автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Основы усовершенствования работы упорных подшипников с использованием новых моделей течения смазки с расплавом

На правах рукописи

§ЬМИЧЕВА ЕЛЕНА БОРИСОВНА

у

ОСНОВЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РАБОТЫ УПОРНЫХ ПОДШИПНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕЧЕНИЯ СМАЗКИ С РАСПЛАВОМ

05.02.04 - ТРЕНИЕ И ИЗНОС В МАШИНАХ

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

2000 •

Работа выполнена в Ростовском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель - Доктор технических наук, профессор

Ахвердиев К.С.

Научный консультант - Доктор технических наук, профессор

Чуларис A.A.

Официальные оппоненты - Доктор технических наук, профессор

Кужаров A.C.

Кандидат физико-математических наук, Доцент Никитин С.А.

Ведущее предприятие - ОАО "Донпрессмаш"

Защита диссертации состоится «14» декабря 2000г. в 15 часов не заседании диссертационного Совета К 114.08.03 в Ростовском государственном университете путей сообщения (РГУПС) по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Народного ополчения 2, РГУПС, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУПС

Автореферат разослан « 3 » / / 2000г. Отзывы на автореферат б двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанном} адресу.

Ученый секретарь диссертационного совета К 114.08.03

д. т. н., профессор

Майба И.А.

ммпст^о

¥ £ 3 % - £ I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Работоспособность машин, их долговечность, экономичность и надежность, качество их работы в значительной степени зависят от конструкции подшипниковых узлов. В новых машинах и механизмах, как правило, проектируется рост скоростей, увеличение статических и ударных нагрузок, действующих на опоры. Значительную роль здесь играет трение. Уменьшения трения можно достигнуть двумя путями: 1) заменой сухого и полужидкого трения жидкостным трением, 2) заменой трения скольжения трением качения.

Более надежной и современной является конструкция подшипника, работающего в устойчивом жидкостном режиме работы. Такой режим работы подшипника (особенно в условиях смазочного голодания в момент остановки и пуска) можно обеспечить применением новых моделей течения смазки с расплавом.

Известно, что при скольжении одного тела по поверхности другого с большой скоростью на поверхности контакта возникает макроскопическая неустойчивость давления и температуры. Это, в свою очередь, приводит к гому, что возникает контактное давление, а в прилегающих к ним зонах наблюдается низкое давление и разделение поверхностей. В зонах повышенного давления происходит сильный фрикционный нагрев, что приводит к расплавлению прилегающих поверхностей. Выполненные работы дают лишь первое представление о процессе смазки расплавом и не могут быть использованы для анализа работы упорных подшипников, работающих на смазке с расплавом.

Анализ существующих работ показывает, что проблема, связанная с разработкой основ усовершенствования работы упорных подшипников применением новых моделей течения смазки с расплавом, остается нерешенной. Решению этой актуальной проблемы посвящена данная диссертационная работа.

Цель работы. Разработать основы усовершенствования работы упорных подшипников применением новых моделей течения смазки с расплавом и мягких покрытий в качестве подслоя для снижения контактных напряжений. А также разработать новые конструкции подшипников скольжения работающих в устойчивом жидкостном режиме.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты аналитических исследований по разработке математических моделей гидродинамической смазки, образующейся при плавлении или ползуна, или направляющей, или одновременном плавлении ползуна и направляющей при экспоненциальной зависимости вязкости от давления и температуры, и наличии принудительного слоя смазки, разделяющей поверхности ползуна и направляющей.

2. Метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на двухслойной смазке. Результаты оптимизации по несущей способности и трению отношения вязкостей смазочных слоев и их относительных толщин.

3. Метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на смазке с расплавом направляющей и на слое принудительной смазки при наличии мягкого защитного металлического слоя на рабочей поверхности ползуна. Результаты оптимизации значения упругогидродинамического параметра, обеспечивающего низкий коэффициент трения.

4. Метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на микрополярной смазке с расплавом либо ползуна, либо направляющей, либо одновременно ползуна и направляющей при наличии принудительного слоя микрополярной смазки, разделяющей поверхности ползуна и направляющей. Оценка влияния микрополярных свойств смазки на основные характеристики подшипника. Выбор оптимальных значений микрополярных характеристик смазки.

5. Технологические принципы усовершенствования конструкций упорных подшипников, работающих в устойчивом жидкостном режиме, повышенная несущая способность в которых сочетается с наименьшим трением.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна, в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления. Установлено, что в системе, состоящей из ползуна, который плавится и опускается относительно расплавляющейся направляющей, минимальная толщина пленки почти в два раза больше, чем в случаях, когда один из них имеет высокую температуру плавления. Толщина пленки изменяется от переднего края к заднему по нелинейному закону. При этом протяженность пика давления увеличивается, что приводит к значительному повышению несущей способности данной системы. В случае учета зависимости вязкости от температуры толщина пленки на порядок меньше, чем при постоянной вязкости. В рассматриваемом случае протяженность максимального гидродинамического давления сужается, что приводит к уменьшению несущей способности данной системы.

2. Дан метод гидродинамического расчета упорного подшипника с ползуном и направляющей, обладающих низкой температурой плавления. Рассмотрены случаи, когда жидкая среда является ньютоновской и микрополярной. Найдем условия, при которых повышенная несущая способность подшипника сочетается с наименьшим трением.

3. Разработан метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на двухслойной смазке (на смазке с расплавом и принудительной смазке). Установлены оптимальные значения отношения вязкостей слоев и протяженность этих слоев, обеспечивающие повышенную несущую способность подшипника при минимальном трении.

4. Разработан метод гидродинамического расчета упорного подшипника, содержащего на рабочей поверхности ползуна мягкий защитный металлический слой, с направляющей, обладающей низкой температурой плавления. Установлено оптимальное значение упругогидродинамического параметра

*

Здесь <3 - модуль сдвига, х = 3-4у, у- коэффициент Пуассона, и -скорость скольжения, рИ- гидродинамическое давление, обусловленное плавлением направляющей, 3- толщина металлического покрытия, ц -динамический коэффициент вязкости.

11. Дана экспериментальная оценка основным теоретическим результатам по моменту сил трения, несущей способности, толщине смазочной пленки, распределению давления и температуры. Разработаны новые конструкции упорных подшипников, работающих на смазке с расплавом, и практические рекомендации для промышленного внедрения.

Практическая ценность. С использованием новой модели течения смазки с расплавом и мягких покрытий в качестве подслоя для снижения контактных напряжений разработаны новые конструкции подшипников скольжения, работающих в устойчивом жидкостном режиме.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в Кавказском локомотивном депо СКЖД в модернизированных конструкциях моторно-осевых подшипников электровозов, а также в подшипниках скольжения заточного устройства в ОАО завода «Квант».

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены: на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта»(г.Ростов-на-Дону,1999г), «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и подготовка специалистов»( г.Ростов-на-Дону, 1998г), а также на научных семинарах кафедр «Путевые строительные машины», «Высшая математика» РГУПСа г. Ростов - на -Дону.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, и поданы : заявки на A.C. № 2000122821 (приоритет от 1.09.2000г.), № 200012282; (приоритет от 1.09.2000г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пял глав, общих выводов, списка литературы, двух приложений. Диссертаци изложена на 132 страницах основного текста, содержит 10 рисунко! 2 таблицы, список литературы на 13 страницах, приложения на сем: страницах.

Содержание работы.

Во введении содержится обоснование актуальности работы, основны научные положения, составляющие предмет работы.

В первой главе приводится современное состояние вопроса и ставятс задачи исследования.

Во второй главе приводится математическая модел гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлени ползуна и направляющей в случае экспоненциальной зависимости вязкост] от давления и температуры.

Вначале приводится математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна, затем пр: плавлении направляющей, а в заключение при одновременном плавлент ползуна и направляющей в случае экспоненциальной зависимости вязкост; от температуры. Дана оценка влияния смазки, полученной расплавом н толщину смазочной пленки, на трение и несущую способност рассматриваемой системы. Установлено, что учет зависимости вязкости о температуры дает количественную и качественную поправку при анализ основных характеристиках рассматриваемых систем. Для того, чтобы в эти: системах процесс смазки являлся самоподдерживающимся, необходим ciioi принудительной смазки, разделяющей поверхности ползуна i направляющей.

В третьей главе приводится гидродинамический расчет упорноп подшипника с ползуном и направляющей, обладающими низко! температурой плавления, когда поверхности ползуна и направляюще] разделены слоем принудительной смазки.

Вначале рассматривается случай, когда ползун обладает низко! температурой плавления, а поверхности направляющей и ползуна разделень пленкой жидкой смазки. Затем рассматривается случай, когда направляюща; обладает низкой температурой плавления, а поверхности ползуна i направляющей также разделены слоем принудительной смазки. I последующем рассматривается общий случай, когда ползун и направляюща:

обладают низкой температурой плавления, а их поверхности также разделены слоем жидкой смазки (рис.1).

За исходное берется уравнение Рейнольдса 1г3 ф Ш п

И = И>+»о+И> О)

где объемный расход равен

е=&+а+(&1-А,)^+а+х-А/. (2)

Здесь <2,+02 + £)„ - расход у переднего края ползуна, и- скорость скольжения, И,- толщина пленки у переднего края ползуна, обусловленная плавлением направляющей, Л2- плавлением ползуна, - наличие слоя смазки между направляющей и ползуном до начала их расплавления,^- вязкость, Р- гидродинамическое давление, А0- минимальная толщина пленки, обусловленная плавлением ползуна.

Скорость диссипации энергии в расчете на единичную площадь пленки равна

Е = — с1х

с1р(т ци1

2-в1 + ^Г-, И = И, + Ь2 + Ип (3)

где

Е = Е,+Е2, , Е2=Ж (4)

I- удельная теплота плавления на единицу объема. Используя уравнения(1)-(4), получим

ск (и1+и2 + к0у{ 2 " ^ )

• а=&+а (5)

А, + И2 + }10'

Из уравнения (5) определяем функции йДх) и И2(х). Предположим, что И,(х) соответствует решению, когда ползун не расплавляется,-0. Тогда для И,(х) получим следующее уравнение, учитывающее плавление как ползуна, так и направляющей. Введя безразмерные переменные по формулам

у = — и =М Я

цЫ' 1 ци' 2 ци '

ц\]г ' Ь' ци

ар з(н+2г)

ан т2 +6УН+6Г2'

Уравнение (7) решается при следующих граничных условиях: у переднего края ползуна

(6) (7)

■ц1

у заднего края ползуна

я-я+я я=М я р =

н = н,+н2, я,

ми '

В результате для безразмерного гидродинамического давления получим

/ ________л

Р = --1п 4

Н2 +ЗУН +ЗУ2

(я, +Я2У + зу(Н, + Н2)+ ЗУ2

+543У

, 2Н + ЗУ) (2(Й,+Н2)+ЗУ)

(8)

А для определения Н = Н, + Н2 приходим к следующему уравнению

—1п

20 (Й] +Н2) + ЗУ(Н, + Н2)+ЗУ2

= агс^

+ЗУ

4зу

- агс1%

2{Н,+Н2)+ЗУ

■1зу

(9)

Безразмерную нагрузку УУ можно записать в виде

2

№ = Г р—ан пк Ж •

Безразмерная сила трения определяется формулой

Р = Н,+Н2-Н,-Й2. (11)

Результаты численного анализа для безразмерной минимальной толщины пленки #*, безразмерной нагрузки^*, безразмерной силы трения ^ * приведены на рис. 2-4.

Здесь

F „

= = 5 = -. (12)

где х2- длина ползуна.

Как видно из этих зависимостей, минимальная безразмерная толщина пленки в случае плавления ползуна и направляющей при наличии между их поверхностями слоя смазки до начала плавления значительно больше, чем в случае отсутствия смазки. Наличие смазки до начала плавления направляющей и ползуна приводит к незначительному увеличению трения и не оказывает существенного влияния на несущую способность подшипника.

В третьей главе также приводится гидродинамический расчет упорного подшипника с ползуном и направляющей, обладающими низкой температурой плавления, когда поверхности ползуна и направляющей разделены слоем принудительной микрополярной смазки. Решение этой задачи также приводится для всех случаев, рассмотренных для ньютоновской смазки. Используя уравнения движения, выводится аналог уравнения Рейнольдса для микрополярной смазки.

1(<я>Л(и3 ,2, 1.2.„ тЛ ии* „

— — — + / А—й2Л7й&— =--£> (13)

ДАД72 2 5 21) 2 * '

Скорость диссипации энергии в расчете на единичную площадь пленки равна

,, 1 (Н3 „ЛТЛ ци*2

где N = —1 =

\2ц + %) {4м)

X и у - микрополярные характеристики смазки, N - параметр взаимодействия, /- характерная длина. Результаты численного анализа, приведенные на рис. 5 -7, показывают:

1. В системе с плавлением ползуна и направляющей при любом значении параметра взаимодействия безразмерная толщина пленки на

Рис. 1, Система с плавлением ползупа и направляющей при наличии принудительного слоя смазки

10 10 10

— •——1 _____ — — -

-— \ —

6

/Р 1о~> ТР Ю-' * Ю'

Рис^.Влияние нагрузки и скорости на минимальную толщину В системе с плавлением ползуна и направляющей '

10' 19 10'

у

— "Л

10

{уГ'Ю'1

/О'" 10'

Иг® ГГГ

Рис.З.Влияние нагрузки и скорости на трение в системе с плавлением ползуна и направляющей

/ / _А^л Ч* --ш'' V4 \/—;-* \\ М?

/

-11-II Ь а " ■т ТГ- ЦП/•*//)'

II/ \ \\

Рис.4, Профили давления и толщины пле; в системе с плавлением ползуна и направляющей при наличии основного с,

ИЯТКИ

н ¡,0 0,8 0,6 ОА 0,2 0

-¡¡уТд !(рт~$ Ю

Рис. 5. Зависимость безразмерной скоросп ^ безразмерной минимальной толщины

\\X\i

/о

VI/'

70'

Рис.6, Зависимость безразмерной натру: от безразмерной толщины пленки. 1,4 -в системе с плавлением ползуна 2,3- в системе с плавлением направляю! 5,6 - в системе с плавлением ползуна 1 направляющей

порядок больше, чем в системе с плавлением либо ползуна, либо направляющей.

2. В системе с плавлением ползуна и направляющей при всех значениях параметра N и параметра Г, характеризирующего отношение начальной толщины пленки в характерной длине, несущая способность на порядок больше, чем в системе с плавлением или ползуна или направляющей.

3. Рассчитываемая в рамках МП несущая способность подшипника всегда больше, чем соответствующая ньютоновской жидкости. Разница между ними увеличивается с уменьшением начальной толщины слоя смазки. Особенно интересный результат дает численный анализ зависимости коэффициента трения от I.

В заключение третьей главы рассмотрен случай, когда принудительный слой смазки и смазка, обусловленная расплавом ползуна или направляющей, имеют разные реологические свойства и не смешиваются (рис. 8).

За исходные берутся уравнения движения для «тонкого слоя»

/V

<54

ду'

Ф,

сЬс

ди„, ди

у1

дх ду

= 0

0' = Л2)

(15)

Система (15) решается при следующих граничных условиях:

»XI = ",

V

У

= О

V

х!

V

х2,

Vу1 = иу2

при У = 0.

Рг=Р:

Иг

ди

х!

дх

до

х 2

ду

у = аИ( х).

"х2 =0, Оу2

= о при у = к(х). при Х = 0, X = х2.

К ¡Ру]

при

вектор скорости, р,

(16)

гадродинамическое давление

Р~ Ра

Здесь Ц

в слоях 1 и 2 ; д - коэффициент вязкости 0<,а<.1; а = 0 - отсутствует принудительная смазка, а = 1 - однослойная смазка, обусловленная расплавом ползуна; у = а ■ -к(х) - уравнение границы раздела слоев, у = И(х) -уравнение контура плавления ползуна (И(х) - подлежит определению). Точное автомодельное решение задачи (15) -(16) найдено в виде:

Ф/

сЬс

-Т + -

к2 Ь

3 '

Фг

к2

И3'

»!=»(%),

и, = и(£)Ь'(х), - ВДЛ1Г*; , 4 = \

(17)

Подставляя в уравнение движения (15) и в граничные условия (16), приходим к обыкновенной системе дифференциальных уравнений, которая легко решается.

Для определения функции /¡(х,) воспользуемся выражением для скорости диссипации энергии в расчете на единичную площадь пленки:

Г(4) , о'(4)

(18)

где Е = М-Ь, Ь - удельная теплота плавления на единицу объема, М -скорость плавления.

Таким образом, для определения Ъ(х) приходим к следующему уравнению:

1

МЬ = ц2\

(19)

Н2 И

И \ /

Для гидродинамического давления в слоях 1 и 2 получим следующее

выражение:

~(С. сЬс ~ес, , гс, ах ес2 ,

Р, = \-1Г+\ТТсЬс + РА, Р2 = \-Ь-+\тзек+Рл (20)

о " о" о " оп

Здесь с, = находится из граничных условий. Определив поле

скоростей и давлений, несущую способность и силу трения найдем из условий:

<Ь.

С, ¿X ее,

+ч>

0 0 V

(21)

о ч » "У

Численный анализ (рис. 9, 10) полученных выражений показывает, что несущая способность и сила трения существенно зависят от отношения

IV

т

т т 200 юо

16 I 20

Рис. 7, Зависимость безразмерной нагрузки Ж' от £ при различных значениях ЛГ2

1,4 - в системе с плавлением ползуна

(1- Ы2 = 0,4, 4 -Т>12 = 1); 2,3 - в системе с плавлением направляющей

(2 -М2 = 0,4, 3 -Ы2 = 1); 5,6 - в системе с плавлением ползуна и направляющей

(5 - N 2 = 0,4, 6-Ы2-1)

£

Ро 1А 1.2 1.0

0.8 0,6 ои 0,2 0

с1 = 0.95

'а. • 0.89

0,84

|

м,

Мг

Рис. 9. Зависимость безразмерной несущей способности от ¿1. при различных

значениях параметра а

¿//У;///;/;//,

Рис.8. Система, состоящая из ползуна с низкой температурой плавления и направляющей го материала с высокой

температурой плавления, поверхности которых разделены слоем принудительной смазки.

1 - ползун;

2 - слой расплава ползуна;

3 - слой принудительтной смазки;

4 - контур границы раздела.

0.2 0,4 0,6 0,8 ^Г

Рис.10. Зависимость коэффициента трения от А. при различных значениях параметра а,

А*- толщина пленки в переднем крае ползуна

вязкостей — и от параметра а, определяющего относительную

толщину каждого слоя. Оптимальный режим работы рассматриваемого подшипника достигается

-<■-, а = 0,90 + 0,95

В четвертой главе решается задача гидродинамического расчета упорного подшипника, содержащего на рабочей поверхности ползуна мягкий металлический слой, и с направляющей, обладающей низкой температурой плавления. Рассмотрен случай, когда смазка, полученная расплавом, является ньютоновской и микрополярной. Упругогидродинамическая задача решается на основе уравнения Ламэ для «тонкого слоя». В результате дана оценка влияния упругогидродинамического параметра на основные рабочие характеристики подшипника.

у =Х~\Рп* № т ^ + 1 в 8

где б - модуль сдвига, х = у- коэффициент Пуассона, 5 -

толщина упругого слоя, и - скорость скольжения, ц - динамический коэффициент вязкости.

В пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований. В задачу эксперимента входили:

1. Установить степень проявления гидродинамического эффекта в упорном подшипнике в случаях, если:

направляющая на рабочей поверхности содержит сверхпластичный сплав, обладающий низкой температурой плавления, а ползун выполнен из материала с высокой температурой плавления;

ползун на рабочей поверхности содержит сверхпластичный сплав, обладающий низкой температурой плавления, а направляющая выполнена из материала с высокой температурой плавления;

ползун и направляющая на рабочей поверхности содержат сверхпластичный сплав с низкой температурой плавления;

упорный подшипник работает на трехслойной смазке, заключающейся в одновременном формировании прочного граничного слоя смазки использованием мягких покрытий для снижения контактных напряжений на поверхности ползуна, а также в формировании дополнительной жидкостной пленки к основному слою смазки с расплавом направляющей.

2. Установить степень проявления гидродинамического эффекта в радиальном подшипнике, если:

вал на рабочей поверхности содержит сверхпластичный сплав, обладающий низкой температурой плавления, а вкладыш выполнен из материала с высокой температурой плавления;

вкладыш на рабочей поверхности содержит сверхпластичный сплав, обладающий низкой температурой плавления, а вал выполнен из материала с высокой температурой плавления;

вал и вкладыш на рабочей поверхности содержат сверхпластичный сплав с низкой температурой плавления;

радиальный подшипник работает на трехслойной смазке, заключающейся в одновременном формировании прочного граничного слоя смазки, использовании мягких покрытий для снижения контактных напряжений на поверхности вкладыша, а также в формировании дополнительной жидкостной пленки к основному слою смазки с расплавом сверхпластичного слоя на поверхности шипа.

Для испытания образцов на трение, имитирующих смазку плоских поверхностей, использовалась машина трения, разработанная на кафедре «Эксплуатации и ремонта машин» РГУПСа.

Принцип работы разработанной конструкции машины трения заключался в следующем: неподвижный образец закреплялся на станке, а подвижный приводился в движение от электродвигателя через редуктор и кривошипно-шатунный механизм. Вся конструкция закреплена на жесткой плите. Узел трения помещается в специальную емкость с маслом. При движении подвижной части масло попадает в зону трения. Исследование проводилось без смазки и со смазкой при различных уровнях масла в емкости. В одну минуту совершается 120 двойных ходов. Сила трения определялась с помощью тензобалки, температуру измеряли переносной медно-константановой термопарой при помощи потенциометра 1111-63.

Для получения смазки с расплавом сначала на рабочую поверхность ползуна, затем на рабочую поверхность направляющей в последующем одновременно на рабочую поверхность ползуна и направляющей были нанесены покрытия из сверхпластичных сплавов на основе висмута и свинца (таблица 1). В ходе эксперимента рассматривался также случай, когда на рабочую поверхность ползуна был нанесен мягкий металлический слой, а на рабочую поверхность направляющей был нанесен сверхпластичный сплав с низкой температурой плавления.

Таблица 1

Состав и температуры плавления исследованных сплавов.

Состав, вес. части грэКС. 0 грлит. 0

№п/п В1 Сё РЬ вп

1 4 1 1 2 64 65

2 9 - 1 1 95 94

3 11 - 9 - 125 123

Отличительной особенностью таких сплавов являются их низкие температуры плавления, соизмеримые с температурами, реализуемыми на поверхности трения, что позволило предполагать при тяжелых режимах нагружения возможность плавления плакирующей пленки и осуществление ею роли жидкой металлической смазки.

Плакирование трущихся поверхностей исследуемых подшипников скольжения со сверхпластичными сплавами, обладающими низкой температурой плавления, производилось на кафедре «Механизация и автоматизация процессов сварки» в лаборатории «Новые методы сварки» ДГТУ.

Металлосмазка относится к классу сплавов с низкой температурой плавления, обусловленной выбором состава.

В качестве основы металлосмазки использован висмутсвинцовый сплав с температурой плавления Тпл.=125,5°С, представляющий собой эвтектику с 55% В! и 45% РЬ. Благодаря эвтектическому строению сплава он плавится как чистый металл, не имея интервала кристаллизации, и, в связи с этим, расплав не расслаивается. Это особенно важно, так как плотности металлов, составляющих сплав, различаются почти на 2 г/см3.

Результаты экспериментальных исследований упорных подшипников, работающих на принудительной смазке и смазке, полученной расплавом либо ползуна, либо направляющей, либо одновременно и ползуна и направляющей, а также подшипников, содержащих на рабочей поверхности ползуна мягкий металлический слой и работающих на принудительной смазке и смазке с расплавом направляющей, показывают:

1. При наличии мягкого металлического слоя на поверхности ползуна и сверхпластичного сплава на поверхности направляющей, обладающей низкой температурой плавления, коэффициент трения устанавливается на низком уровне после некоторого начального периода формирования контактной поверхности.

2. Наличие на рабочей поверхности либо ползуна, либо направляющей, либо на поверхности и ползуна и направляющей сверхпластичных сплавов, обладающих низкой температурой плавления, обуславливает аномально низкий коэффициент трения и значительно повышает минимальную толщину смазочной пленки.

С целью установления степени проявления гидродинамического эффекта от деформации сравнительно тонкого мягкого металлического покрытия рабочего слоя вкладыша и от смазки, полученной на поверхности шипа расплавом, проведены стендовые испытания с определением зазора и давления в их рабочей зоне при изменении скорости скольжения и нагрузки радиальных подшипников.

Испытания велись на специальном стенде, разработанном в лаборатории кафедры «Теоретические основы электротехники» РГУПС.

В соответствии с методикой исследований, был разработан и изготовлен опытный подшипниковый узел. Этот узел состоял из корпуса, в котором свободно помещалась обойма. Во внутреннюю полость обоймы монтировался вкладыш, содержащий на рабочей поверхности мягкий металлический слой. На поверхность шипа был нанесен сверхпластичный сплав с низкой температурой плавления. Толщина смазочного слоя и давление в нем измерялись соответственно с помощью емкостного датчика и мездозы с проволочным датчиком, встроенных в вал в диаметрально противоположных направлениях и электрически изолированных от него. Сигналы от датчика через кольцевой токосвечник, прикрепленный к торцу вала, поступали на усилительную аппаратуру, а от нее на осциллограф. В качестве усилителя при измерении толщины масляной пленки применялся прибор ПМТП-3-55 с погрешностью ренктрации параметра от долей микрона до 100 мкм ± 3-5%. Тарировка измерительной системы и запись ее показаний в процессе испытаний подшипников проводились по ранее проверенной методике. В процессе эксперимента были также испытаны подшипники вначале с вкладышем, содержащим на рабочей поверхности сверхпластичный сплав, затем с шипом, содержащим сверхпластичный сплав, в последующем с шипом и вкладышем, содержащим сверхпластичный сплав с низкой температурой плавления.

Вкладыши были диаметром 10 мм, длиной 80 мм, с относительным зазором 0,003 при скоростях 2.4-4 м/с, удельных нагрузках 0,63-3,0 МПа. При таких режимных параметрах гарантировалось обеспечение устойчивого жидкостного трения.

Запись осциллографом производилась отдельными сериями, в каждой из которых фиксировались измеряемые параметры при постоянной радиальной нагрузке на подшипник и ступенчатом увеличении окружной скорости скольжения. Это позволило после расшифровки осциллограмм и статической обработки результатов замеров представить графически зависимости толщины масляной пленки и давления в рабочей зоне подшипников от скорости скольжения и нагрузки.

Результаты экспериментальных исследований радиальных подшипников показывают:

1. При скоростях скольжения до 4 м/с изменение минимального зазора у исследуемых подшипников имеет сходный характер, однако его величина у подшипников, содержащих на рабочей поверхности сверхпластичные сплавы, обладающие низкой температурой плавления, в среднем в 2,5 раза выше.

2. При наличии мягкого покрытия на рабочей поверхности вкладыша протяженность рабочей зоны гидродинамического давления значительно увеличивается, что приводит к увеличению несущей способности подшипника.

3. При наличии на рабочей поверхности вкладыша или шипа сверхпластичных сплавов с низкой температурой плавления минимальная толщина смазочной пленки увеличивается, а при этом большая несущая способность радиального подшипника, как и в случае упорного подшипника, сочетается с наименьшим трением;

4. При нанесении сверхпластичного сплава на поверхность шипа коэффициент трения незначительно уменьшается по сравнению со случаем нанесения сверхпластичного сплава на поверхность вкладыша,

5. При скоростях скольжения до 4 м/с изменение минимального зазора у исследуемых подшипников имеет сходный характер, однако его величина у подшипников, содержащих на рабочей поверхности сверхпластичные сплавы, обладающие низкой температурой плавления, в среднем в 2,5 раза выше,

6. При наличии мягкого покрытия на рабочей поверхности вкладыша протяженность рабочей зоны гидродинамического давления значительно увеличивается, что приводит к увеличению несущей способности подшипника,

7. При наличии на рабочей поверхности вкладыша или шипа сверхпластичных сплавов с низкой температурой плавления минимальная толщина смазочной пленки увеличивается, а при этом большая несущая способность радиального подшипника, как и в случае упорного подшипника, сочетается с наименьшим трением,

8. При нанесении сверхпластичного сплава на поверхность шипа коэффициент трения незначительно уменьшается по сравнению со случаем нанесения сверхпластичного сплава на поверхность вкладыша,

9. Наиболее низкий коэффициент трения наблюдается, когда на поверхности шипа, или подшипника, или одновременно шипа и подшипника наносится сверхпластичный сплав с низкой температурой плавления (№1, табл. 2),

10. В случае, когда наносится сверхпластичный сплав, обладающий высокой температурой плавления (№3, табл.2), коэффициент трения значительно увеличивается.

Общие выводы.

1. Разработана математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна, в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления.

2. Разработана математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении направляющей. А также рассмотрен случай, когда имеет место плавление ползуна и направляющей.

Таблица 2

Влияние сверхпластичных сплавов с низкой температурой плавления на коэффициент трения

№ Состав, вес. части сверхпластичных сплавов, нанесенных на

подвижную поверхность образца Коэф. трения неподвижную поверхность образца Коэф. трения подвижную поверхность образца Коэф. трения Натр. мПа Скор, м/с

В1 С(1 РЬ Би теор эксп Сс1 РЬ Би теор эксп т Сс1 РЬ Би теор эксп 3 2

1 4 1 1 2 0.034 0.03 4 1 1 2 0.035 0.04 4 1 1 2 0.025 0.029 3 .2

2 9 - 1 1 0.055 0.05 9 - 1 1 0.058 0.05 9 - 1 1 0.034 0.039 3 2

3 11 - 9 - 0.076 0.07 11 - 9 - 0.08 0.074 11 - 9 - 0.065 0.069 3 2

3. Разработана математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна и направляющей, с учетом зависимости вязкости от температуры.

4. Установлено, что в системе, состоящей из ползуна, который плавится и опускается относительно расплавляющейся направляющей, минимальная толщина пленки почти в два раза больше, чем в случаях, когда один из них имеет высокую температуру плавления. Толщина пленки изменяется от переднего края к заднему по нелинейному закону. При этом протяженность пика давления увеличивается, что приводит к значительному повышению несущей способности данной системы. В случае учета зависимости вязкости от температуры толщина пленки на порядок меньше, чем при постоянной вязкости. В рассматриваемом случае протяженность максимального гидродинамического давления сужается, что приводит к уменьшению несущей способности данной системы.

5. Дан метод гидродинамического расчета упорного подшипника с ползуном и направляющей, обладающих низкой температурой плавления. Рассмотрены случаи, когда жидкая среда является ньютоновской и микрополярной. Найдем условия, при которых повышенная несущая способность подшипника сочетается с наименьшим трением.

6. Разработан метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на двухслойной смазке (на смазке с расплавом и принудительной смазке). Установлены оптимальные значения отношения вязкостей слоев и протяженность этих слоев, обеспечивающие повышенную несущую способность подшипника при минимальном трении.

7. Разработан метод гидродинамического расчета упорного подшипника, содержащего на рабочей поверхности ползуна мягкий защитный металлический слой, с направляющей, обладающей низкой температурой плавления.

8. Установлено оптимальное значение упругогидродинамического параметра

Здесь б - модуль сдвига, х = у- коэффициент Пуассона, и -

скорость скольжения, рн - гидродинамическое давление, обусловленное плавлением направляющей, 5- толщина металлического покрытия, ц -динамический коэффициент вязкости.

9. Дана оценка влияния температуры плавления сверхпластичного сплава на несущую способность и коэффициент трения подшипника. Установлено, что сверхпластичные сплавы с низкой температурой плавления по сравнению со сплавами, обладающими высокой температурой плавления

обеспечивают более низкий коэффициент трения при одной и той же несущей способности подшипника.

10. Установлено, что уменьшение сопротивления нормальному и тангенциальному смещениям за счет пластифицированного действия жидкой среды можно добиться, используя принцип двухслойной смазки в случае граничного трения и принцип трехслойной смазки в случае жидкостного режима трения. Последний заключается в одновременном формировании прочного граничного слоя смазки, использовании мягких покрытий в качестве подслоя для регулирования истинной площади контакта и снижения контактных напряжений до уровня, при котором сдвиг происходит в полимолекулярном граничном слое, а также формирование дополнительной жидкостной пленки к основному слою смазки в виде смазки с расплавом, вызванном фрикционным нагревом.

11. Дана экспериментальная оценка основным теоретическим результатам по моменту сил трения, несущей способности, толщине смазочной пленки, распределению давления и температуры.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Ахвердиев К.С., Фомичёва Е.Б. О неустановившемся движении смазки в радиальном подшипнике конечной длины, близком к круговому // Вопросы механики в с/х машиностроении: Межвуз. сбор. Ростов-на-Дону, РИСХМ, 1985.

2. Кручинина Е.В., Фомичёва Е.Б. Истечение электропроводящего газа в зазор кольцевого подпятника // Юбилейный междунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 1999. С.171-176.

3. Ахвердиев К.С., Чайка И.Г., Фомичёва Е.Б. Гидродинамический расчет упорного подшипника, работающего на микрополярной смазке в нестационарном режиме // Труды междунар. научно-технической конференции. Ростов-на-Дону, РГУПС, 1999. С. 107-108.

4. Ахвердиев К.С., Чайка И.Г., Фомичёва Е.Б., Забалуев С.Ю. Гидродинамический расчет радиального подшипника, работающего на микрополярной смазке в нестационарном режиме // Труды междунар. научно-технической конференции. Ростов-на-Дону, РГУПС, 1999. С. 108-109.

5. Ахвердиев К.С., Воронин Н.С., Фомичёва Е.Б. Математическая модель неизотермического течения смазки между ползуном и расплавляющейся направляющей // Юбилейный междунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2000. С.80-84.

6. Фомичёва Е.Б. Установившееся движение смазки между направляющей и ползуном, обладающими низкой температурой плавления // Юбилейный междунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2000. С.98-102.

7. Фомичёва Е.Б. Установившееся движение смазки между направляющей, обладающей высокой температурой плавления, и ползуном с

низкой температурой плавления // Юбилейный междунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2000. С.102-105.

8. Фомичёва Е.Б., Савенкова М.А. Установившееся движение смазки между ползуном, обладающим высокой температурой плавления, и направляющей с низкой температурой плавления // Юбилейный междунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2000. С.105-107.

9. Фомичёва Е.Б. Математическая модель гидродинамической смазки жидкости, образующейся при плавлении ползуна в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления // Ростов-на-Дону, Вестник РГУПС, №1, 2000. С.121-126.

10. Фомичёва Е.Б. Математическая модель гидродинамической смазки жидкости, образующейся при плавлении направляющей в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления // Ростов-на-Дону, Вестник РГУПС, №2,2000. С. 127-131.

11. Ахвердиев К.С., Фомичёва Е.Б. Математическая модель гидродинамической смазки жидкости, образующейся при плавлении направляющей и ползуна в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления // Ростов-н/Д, Вестник РГУПС, №3, 2000. С.10-12

12. Ахвердиев К.С., Фомичёва Е.Б., Воронин Н.С., Приходько В.М., Котельницкая Л.И. Гидродинамический расчет упорного подшипника, содержащего на рабочей поверхности ползуна мягкий металлический слой и с направляющей, обладающей низкой температурой плавления // Ростов-на-Дону, Вестник РГУПС, №3,2000. С. 12-16.

13. Ахвердиев К.С., Фомичёва Е.Б., Воронин Н.С. Математическая модель гидродинамической смазки жидкости, образующейся при плавлении направляющей и ползуна в случае экспоненциальной зависимости вязкости от температуры // Межвузовский сб. Проблемы повышения надежности подвижного состава. Ростов-на-Дону. 2000.

Введение.

1. Современное состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Современное состояние теории и расчета подшипников скольжения. Математические модели гидродинамической смазки в системах с плавлением ползуна или направляющей.

1.2 Основные задачи исследования.

2. Математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна и направляющей в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления.

2.1 Математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна.

2.2 Математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении направляющей в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления.

2.3 Математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении направляющей и ползуна.

2.4 Математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении направляющей и ползуна с учетом вязкости от температуры.

3. Гидродинамический расчет упорного подшипника с ползуном, обладающим низкой температурой плавления.

3.1 Гидродинамический расчет упорного подшипника с ползуном, обладающим низкой температурой плавления.

3.2 Гидродинамический расчет упорного подшипника с направляющей, обладающей низкой температурой плавления.

3.3 Гидродинамический расчет упорного подшипника с ползуном и направляющей, обладающими низкой температурой плавления.

3.4 Гидродинамический расчет упорного подшипника, работающего на микрополярной смазке.

3.5 Установившееся движение микрополярной смазки между направляющей и ползуном, обладающим низкой температурой плавления.

3.6 Гидродинамический расчет упорного подшипника, работающего на микрополярной смазке с ползуном и направляющей, обладающими низкой температурой плавления.

4. . Гидродинамический расчет упорного подшипника, содержащего на рабочей поверхности ползуна металлический слой, с направляющей, обладающей низкой температурой плавления.

4.1 Постановка задачи. Основные уравнения и граничные условия.

4.2 Определение деформации упругого слоя.

4.3 Результаты численного анализа.

4.4 Случай, когда жидкая среда является микрополярной.

5. Экспериментальная оценка основным теоретическим результатам.

5.1 Экспериментальное исследование работы упорных подшипников, работающих на принудительной смазке и смазке с расплавом.

5.2 Технология по плакированию трущихся поверхностей подшипников скольжения сверхпластичными сплавами, обладающими низкой температурой плавления.

5.3 Результаты экспериментальных исследований упорных подшипников работающих на принудительной смазке, полученной расплавом.

5.4 Экспериментальное исследование работы радиальных подшипников, работающих на принудительной смазке и смазке с расплавом при наличии на рабочей поверхности вкладыша мягкого металлического покрытия.

5.5 Анализ результатов экспериментальных исследований радиальных подшипников, работающих на принудительной смазке и смазке с расплавом при наличии на рабочей поверхности вкладыша мягкого металлического покрытия.

Работоспособность машин, их долговечность, экономичность и надежность, качество их работы в значительной степени зависят от конструкции подшипниковых узлов. В новых машинах и механизмах, как правило, проектируется рост скоростей, увеличение статических и ударных нагрузок, действующих на опоры. Значительную роль здесь играет трение. Уменьшения трения можно достигнуть двумя путями: 1) заменой сухого и полужидкого трения жидкостным трением, 2) заменой трения скольжения трением качения.

Более надежной и современной является конструкция подшипника, работающего в устойчивом жидкостиом режиме работы. Такой режим работы подшипника (особенно в условиях смазочного голодания в момент остановки и пуска) можно обеспечить применением новых моделей течения смазки с расплавом.

Известно [49-52], что при скольжении одного тела по поверхности другого с большой скоростью на поверхности контакта возникает макроскопическая неустойчивость давления и температуры, что вызывает деформацию номинально плоских поверхностей. Это в свою очередь приводит к тому, что возникает контактное давление, а в прилегающих к ним зонах наблюдается низкое давление и разделение поверхностей. В зонах повышенного давления происходит сильный фрикционный нагрев, что приводит к расплавлению прилегающей поверхности. Выполненные работы дают лишь первое представление о процессе смазки расплавом и не могут быть использованы для анализа работы упорных подшипников, работающих на смазке с расплавом.

В существующих системах [46-48], смазывающихся расплавом, образующимся при плавлении ползуна или направляющей когда давление у переднего и заднего краев ползуна равно нулю, процесс смазки является самоподдерживающимся при рециркуляции смазки от заднего края к переднему. Здесь не учитываются следующие основополагающие факторы, влияющие на работу реального упорного подшипника.

1. Зависимость вязкости от давления и температуры

2. Наличие слоя принудительной смазки, разделяющего поверхности ползуна и направляющей.

3. Наличие смазки с расплавом одновременно на поверхности ползуна и направляющей.

4. Смазка, полученная расплавом и слой принудительной смазки разной вязкости, т.е. когда имеет место слоистое течение смазочной композиции.

5. Смазка, полученная расплавом и слой принудительной смазки, обладают микрополярными свойствами.

6. Использование принципа трехслойной смазки, заключающегося в одновременном формировании прочного граничного слоя смазки, использования мягких покрытий в качестве подслоя для снижения контактных напряжений, а также формирование дополнительной жидкостной пленки к основному слою смазки в виде смазки с расплавом, вызванное фрикционным нагревом.

Таким образом, анализ существующих работ показывает, что проблема, связанная с разработкой основ усовершенствования работы упорных подшипников применением новых моделей течения смазки с расплавом, остается нерешенной. Решение этой актуальной проблемы является общей целью данной диссертационной работы.

Работа состоит из введения и пяти глав. Во введении содержится обоснование актуальности работы, основные научные положения, составляющие предмет работы.

В первой главе приводится современное состояние вопроса, и ставятся задачи исследования.

Во второй главе приводится математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна и направляющей в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления и температуры.

Вначале приводится математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна, затем при плавлении направляющей, а в заключение при одновременном плавлении ползуна и направляющей в случае экспоненциальной зависимости вязкости от температуры . Дана оценка влияния смазки полученной расплавом на толщину смазочной пленки, на трение и несущую способность рассматриваемой системы. Установлено, что учет зависимости вязкости от температуры дает количественную и качественную поправку при анализе основных характеристиках рассматриваемых систем. Для того, чтобы в этих системах процесс смазки являлся самоподдерживающимся, необходим слой принудительной смазки, разделяющей поверхности ползуна и направляющей.

В третьей главе приводится гидродинамический расчет упорного подшипника с ползуном и направляющей обладающими низкой температурой плавления

В начале рассматривается случай, когда ползун обладает низкой температурой плавления, а поверхности направляющей и ползуна разделены пленкой жидкой смазки. Затем рассматривается случай, когда направляющая обладает низкой температурой плавления, а поверхности ползуна и направляющей также разделены слоем принудительной смазки. В последующем рассматривается общий случай, т.е., когда ползун и направляющая обладают низкой температурой плавления. А также в этой главе рассмотрены случаи, когда смазка, полученная расплавом, и слой принудительной смазки позволяют обеспечить повышенную несущую способность подшипника с низким коэффициентом трения. Используя полученные результаты, в заключение этой главы приводится новая конструкция упорного подшипника, работающего на двухслойной смазке.

В четвертой главе решается задача гидродинамического расчета упорного подшипника, содержащего на рабочей поверхности ползуна мягкий металлический слой и с направляющей, обладающей низкой температурой плавления. Рассмотрен случай, когда смазка, полученная расплавом, является ньютоновской и микрополярной. Упругогидродинамическая задача решается на основе уравнения Ламэ для «тонкого слоя». В результате дана оценка влияния упругогидродинамического параметра у -XzlEzltLl n*-maх» гП ~ ~ „ Рп — max/?„

Z + 1 G 8 где G - модуль сдвига, z = 3~4v, v- коэффициент Пуассона, 8 -толщина упругого слоя, и - скорость скольжения, ju - динамический коэффициент вязкости на основные рабочие характеристики подшипника, рп - безразмерное давление.

Численный анализ полученных аналитических выражений для основных рабочих характеристик позволил оценить влияние смазки, полученной расплавом и смазки, обладающей микрополярными свойствами на несущую способность подшипника и на коэффициент трения. Найдены условия, при которых повышенная несущая способность подшипника сочетается с аномально низким трением. В случае микрополярной смазки здесь дана оценка влияния параметра взаимодействия и других структурных параметров микрополярной смазки на минимальную толщину смазочной пленки и на несущую способность. Найдены условия, обеспечивающие устойчивый жидкостный режим работы подшипника, обладающего повышенной несущей способностью. В заключение этой главы рассматривается случай, когда смазка, полученная расплавом, и смазка принудительного слоя имеют разную вязкость, что обеспечивает их слоистость. Приводится оптимизация по несущей способности и трению отношения вязкостей слоев и их относительных толщин.

В заключение этой главы приводится новая конструкция упорного подшипника, разработанная на основе полученных теоретических результатов, обладающая аномально низким коэффициентом трения и работающая в устойчивом жидкостном режиме.

В пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований, которые достаточно хорошо согласуются с теоретическими результатами.

В приложениях 1 и 2 приводятся материалы внедрения разработанных новых конструкций упорных подшипников с использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Основными положениями диссертации, выносимыми на защиту, являются:

1. Результаты аналитических исследований по разработке математических моделей гидродинамической смазки, образующейся при плавлении или ползуна, или направляющей, или одновременном плавлении ползуна и направляющей при экспоненциальной зависимости вязкости от давления и температуры.

2. Метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на смазке с расплавом либо ползуна, либо направляющей, либо одновременно ползуна и направляющей при наличии принудительного слоя смазки, разделяющей поверхности ползуна и направляющей.

3. Метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на двухслойной смазке. Результаты оптимизации по несущей способности и трению отношения вязкостей смазочных слоев и их относительных толщин.

4. Метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на смазке с расплавом направляющей и на слое принудительной смазки при наличии мягкого защитного металлического слоя на рабочей поверхности ползуна. Результаты оптимизации значения упругогидродинамического параметра, обеспечивающего аномально низкий коэффициент трения.

5. Метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на микрополярной смазке с расплавом либо ползуна либо направляющей, либо одновременно ползуна и направляющей при наличии принудительного слоя микрополярной смазки, разделяющей поверхности ползуна и направляющей.

6. Оценка влияния микрополярных свойств смазки на основные характеристики подшипника. Выбор оптимальных значений микрополярных характеристик смазки.

7. Технологические принципы усовершенствования конструкций упорных подшипников, работающих в устойчивом жидкостном режиме, повышенная несущая способность в которых, сочетается с наименьшим трением.

Общие выводы:

1. Разработана математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна, в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления.

2. Разработана математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении направляющей. А так же рассмотрен случай, когда имеет место плавление ползуна и направляющей.

3. Разработана математическая модель гидродинамической смазки жидкостью, образующейся при плавлении ползуна и направляющей, с учетом зависимости вязкости от температуры.

4. Установлено, что в системе, состоящей из ползуна, который плавится и опускается относительно расплавляющейся направляющей, минимальная толщина пленки почти в два раза больше, чем в случаях, когда один из них имеет высокую температуру плавления. Толщина пленки изменяется от переднего края к заднему по нелинейному закону. При этом протяженность пика давления увеличивается, что приводит к значительному повышению несущей способности данной системы. В случае учета зависимости вязкости от температуры, толщина пленки на порядок меньше, чем при постоянной вязкости. В рассматриваемом случае протяженность максимального гидродинамического давления сужается, что приводит к уменьшению несущей способности данной системы.

5. Дан метод гидродинамического расчета упорного подшипника с ползуном и направляющей, обладающих низкой температурой плавления. Рассмотрены случаи, когда жидкая среда является ньютоновской и микрополярной. Найдем условия, при которых повышенная несущая способность подшипника сочетается с наименьшим трением.

6. Разработан метод гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на двухслойной смазке (на смазке с расплавом и принудительной смазке). Установлены оптимальные значения отношения вязкостей слоев и протяженность этих слоев, обеспечивающие повышенную несущую способность подшипника при минимальном трении.

7. Разработан метод гидродинамического расчета упорного подшипника, содержащего на рабочей поверхности ползуна мягкий защитный металлический слой, с направляющей, обладающей низкой температурой плавления.

8. Установлено оптимальное значение упругогидродинамического параметра у Х~1 Рн* M'U Л1 . по *

Здесь G - модуль сдвига, х = 3 - 4v > v-коэффициент Пуассона, и -скорость скольжения, рн - гидродинамическое давление, обусловленное плавлением направляющей, 8- толщина металлического покрытия, /л -динамический коэффициент вязкости.

9. Дана оценка влияния температуры плавления сверхпластичного сплава на несущую способность и коэффициент трения подшипника. Установлено, что сверхпластичные сплавы с низкой температурой плавления по сравнению со сплавами обладающими высокой температурой плавления обеспечивают более низкий коэффициент трения при одной и той же несущей способности подшипника.

132

10. Установлено, что уменьшение сопротивления нормальному и тангенциальному смещениям за счет пластифицированного действия жидкой среды можно добиться, используя принцип двухслойной смазки в случае граничного трения и принцип трехслойной смазки в случае жидкостного режима трения. Последний, заключается в одновременном формировании прочного граничного слоя смазки, использовании мягких покрытий в качестве подслоя для регулирования истинной площади контакта и снижения контактных напряжений до уровня, при котором сдвиг происходит в полимолекулярном граничном слое, а так же формирование дополнительной жидкостной пленки к основному слою смазки в виде смазки с расплавом, вызванном фрикционным нагревом.

11. Дана экспериментальная оценка основным теоретическим результатам по моменту сил трения, несущей способности, толщине смазочной пленки, распределения давления и температуры.

1. Яновский М.И. Конструирование и расчёт на прочность деталей паровых турбин. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1947. 523с.

2. Дьячков А.К. Расчёт давлений, возникающих при неизотермическом процессе в слое смазки подушек упорного подшипника при заданной форме его тангенциального сечения // М.: Машиноведение, 1972. №4, С. 84-94.

3. Коровчинский М.В. Тепловой режим смазочного слоя в опорах скольжения // Тр. II- конф. по трению и износу в машинах. М.: АН СССР, т.4,1951.

4. Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения. М., Машгиз, 1959. 403 с.

5. Ханович М.Г. К вопросу о расчёте упорных подшипников скольжения // Тр. III- Всесоюзн. конф. по трению и износу в машинах. М.: Изд. АН СССР, 1960. Т.З. С.146-154.

6. Boswall R.O. The Theory of Film Lubrication. London, 1928, P.159.

7. Neal P.B. Analysis of the taper-land bearing pad // J.Mech. Eng. Sci., 1970,12, 2, P.73-84.

8. Charnes A., Asterle F., Saibel E. On the solution of the Reynolds equation for slider-bearing lubrication. IV. Effect of temperature on viscosity.- Trans. ASME, v. 75, 1953, 6.

9. Типей Н., Ника А. О поле температур в плёнках смазки // Теоретические основы инженерных расчётов . М.: Изд. Мир, 1967. №4.

10. Ника А. Тепловые характеристики и трение в радиальных подшипниках // Проблемы трения и смазки, М.: Изд. Мир, 1970. №3, с.З-7.

11. Дьячков А.К. Расчёт центрально-опертых подушек упорных подшипников при неизотермическом процессе // М.: Машиноведение, 1973. №6, с.76-88.

12. Никитин А.К. К задаче о подшипнике конечной длины с источником смазки // Вопросы исследования гидроприводов и тепловых процессов в сельскохозяйственном производстве. Ростов н/Д: РИСХМ, 1977. с. 129-149.

13. Токарь И .Я., Сайчук И.В. Расчёт упорных подшипников реверсивных машин // М.: Вестник машиностроения, 1972. №9, с. 18-21.

14. Кунин И.А. Гидродинамическая теория смазки упорных подшипников //Изд-во СО АН СССР, 1960. 132 с.

15. Попов П.З. Плоская неизотермическая задача гидродинамической теории смазки подпятника с деформированной подушкой //М.: Машиноведение, 1966. №4, с.82-93.

16. Попов П.З. Неизотермическая задача гидродинамической теории смазки с недеформируемой и деформированной подушками // Развитие гидродинамической теории смазки: Сб. М., Изд. Наука, 1970. С.105-120.

17. Raimondi АЛ. An adiabatic solution for the finite slider bearing.-Trans. ASLE, 1966, vol. 9,3, P.283-286.

18. Штернлихт В. Совместное решение уравнений энергий и Рейнольдса применительно к упорным подшипникам // Сб. Между нар. конф. по смазке и износу машин, М.: Изд. ГНТИ машиностр. лит. 1962. С.20-32.

19. Штернлихт В., Рейд мл. Арвас. Характеристики упругих, самоустанавливающихся относительно центра сегментных башмаков упорных подшипников // Техническая механика. 1961. №2, с.45-55.

20. Штернлихт , Картер, Арвас. Адиабатический анализ упругих самоустанавливающихся секторных подушек упорного подшипника // Прикладная

21. Баткис Г.С., Максимов В.А. Расчёт двусторонних упорных подшипников скольжения высокоскоростных центробежных компрессорных машин // Химическое и нефтяное машиностроение, 1978. №1, с. 10-13.

22. Хадиев М.Б., Максимов В.А. Гидродинамический расчёт подпятников с плоско-клиновой рабочей поверхностью // Вестник машиностроения, 1977. №1, с. 13-17.

23. Коул Д.А. Экспериментальное исследование влияния температуры на работу опорных подшипников скольжения // Между нар. конф. по смазке и износу машин (Лондон, 1957). М.: Машгиз, 1962. С. 108-113.

24. Maqdarasan Т. Der Beitrag der Well bei der Warmeabgabe von Gleitlagern // Rev. roum. sci. techn. Ser. electrotechn. et energ., 1972. 17.

25. Majumdar В. C., Saha A.K. Temperature distribution in oil journal bearings // Wear, 1974. 28, №2, P. 259-266.

26. Сейрег, Эззат. Термогидродинамические явления в плёнке жидкой смазки // Проблемы трения и смазки , 1973 №2. С.74-82.

27. Хан, Кетлборо. Влияние свободного теплового трения на характеристики бесконечно широких плоских подшипников скольжения // Проблемы трения и смазки, 1968. № 4. С.244-251.

28. Роде, Э Гун Бин. Термоупругогидродинамический анализ плоского подшипника скольжения конечной длины // Проблемы трения и смазки, 1975. №3. С.120-132.

29. Оу, Хюбнер. Расчёт упругогидродинамических радиальных подшипников конечной длины // Проблемы трения и смазки, 1973. №3. С.81-93.

30. Де Турин Д., Холл Л.Ф. Экспериментальное исследование трёх типов упорных подшипников скольжения, предназначенных для тяжёлых условий работы // Междунар. конф. по смазке и износу машин (Лондон, 1957). М.: Машгиз, 1962. С.124-131.

31. Трифонов Е.В. Повышение несущей способности упорных подшипников, работающих при высоких скоростях скольжения // Тр. 111 Всесоюз. конф. по трению и износу в машинах. М.: Изд. АН СССР, 1960. Т.З, с. 128-134.

32. Подольский М.Е. Вопросы теории тепловых процессов нестационарных гидродинамических явлений в упорных подшипниках скольжения: Дисс. д-ра тех. наук. Л., 1975. С.319.

33. Fogg A., «Fluid Film Lubrication of Parallel Thrust Surfaces», Proc. Inst. Mech. Engrs.yol. 155, 1946.

34. Bower G.S., Contribution to Fogg.

35. Cameron A., Wood W.L., «Parallel Surface Thrust Bearing», Proc. 6th Inter. Cong, of App. Mech., 1946.

36. Shaw H.C., «An Analysis of the Parallel Surfaces Thrust Bearing», Trans. ASME, Vol. 69,1947, pp. 381-387.

37. Cope W.F., «The Hydrodynamical Theory of Film Lubrication», Proc. Roy. Soc., Series A, Vol. 197,1949, pp. 201-217.

38. Каррай, Броклей, Дворак, «Тепловой клин в плёнке смазки упорных подшипников с параллельными поверхностями», Теоретические основы инженерных расчётов, №4, 1965, стр.6, изд-во «Мир».

39. Zienkiewicz О. С., «Temperature Distribution Within Lubricating Films Between Parallel Bearing Surfaces and its Effect on the Pressuure Developed», . Inst. Mech. Engrs. Conf. on Lubr. and Wear, 1957, Paper 81, pp. 135-141.

40. Hunter W. В., Zienkiewicz О. C., «Effect of Temperature Variation Across the Lubricant Films in the Theory of Hydrodynamic Lubrication», Jour. Mech. Eng. Sci., Vol. 2, No. 1,1960, pp. 52-58.

41. Neal P.B., «Film Lubrication of Plane-Faced Thrust Bearings», Inst. Mech. Engrs. Convention on Lubrication and Wear, May 1963, Paper 6, pp.52-52.

42. Reynolds 0., Papers on Mathematical and Physical Subjects.Vol. 2. Cambridge university Press, 1901.

43. Боуден, Тейбор. Трение и смазка твердых тел. Изд-во «Машиностроение», 1968.

44. Уилсон. Смазка с расплавом. Труды Американского общества инженеров-механиков. Т. 98, серия F, № 1-97в

45. Barber J. R., «The Influence of Thermal Expansion on the Friction and Wear Process», Wear, Vol. 10, 1967, p. 155.

46. Barber J. R., «Thermal Effects in Friction and Wear», Dissertation St. John's College, Cambridge, England, 1968,

47. Dow T. A., Burton R. A., «Investigation of Thermoelastic Instabilities of Sliding Contact in the Absence of Wear», Wear, Vol. 19, 1972, pp. 315— 328.

48. Burton R. A., Nerlikar V., Kilaparti S. R., «Thermoelastic Instability in a Seat-like Configuration», Wear, Vol. 24, No. 2,1973. pp. 169—198.

49. Burton R. A., «The Role of Insulating Surface Films on Frictionally Excited Thermoelastic Instability», Wear, Vol. 24 No. 2,1973, pp.189—198.

50. Dow T. A., «Thermoelastic Instabilities in Sliding Contact», Dissertation Northwestern University, 1972.

51. Burton R. A., Kilaparti S. R., Nerlikar V., «А Limiting Stationary Configuration with Partially Contacting Surfaces», Wear, Vol. 24, No. 2,1973, pp. 199—206.

52. Burton R. A., Nerlikar V., «Effect of Initial Surface Curvature on Frictionally Excited Thermoelastic Phenomena», Wear, Vol. 27, No. 2, 1974, pp. 195—207.

53. Бэртон, Нерликар, «Решение для больших возмущений при термоупругой деформации первоначально плоских поверхностей, вызванной фрикционным нагревом». Проблемы трения и смазки, № 3, 1975, стр. 212, изд-во «Мир».

54. Heckmann S. R., «Effects of Shear and Wear on Thermoelastic Instabilities Caused by Frictional Heating in a Seal-like Configuration», M. S. Thesis, Northwestern University,1974.

55. Кеннеди, Линг, «Моделирование тепловых и термоупругих явлений, а также износа в задаче о контакте скольжения с выделениембольшого количества энергии». Проблемы трения и смазки, № 3, 1974, стр. 218, изд-во «Мир».

56. Blok Н., «Thermal Instability of Flow in Elastohydrodyna-mic Films as a Cause for Cavitation, Collapse and Scuffing», paper presented at the First Leeds — Lyon Symposium, University of Leeds, England, September 12—13, 1974.

57. Cameron A., «The Principles of Lubrication», Longmans Green and Co. Ltd., 1966, Fig. 2, p. 27.

58. Spotts M. F., «Mechanical Design Analysis», Prentice-Hall Inc., 1964, p. 147.

59. Коровчинский M.B. Тепловой режим смазочного слоя в опорах скольжения // Тр. II- конф. по трению и износу в машинах. М.: Изд. АН СССР, 1960. Т.З. С.146-154.

60. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Изд. «Наука», М.: 1978. С.745.

61. Слезкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: Гостехиздат, 1955. С.150-153,221-224.

62. Ахвердиев К.С., Воронцов П.А., Черкасова Т.С. Гидродинамический учет подшипников скольжения с использованием моделей слоистого течения вязкой и вязко- пластичной смазки // Трение и износ. 1998. Т.16, №6. С.698-707.

63. Ахвердиев К.С., Воронцов П.А., Черкасова Т.С. Математическая модель стратифицированного течения смазки в зазоре радиального металлополимерного подшипника скольжения // Проблемы машиностроения и надежности машин. РАН. М.: Наука, 1999. №3, с. 93101.

64. Ахвердиев К.С., Воронцов П.А., Семенов А.П. Расчёт и конструирование гидродинамических подшипников скольжения с металлополимерными вкладышами. Ростов-на-Дону. Изд. СевероКавказского научного центра высшей школы, 1999. С.33-50.

65. Alien S. J., Kline К.A. The effect of concentration in fluid suspension.-Trans. Soc. RlieoL, 1968, v. 12, N 3, p. 457 468.

66. Kline K.A., Alien S.J., De Silva C. N. A continuum approach to blood flow. Biorheology. 1968, v.5, N 2, p. 111 -118.

67. Alien S. J. Kline K.A. Lubrication theory for micropolar fluids. -Trans. ASME, 1971, v. E38, N 4, p. 646 656.

68. Khader M. S., Vachon R. I. Theoretical effects of solid particles in hidrostatic bearing lubricant. Trans. ASME, 1973, F95, N 1, p 104 -112.

69. Maiti G. Composite and step slider bearings in micropolar fluid. Jap. J. Appl. Phys., 1973, v. 12, N 7, p. 1058 - 1064.

70. Maiti G. Micropolar squeeze film bearing. Jap. J. Appl. Phys., 1974, v. 13,N9.p. 1440-1442.

71. Prakash J., Sinha P. Lubrication theory for micropolar fluids and its applications to a journal bearing. Int. J. Eng. Sci., 1975, v. 13, p. 217 - 232.

72. Shukia J. В., Isa M. Generalized Reinolds equation for micropolar lubricants and its application to optimum one dimensional slider bearings: effects of solid - particle additives in solution. - J. Mech. Eng. Sci., 1975, v. 17, N5, p. 280 -284.

73. Shukia J. В., Isa M. Externally pressurised optimum bearing with micropolar fluid and lubricant. Jap. J. Appl. Phys., 1975, v. 14, N 2, p. 275 -279.

74. Prakash J., Sinha P. Micropolar fluid lubricated journal bearings with smooth outflow. Lett. Appl. and Eng. Sci., 1975, v. 3, N 3, p. 213 - 220.

75. Фуке Г.И. Адсорбция и смазочная способность масел. М. «Трение и износ» T.IV №3, 1983. С.398.

76. Крачельский И.В. Трение и износ,- М. Машгиз. 1982. С.382.

77. Фуке Г.И., Ганцевич И.Б., Кучейникова З.А., Ускова С.Г. Влияние адсорбционно активной среды на контактное взаимодействие металлов в статистических условиях. Коллоидн. журн., 1973, Т.35, №5, с.854-859.

78. Фуке Г.И. Исследование влияния состава граничных слоев на косгуляционные и фракционные взаимодействия.М.: Изд. АН СССР, 1965.С.101.

79. Фуке Г.И., Кучейникова З.А., Блехеров М.М. О двухслойной смазке. В сб.: Исследования по физикохимии контактных взаимодействий. Уфа: Башиздат, 1971.С.89-93.

80. Александров В.М., Мхитацян С.М. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками. Наука, 1983.С.482-483.

81. Попов Г.Я. Концентрация упругих напряжений возле штампов, разрезов, тонких включений и подкреплений. М.: Наука,1982.С.342.

82. Панасюк В.В., Саврук М.П., Дацишин А.П. Распределение напряжений около трещин в пластинах и оболочках. Киев: Наукова думка, 1976. С.444.

83. Этисон. Базовый упорный подшипник двойного действия -подшипники с высокой несущей способностью. Труды Американского общества инженеров-механиков, №1, 1977. С.93-100.

84. Межвуз. сб. науч. тр. Ростов н/Д, 1999.- С. 107 109.

85. Ахвердиев К.С., Ахеджак М.К., Приходько В.М., Яковлев М.В. Теплообмен при движении смазки в радиальном металлополимерном подшипнике с волнистой рабочей поверхностью. Межвузовский сборник научных трудов г Ростов-на-Дону, 1999г. с. 110-113

86. Ахеджак М.К., Котельницкая Л.И. Движение смазки в зазоре радиального подшипника с квазикруговым контуром опорной поверхности при частичном заполнении смазкой зазора // РГУПС.-Юбилейный сб. науч. тр. Ростов н/Д, 2000,- С. 91-98.

87. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, 1982. С.246

88. Снеговский Ф.П. Экспериментальное определение гидродинамических давлений и толщины смазочного слоя в подшипниках скольжения // Исследование подшипников скольжения и жидкостносткого оборудования: Сб. М.: Машгиз, 1958. Вып. 90. С. 4875.

89. Снеговский Ф.П. Экспериментальные исследования влияния деформации шип подшипник на размеры несущего нагрузку слоя смазки и грузоподъемность подшипника /У Механообработка, надежность машин: Краматорск: Изд-во НИИПТмаш, 1971. Вып. 11. С. 121-129.

90. Снеговский Ф.П., Горкуша А.Е., Гуня А.П. Стенд для испы-тания подшипников. //Вестник машиностроения, 1980. №9. С. 15-17.

91. Снеговский Ф.П., Горкуша А.Е., Гуня А.П. Непрерывное измерение давлений и толщин смазочного слоя в узлах трения // Детали машин: Респуб. межвед. научн.-техн. сб. 1985. Вып. 41. С. 93-96.

92. Кужаров А.С., Онищук Н.Ю. Свойства и применение металлоплакирующих смазок // М. ЦНИИ ТЭ нефтехим, 1985.

93. Ахвердиев К.С., Фомичева Е.Б. О неустановившемся движении смазки в радиальном подшипнике конечной длины, близком к круговому // Вопросы механики в с/х машиностроении: Межвуз. сбор. Ростов-на-Дону, РИСХМ, 1985.

94. Кручинина Е.В., Фомичева Е.Б. Истечение электропроводящего газа в зазор кольцевого подпятника // Юбилейный междунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 1999. С.171-176.

95. Ахвердиев К.С., Чайка И.Г., Фомичева Е.Б. Гидродинамический расчет упорного подшипника, работающего на микрополярной смазке в нестационарном режиме // Труды междунар. научно-технической конференции. Ростов-на-Дону, РГУПС, 1999. С.107.108.

96. Кручинина Е.В., Фомичева Е.Б. Движение газа в плоском канале с учетом сил инерции // Труды междунар. научно-технической конференции. Ростов-на-Дону, РГУПС, 1999. С. 116-117.

97. Ахвердиев К.С., Воронин Н.С., Фомичева Е.Б. Математическая модель неизотермического течения смазки между ползуном и расплавляющейся направляющей // Юбилейный меясдунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2000. С.80-84.

98. Фомичева Е.Б. Установившееся движение смазки между направляющей и ползуном, обладающими низкой температурой плавления // Юбилейный междунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2000. С.98-102.

99. Фомичёва Е.Б. Установившееся движение смазки между направляющей, обладающей высокой температурой плавления, и ползуном с низкой температурой плавления // // Юбилейный междунар. межвуз. сб. научных трудов. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2000. С.102-105.

100. Фомичёва Е.Б. Математическая модель гидродинамической смазки жидкости, образующейся при плавлении ползуна в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления // Ростов-на-Дону, Вестник РГУПС, №1,2000. С.121-126.

101. Фомичёва Е.Б. Математическая модель гидродинамической смазки жидкости, образующейся при плавлении направляющей в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления // Ростов-на-Дону, Вестник РГУПС, №2, 2000. С. 127-131.145

102. Ахвердиев K.C., Фомичева Е.Б. Математическая модель гидродинамической смазки жидкости, образующейся при плавлении направляющей и ползуна в случае экспоненциальной зависимости вязкости от давления // Ростов-н/Д, Вестник РГУПС, №3, 2000. С. 10-12

103. Ахвердиев К.С., Фомичева Е.Б., Воронин Н.С., Приходько

104. B.М., Котельницкая Л.И. Гидродинамический расчет упорного подшипника, содержащего на рабочей поверхности ползуна мягкий металлический слой и с направляющей, обладающей низкой температурой плавления // Ростов-на-Дону, Вестник РГУПС, №3, 2000.1. C. 12-16.

105. Ожидаемый экономический эффект составляет 25 тыс. рублей.

106. УТВЕРЖДАЮ Проректор РГУПС по НИР

107. УТВЕРЖДАЮ Главный инженер комотивного депо кавказская СКЖДд.т.н., проф. Гуда А.Н.1. РК ж?)

108. Внедрения смазки с расплавом в модернизированных моторно-осевых подшипниках1. Внедрения1. АКТ1. Луговской Б.К.

109. УТВЕРЖДАЮ Проректор РГУПС по НИРд.т.н., проф. Гуда А.Н.

110. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ « ОСНОВЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РАБОТЫ ПОДШИПНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОВЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕЧЕНИЯ СМАЗКИ С РАСПЛАВОМ» В МОДЕРНИЗИРОВАННЫХ МОТОРНО-ОСЕВЫХ ПОДШИПНИКАХг. Кропоткин 1999г.

111. Результаты НИР по усовершенствованию работы подшипников с использованием новых моделей смазки с расплавом внедрены в двух модернизированных конструкциях МОП1. Конструкция № 1.

112. Рис. П. 1 Модернизированная конструкция моторно-осевого подшипника

113. Рис. П.2 Модернизированная конструкция моторно-осевого подшипника