасс, политехи, ин-т. - M 4246097/31 -2'* Заявл. 08.04.87; Опубл. 23.05.89. Бюл. N19.

8. A.c. 1530849, СССР, МКИ F16 С19/00. Способ изготовлена подшипника качения ' с антифрикционным заполнителем/ В. П. Дуб] схий.Е. Ю. Плисов,С.В.Герасименко,А.Г.Морозов; Кузбасс, политехи ин-'. -М 4186292/31-27; Заявл. 05.12.85; Опубл. 23.12.83. Бюл.И