автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Разработка и исследование радиально-упорных подшипников скольжения в автокомпенсацией износа

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕЙТИ И ГАЗА, киени И.М.Губкина

На правах рукописи

МАКШИН Сергей Анатольевич

. УДК 621.891:621.82

РАЗРАБОТКА И ИССЩОВАНИЕ РАДШЬНО-УШШХ ШДМШКЮа СИОЛКЕШ С АВТОКОМЛЕНСМЩЯ ИЗНОСА

Специальность 05.02.04 - Тренкс и износ в машинах

Азторефераг диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Государственной академии нефти и газа ииени И.М.Гуйюша.

Научный руководитель - доктор технических наук..

профессор НЛЛ.Мшзш

Официальное оппоненты - доктор технических наук,

гл.ы.с. Э.Д.Браун - кандидат технических наук, доцент О.А.Горденко

Ведущее предприятие - Подмосковный филиал научно-

исследовательского тракторного института ( НАШ ).

Защита состоится 1993 г. в часов на

заседании спедаалкзлрованного Совета Д.053.2?.03 в Государственной акаденш несли к газа имени И.ММ^бязша по адресу: 117917 Москва, Лкшсюй проспект, 65.

С диссертацией коено ознакомится в библиотеке ГАНГ иы. 11.1!. Губкина.

Автореферат разослан " 1993 г.

Учеищ; секретарь специализированного Совета

кандздат техническ-ас паук, с.н.с. •

С.Гинзбург

ОБЩАЯ ШШШСШк РАБОТЫ

Актуальность теш» В настоящее время продолжает оставаться актуальной проблема повышения .дачества и к. п.д. машин за счет увеличения износостойкости подвезших сопряжений а снизения з енх потерь на трение.

Б машностроении широко используются практически все тиш радиально-упорнкх подшипников сколькения, включая те, в которых реализуется трение со смазочным материалом а без него. Конструкции радиалъяс-упорнзх подшипников скольжения; постоянно совершенствуются, что обусловлено тенденцией ужесточения требований к износостойкости, точности позиционирования двихущхся элементов механизмов машин, потеря?.! на греняе, габаритным размерам, массе я стоимости изготовления я обслуживания. Успешное решение зтзх задач связано с созданием высокоэффективных подшипников скольжения с повышенной при действии комбинированных ( осевых ж радиальных) нагрузок несущей способностью, гесткостьзо и стабильный моментом сил трения в установившемся решив работы. В отношении параметров гестхостн, простоте конструкции а обслуживания узел трения долгез быть близок к узлам трения сколзаения, работающим без смазочного нахзрааяа или в условиях граничной смазки, а в отношении износостойкости л потерь на трение я узлам с трением качения ели скольнения в условиях гядро динамической иди гидростатической смазки.

Обеспечение возможности совмещения указанных показателей з количественном отношении для характеристик одного а того же узла трения достигается разработкой а исследованием радаадьно-улорао-го подшипника скольжения с автокоипеясациеЗ износа, в котором впервые используется принцип создания гидростатического несущего слоя без подводов смазочного материала от сети с избыточным давлением за счет размещения'смазочного материала з герметичной полости.

Цель и основные задачи работы. Цельз работы является создание новых радпалько-упоряых подшипников скользоная о автоко;лпен-сацией износа, сочетающих высокие триботехнпческде характеристи-кл с простотой изготовления и обслуживания. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработать конструкции новых подшипников скольгения.

2. Изучить напряхеяно-д сформированное состояние в контактных областях предложенного подлинника сколькения.

3. Разработать методы и сродства экспериментальных доследований.

4. Изучить закономерности изменения триботехклтеских характеристик ради&лъно-упорного подшипника сколъяеня1: с аьтокомпен-сацией износа от времени работы и различных конс1ру1;т::вно-те:шслогических и эксплуатационных факторов.

5. На основе теоретических и полученных экспериментальных результатов создать инженерные метода расчета потерь на трение л несущей способности новых подшипников скольнеыш на стадии проектирования.

6.,Выявить области-врименения л-техникэ-Бкокомнческую эффективность использования радааяьно-ушрных подшипников скольжения с автокошенсацией износа.

Научная новизна. Впервые для повышения эффективное?/! ради-ально-упорных подшипников окольжзиия использован принцип создания гидростатического несущего слоя в упорном Еодешшкхе без подводов смазочного материала от сети с избыточным давлением за слет размещения смазочного материала в герметичной полос?::.

Показаны: работоспособность нового радиально-упорного лсдагп-ника скольжения, его высокая износостойкость, неизменность момента сил трения от комбинированных внешних нагрузок.

Предложены аналитические зависимости для расчета сближения шероховатых тал, собранных с предварительным натягом, иод действием радиальной нагрузки с учетом геометрии контакта :г вида деформаций в зоне контакта микронеровйостей, что цогмлило разработать методы расчета потерь на трение и несущей способности кагру-генного подшипника скольжения. -

Установлен критерий учета степени влияния шероховатости ка контактные давления и несущув способность нового ргдаадько-улср-ного подшипника скольжения.

Исследовано влияние режима трения на износостойкость, цув способность и потери на трение нового радкалькс-упсрнсго подшипника скольжения.

Предложена расчетная зависимость для определения кесудэГ. способности подшипника скольжения в осевом направлен;:,: :: грспвыгззт:-ггдьно доказана её применимость для прозеденгз гнгскерзп: расчетов.

Практическая ценность. Разработаны радпально-упорнне подшипники скольгзЕия с автокошенсацией износа, обладающие широкими возможностям практической реализации их в.малинах а приборах без значительных капитальных вложений и других затрат.

На основе '-теоретических и экспериментальных исследований созданы анненерные метода расчета трзботехническях характеристик нового подлинника скольжения ка стадии проектирования.

Цредлокены экспериментальная установка дая определения несущей способности шдшшшка скольнеяия в осевом направлении и методика проведения испвтачгй, которне мог/т бить такяе использована для оценка уровЕЯ герметичности любых радиалышх контактных уплотнений.

Реализация результатов работы. Результаты работы исполъзо-закн при разработке и изготовлении опор скольжения крнльчаток турбинных расходс-геров "Н0РД-100-64" для предприятий ПО "Сиб-нефтегазпереработка". Го,дозой экономический зффекх от внедрения новых радаально-упорзах подашшикоз скольлсегсгя з оперы сяольхе-кяя расходомеров, стоящих только в одной технологической линии, составил 1078 руб (по состоянии на 199Е год).

Апробация оабо'^ч. Основные положения и результаты дпссер-тащонией работы догладывались и обсуздалпсъ на:

- Всесоюзных научно-технических яонфере^шуях "Повынение качества герметизирующих соединении", г.Пенза (1966 г. ,1365 г.).

- 1-ой научно-технической конференцта "Проблемы повышения износостойкости газонефхепромыслового оборудования", г.Москва

( 1288 г.).

- Всесоюзной научно-технической конференции 'износостойкость каилк", г.Брянск ( 1981 г.).

- Всесоюзной научно-технической конференции " Методы и средства лсшпаний промьетенной трубспроводноЛ аркатуры", г.Пенза (1292 г.).

- заседаниях кафедры "Прикладная кехаипха" ГЛЛ' ны. П. ¡¿.Губкина {1522, К23 г.)

- специализированном научном ссишаре "Трешш л износ а шынах" ГА1£Г им.»¡.{¿.Губкина ( 1993 г.).

Публикации . Результаты выполненных мсаледоки;.!:; опу&глкс-

-б -

ваны в 9 печатных работах и вошш в 2 научно-технических отчета.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 156 страницах, в том числе содеркат 44 рисунка, 4 таблицы, 336 наименований литературы и 3 пршюнения.

СОДЕНШйЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность и отмечена цель работы, а такЕе представлены основные выносимые на згдату положения.

В перзой главе представлен обзор исследований в области создания эффективных конструкций и методов смазывания радиально-упорннх подшипников скольжения.

Кз научной литературы известно, что радаалъно-упорные под-шпники скояьхеюш проектируются применительно к конкретным узлам трёиЖЖуслоътм их работы. Зтим объясняется многообразие конструкций данных подшипников и разброс их потребительских свойств а технико-экономических показателей. В данной главе кратко описаны основные известные в настоящее время конструктивные схемы радаально-улоршх подшипников скольаешя. Показано, что наиболее распространены комбинированные радиально-упорные под-вшшш скольжения, имеющие радиальный и упорный элементы под-шшшка вследствие простоты изготовления и возш&ости подбора . тряботехнпческнх свойств в радиальном и осевом направлениях.

Анализ работ советских и зарубежных ученых показал, что работоспособность различных конструкций радаально-упоркых подг шшникоз скольжения в основном зависит от вида смазки и тем са-г.шы от в-чда трения, возникающего между контактирующая; noBojjxno-стякк. Наплучшш триботехничесюши свойствами обладают гидростатические радаальво-упорнне подшипники сколькеш^г, в которых при всех реьшках работы создаётся жидкостная смазка. Главным недостатком гидростатических подшипников является сложность системы шгаания сказочны,; материалом, высокая стойкость изготовления ii обслухйшакия.

Для устранения этих недостатков предложен новин комбинированный раддально-упорнкй подшипник скольжения, в котором использован принцип создашш гидростатического несущего слоя в упирнои а«', счет (¿-гхчядепа сказочпо1*о rat едина га.;:.кгг. Ujîu.I

полоста. Поскольку смазочный материал практически несжимаем, несущий слой в этом случае создается автоматически при всех режимах работы. Возможность реализации данного метода смазывания связана с появлением в последнее время новых конструкторских рьаенлй, обеспечивающих возможность самоуплотнения и автокомпен-сацня износа з радиальном подшипнике за счет объемных упругих деформаций элементов пары трекпя - вала и втулки, сопряженных с .гарантированным натягом и разделенных тонким слоем смазочного материала.

Проведенный анализ состояния вопроса позволил сформулировать цел: настоящей работы а основные задач;! исследований.

Во второй глэзе дается общая характеристика нового ради-ачьно-улорного подшипника скольжснзи, изложены теоретические исследования трлботехннчесгах свойств, несущей способности и основных закономерностей работы подшшинка.

Принципиальная схема радаалъно-упорного подшипника сколь-¿"ення с автоксшенсацпей язноса приведена на рнс.1.

2

I

3

Р^с.1. Схема рад.1альио-уиорного нодшт^са сл0.'!ь:::сг:.л с

Подшипник содержи- втулку с глухим отверсзиьы I, зал 2, соцрякеннкй со втулкой с натягом и разделенный слоем смаз очко-го материала, и заполненную гадким или пластичным смазочным материалом герметичную полоогь 3. В реальных конструкциях годазш-кика втулка монет иметь разъёмную торцевую крышку. чоторуа в этом случае необходимо загерметизировать, например, резиновым кольцом.

Новый водапник является комбинированным рзддальЕО-упорншл подшипником и в осевок направлении представляет собой, гю-сущес-тву, гидростатический подшипник,-в котором несупзй ело2, компенсирующий внешнюю осевую нагрузку, создается бер каких-либо подводов смазочного материала от сети с избыточна.: давлением, а в радиальном направлении - известный радиальный е£:«;о&-отняюгийся подшипник скольжения с автокоипеноадией износа. Тагам образом, износ торцевых поверхностей подшипника практически '«оключен, а -компенсация износа соцрагенных-поверааюсфег-ваяа к ¿•гушш ж, -соответственно, плотность стыка обеспечивается автоматически за счет упругих объемных деформаций втулки и вала на величину натяга.

Внешняя осевая нагрузка Р , действующая на подлинник, воспринимается в основном слоен смазочного материала тоячпно? о находящимся в полости, а такге осевыми силами зрбанг з coirp.cr.e-кии вал-втулка . При атом возникает перепад давлений До в сказочном материале, приводящий к его уточкам и:- полост::. Этот перепад давлений может быть вычислен по формуле:

. ш

Для обеспечения работоспособности радаальнс-уаор^ого подшипника сколькения приведенной конструкции необходимо устранить утечку смазочного материала через, подвижное сопрягяние вал-втулка или снизить её до допустимых пределсз, которнй задискт от технических и зксплуатаднснных характеристик конкретного яодпгаша:-кового узла..

Сближение серохозатых поверхностей вала х-пвту.тос! га счет деформации микронеровностеЁ под внешней радиальной нагрузкой является одним из вашейяих параметров, определявших. песуцузо способность, потери на трение, контактную яостксстъ и гер!этичность натруженного подшипника скольжения.

Поскольку налрягекно-дещормироЕанкое состояние нового под-шихзш'а скслъяенпя аналогично соединению с гарантированны.! катетом контурное давление от натяга р и сближение шероховатых поверхностей ярд отсутствии внешней радиальной нагрузки на вал (А/ - 0 ) распределены по периметру контакта равномерно л определяются по известным зависимостям.

Б случае, когда к валу приложена внешняя радиальная нагрузка N , из геометрии контакта следует, что сближение Лф в произвольной точке площади касания определяется по формуле

¡1ф -кн(1+ Н. СОо^) , (2)

где Кб/1~Ш - относительная осадка (смещение оси) вала в направлении дейсэвяя внешней силы, вызванная внедрением микронероз-ноотей; & •■ угловая координата (0 ^ 251 ).

Используя условие равновесия зала в интегральной форме, предЕолнгадщ&й изпоеризность функции распределения мккрснероз-зостей по высота, а такяе условие контакта ( 2 ), получены зазп-СКМ0С7Я, сзвзыватеие знешкш нагрузку с отгосэтзльгой осадкой вала, которые для наиболее распространенных вэдов иа^зшосгрол-тельной обработки поверхностей ( параметры опорной криво:: профиля поверхности 2 ) при исходных ( до нагру.^енпя ) водах деформации з зоне контакта мкгсрояерозкостей соответственна упругих (/2К < ¡1КГ) ) и пластических ( /хн ^ /хкс ) ааевт вд

( з )

/У= рсы^К/х (К.ЬКР/ПН,^) , ( 4 )

где <2-1 £ - соответственно диаметр и длина сопряжения вал-втулка, {-', ~ некоторое Функции, завксяцпе от вида исходного контакта. относительной осадки, соотношения критического ( переход упруга;: в пластические деформации ) и исходного сближения, а •гахяе от кинематических особенностей Бзежедейстзхг твердых тел при гиаотдчзоко'« контыктэ ( при взаимно:« сксльл'.екнн позерхксс-тей с^-г = 0,5 , в статике сСг= I )•

Если исходная вид деформаций з зсно контакта ;,глкронерознсс-

тей; в процессе нагрузения не изменяется ( в любой точке площади касания соблюдается условия tl Кр или /lKp )» 3 формулах ( 3 ) и ( 4 ) соответственно функции ^ = I и -£г= I.

Несущая способность аодмпмка сколькешя в радиальном направлении определяется величине! предельней нагрузка (Л/J , при' которой нарушается сплошность стыка и резко ухудшается его уплотняющая способность.

Используя зависимости ( 3 ) и ( 4 }, а также известное решение осесимметричной задача Яямэ о толстостенном цилиндре, нагруженном внешним и внутренним давлением, получены формулы для оценки несущей способности подшипника скольжения в радиальном направлении с учетом влияния шероховатости взаимодействующих тел, при исходных упругих и пластических деформациях в зонах контакта шкронерозно'стей шемщие вид соответствзнно

i/vj" 3 + Z

( 5 )

fW]=-

SldEpcH ( g }

f exp(\>q) '

¿ля расчета контурных давлений в сопряжении вач-втулка в исходном ( до нагрунения ) состоянии предложена зависимость

п -_Л едуГ- ?//г)

рсн - -—¡Г-. 'г ,, ~Т * ( 7 )

где А - величина натяга, измеренного до сборки; 2Т, М р Ь^, - соответственно модуль упругости и тоэих^шдеит Пуассона материалов вала и втулки, П - коЭ$$>вдаент, зависящий от ?вда деуормацлй в зоне контакта мпкрокеровкостой п г. слг^ИП,-2/(2^+1) при упругих и П-1/°)) при пластических дефорлахьж.

Параметр у , входящий в выражения ( 5 ), ( 6 ) и ( 7 ) является безразмерным критерием агшшшг шероховатости па сило-

зое взаимодействие в сопряжении вал-втулка подшипника и при упругих и пластических деформациях в зонах контакта микронеровностей определяется по зависимостям соответственно ( ¿>~У ~ 2)

Ц^ОрЖтахУ О,

о .. „

где гСта.у - максимальная высота микронерозностен,Ц/- _

- радиус округлений зериин микронеровностеи. * '

Проведенный анализ показал, что при 9 ^ ВЛ1ЯНИе!Л шероховатости на предельную нагрузку, раскрывающую стык и на контурные давления З'сопряаениа с точностью до 5% иогно пренебречь. Значение <^Кр зависит от вида контакта и значейияУ.'прл упругом контакте у^ 0,015 ( ^=3 ), ^г,р= 0,02 ( V = 2); пш пластическом О "= 0,025 ( = 2 ).

песугцая способность радиально-упдрного подшипника скольяе-нпя с автокошенсацяей износа в осевом направлении определяется степенью герметичности сты!са вал-втулка, показателем которой является величина утечки ( объемный расход смазочного материала ).

Предстазлв шкрозазор в сопряжении вал-втулка в виде пористого тела, через поры которого под действием перепада давлении, обусловленного действием внешней осевой сллн Я" , происходит утечка смазочного материала, а также воспользовавшись завпс::-;.юстыо { 2 ) была получека связь объёмного расхода смазочного материала из полости с различными кокструнтлвно-технологачес-клаа .: эксплуатационным:! ¿¡акторами в аще

а=0.о [1 + о,^з(кн,1гр)К11

( 9 )

где объемный: расход

смазочного материала при /7 = 0 ',■J^t^r динамическая вязкость смазочного материала; Ар - коэффициент заполнения профиля поверхности; /з - некоторая функция, зависящая от /2н и йр

Анализ приведенной зависимости показал, что относительная осадка и, следовательно,- внешняя радиальная нагрузка практически не влияет на объемный расход смазочного материала вплоть до предельных значений нагрузки, определяемых по формулам ( Ь ) и ( 6 ), при наиболее характерных параметрах шероховатости сопряЕенных поверхностей вала и втулки и натягах в сопряжении ( максимальная ' погрешность не превышает 5$ ). Таким, образом, объемный расход смазочного материала через сопрякение вал-втулка при внешних комбинированных нагрузках определяется по формуле ( 9 ), предварительно приняв в ней К1 = и. Задав предельно допустимый уровень _ _ утечки смазочного "материала , по формуле ( Э ) с учетом

выражения '{ I ) находится предельное значение осевсй нагрузки [Р], определяющее несущую способность подшипника скольаения в осевом направления.

В работе показано, что потери на трение в новом подшипнике сколкхенйя практически не зависят от внешних нагрузок вплоть до достижения ими предельных значений. Для расчета момента сил трения на стадии проектирования подшипника предложена следующая (¡юр-мула:

где 1лГ - угловая скорость вращения, - толщина слоя смазочного материала в полости.

Ноэй^иццент трешм ^ , входтщзй в зыракеппе для М , находятся экспершеыталыю ила соответственно для упругих к пластических деформаций в зоио контакта микронеровлостей по зависимое-

иш I Ь = ^ = г ):

пй

г- гЛГо(1-УгУ . д

где Ч^о, Р - фрикционные параметры, учитывающие физико-химическое состояние контактирующих поверхностей,' НВ - твердость втулки.

В третьей главе представлены разработанные средства и методы экспериментальных исследований радиально-упорных подшипников сколькения с азтокоыпезсацаей износа.

На лабораторной установке испытывались образцы подшипника скольяения в двух конструктивно-технологических вариантах, отличающихся размер.ами сопряжения (06*7 и 010 * 20 ) и методами сборки ( гидропрессование и охлаждение вала ). Величины исходных натягов в обоих вариантах Д = 4 * 25 мкм.

В качестве материалов втулок использовались широко распространенные в подшипниках скольжения бронзы БрА9Ж4, Бр05Ц5С5, БрБ2 и латунь Л63. Залы стальные, закаленные ж улучшенные из сталей 40Х, 45, 20X13. Шероховатость поверхностей трения доводилась чпс-товым шлифованием валов до Ка=0,32.. .0,63 и тонки»! развертыванием внутренних поверхностей втулок до Ва=0,16.. .0,32 мкм, Погрешность кормы сводили к минимуму.

В качестве смазочных материалов, вводимых в микрозазор соп-ряаения вал-втулка и ускоряющих проведение трпбомодифлкацгш поверхностей трения радиального подпппняка в начальный период работы, использовались как квдкне (глзщерян), тас и пластичные ( 1ЩА-ТИЫ-201, Литол-24 ) смазочные материалы. Смазочными материала.!:; в упорном подшипнике (в герметичной полости) слуанлл глицерин, ШАТШ-201, индустриальное масло И-Г-А-46.

Б ходе испытаний регистрировали момент сил трешш, объемнуа температуру и периодически износ по потерям массы.

К числу факторов, которые были выбраны для исследования их влияния на трлботехнпческле характеристики подшппшгков сколъденпя относятся: величина натяга, метод сборки, размеры сопряжения вал-зтулка, толщина слоя смазочного материала в полости, вэд смазочного .материала, внешняя осевая натруска и скорость скользил.

Для определения несущей 'способности радиачьпо-упорного под-шпнпка сколькения с автокоьгаексацней кгпосц в осево!.т направлении на всех ро;.сшах работы разработана экспериментальная установка п предложна методика количественно;! оценю: стспени герметичности сопряжения вал-втулка.

Установка содержит привод, вращения, устройство нагрунекия, включающее тензоыетрическое кольцо и винтовой нагрукатель, приспособление и регистр!фу1вдив приборы. Приспособление представляет собой, полую втулку, с одной стороны которой находится вал, сопряженный с нею с натягом, с другой стороны - поршень, составляющий с внутренней ловерхностьв втулка плунжерную пару и дополнительно загерметизированный резиновым кольцом. Исследуемая уплотняемая среда находится внутри втулки между поршнем и валом. При приложении внешней силы на поршень от тензометрического кольца в среде создается перепад давлений Др0 .

Сущность методики состоит в определении объемного расхода смазочного материала 0.(Дро) при перепаде давлений Аро по скорости уменьшения осевой силы F в результате смещения поршня . из-за утечек,, используя формулу;______ _ . _

где ci - диаметр поршня, - податливость упругого кольца, oU - некоторый параметр установка, определяемый при её тарировке, t ~ текущее время.

Данная методика позволяет такие на основании записи на само1 писце изменения осевой силы во времени получить эксаер:а-ген?а.ть-кую зависимость утечек от перепада давлении смазочного материала в диапазоне 0 Др ^ Аро.

Разработанная методика кокет быть также использована для оценки уровня герметичности любых контактных радиальных подвижных уплотнений, если утечки в них невелики ( Ц < I i.-.i3/k с ).

Б четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований триботехнпчесхих характеристик радпально-упорпого подшипника сколькешя с автокоьшенсацией износа.

Проведенные испытания показали, что при любых исходных натягах ( 4*26 мкм ) пусковой -момент- сил трения в подшипнике скольжения резко снияается почт;; на два порядка в течение первых двух часов работы и при заданной скорости, скольжения в установившемся ре:::;ме работы остается практически-постоянный. Установлено, что ка всех режимах работы подапшыжа потерн на трение с увеличением

натяга возрастают практически црогорционально.

При всех исследуемых сочетаниях конструкционных и смазочных материалов в начальшй период работы радиально-утюрного подшипника скольжения происходит трибомодашикация сопряженных с натягом поверхностей трения, характеризующаяся устойчивым образованием защитных антисршшионкых пленок., тлеющих мелкофрагментиро-заннуи, разрыхленную, пористую структуру и состоящих из отдельных близко леяадих частиц износа или их скоплений и насыщенных смаз очным 1лат ериалом.

Для заданных конструкционных и смазочных материалов установлена связь, критической объемной температуры подшипника скольжения, превышение которой приводит к разрушению образовавшейся антящршс-щганном пленки н, как следствие, к резкому росту потерь на трение, усиленному износу втулки, с ветчиной исходного натяга.

В ходе экспериментов обнарунена существенная зависимость потерь на трение в радиально-упорком подшипнике скольжения с автокомпенсацией: износа от скооостк сколькення в зоне малых скоростей скольленля ( менее м/с ). Сравнение полученной экспериментальной кривой С рис.2 ) с известной зависимостью Герси-Шгри-бека для гидродинамических нодшшшков указывает ва их внешнее сходство - резкое падение момента сил трения на I - 2 порядка. Однако, в исследуекш додшкпнике всплытие вала ввэду отсутствия макрозазора меяду валом и ьтулкой невозмояно. Следовательно, в условиях сопрязенЕЯ с нгтягои реализуется регим трения как бы квазягдцродешаьический, при которой взаимодействие твердых тел переходит в образовавшуюся аник^рпкцпокнув пленку.

Механизм реализации к2аз:шцфопдна!.™ческого трення до конца не ясен и, очевидно, ыо;;:ет быть объяснен реологическими особенностями плеши. Прсзеденнзя оценка периода релаксации и вязкости пленки доказала, что. этд .харгиггерасслкн существенно ( на несколько порядков ) превышают аналогичные характеристики исходного сказочного материала, что лвляется ¡юдтверцматеы квазлглдродаша-!.г,;ческого рехи.а трения.

исследовало влияете ьпешю: осевих нагрузок на момент с;ш трения з нових подлинниках сколы:енш.- Эксперименты подтвердили выявленную аналитически закономерность неизменности момента трешщ от перепада давлении в полости С рис.3 ) ц,.следовательно,

Ж Н-м

'h- ..... ...— i

• i i

1 i

i t t

1

О 0,125 Q25 6,375 0,5 У, м/с .

Рис.2. Изменение момента сил трения в радаально-упорном подшипнике скольжения ( d =6 мм ) в зависимости от частоты вращения (скорости скользешя) при исходном натяге 5 мкм С БрБ2-сталь 20Х13-гл>щерин ).

М,И-м

ЛрУМПа

Рпс.З. Зависимость момента сил трения в радпа-ты-о-упорном подишп-шше сколъхеиия (Ы=10 мм) от перепада дазленлн при различных натягах: I - Д=4 мкм, 2 - Д =12 :.км, 3 - Д =26 мкм (скорость околь:-с;с.ш: О - l.CL'I i/a, о- ¡/с)

дли: Uia^-cfii-Hb iXJÀlS-r.un.v. ùi.

от внешних нагрузок. Эта закономерность соблюдается до достшге-ния нагрузками предельных для данного натяга и скорости скольжения значений:

Проведенные эксперименты показали, что в области исследуемых толщин слоя смазочного материала в полости ( £ £ 7т) момент сил трения остается неизменным поскольку потери на трение в упорном подшипнике -на 2-3 порядка меньше, чем в радиальном. Однако, с ростом толщины смазочного материала увеличивается дополнительный температурный перепад давлений вследствие теплового расширения материала при переходе от состояния покоя к установившемуся режиму работы подшипника. Бри э?ом ухудшается герметичность стыка и снижается значение предельной осевой нагрузки, до которой момент сил трения не изменяется. С другой стороны, ресурс подшипника увеличивается при увеличении объема смазочного материа- ■ да и, следовательно, толщины _его слоя_в полости. __

Эксперименты выявили высокую износостойкость нового подшипника скольяения при любых исследуемых сочетаниях конструкционных и смазочных материалов. Тзпшчнач зависимость линейной интенсивности изнашивания от исходного катяга на всех режимах работы подшипника для сочетания ВрБ2 - сталь 20723 - глицерин представлена на рис.4. Как следует из рисунка, калболышл интенсивность изнашивания имеет место в начальный период работы подшипника скольае- -ния, когда антифрикционная пленка ещё не сформировалась. В установившемся регсш'ле работы интенсивность изнашивания зависит от релима трения, который реализуется в подшипнике .сколъзешш. При квазкгидродннакическом релыме трения износ поверхностей трения практически отсутствует ( - Ю-12 ).

Б пятой глазе представлены результаты исследований несущей способности радиальыо-упоршх подшипников скольжения с автоком-понсацпей износа в осевок направлении, а так,~е рассмотрены вопросы практического использования результатов работы.

Установлено, что с ростом исходного натяга и, соответственно, контурного давления в сопря.;;;ец^; вал-втулка несущая способность подшипника скольжения увеличивается за счет уменьшения утечек смазочного материала при заданном перепаде давлений, а так:;е за счет увеличена осезых сил трети! в с'опря^ешш вал-втулка.

106

■üh

?8 í

10

1ói0:

10

nZ

:' /-1 -

• QjWH

; ^ -¡ ■ з

О 10 Z0 Д,мкм

Piic.4. Связь интенсивности изнадвоания радиально-упорного под-шпнпка скольлсения с величиной натяга з начальный период работы (кривая I) и в установившемся оелдгме при скорости скольжения ^=0,001 ы/с (кривая 2) и V=0,088 и/о (кривая 3) ( « - d=lQ ш, о - ). Q, мм3/'м-с

О—-б

0 0,02 Q04 0,0S V, м/с

Рис.5. Зависимость удельного расхода смазочного материала (тяи-

цер.м) через отшс вал-втулка ( c¿ =Iü пО от скорости сколь-

..ctU 1.4 !!¿m ризл.1ч1ш.\ ¡.¡.mtus: I - Д= i : ;;.j, - & = tu >.

v о -др о

é. Разработаны средотза и методы экспериментальных исследо-велтЗ триботехшчезких характеристик новых додшпкихоз скольже-нлк, сбеепечивавщие высокую воспроизводимость и достоверность результатов вкспершаатов. Предкшна методагка, позволяющая достаточно просто оценивать несутдуз способность нового подшипника скодыешга в осеном налраашгяи, а такие уровень герметичности дюбнх контактных радиальных подоаных уплотнений в згзисимостк от перепадов давлений з различннх уплотняемых средах, если утечки невелики (. Q, < I с ).

5. Зкепзрмментаташьа исследованиями триботехдйческих характеристик рарааггъно-улорннх подеяшнкоз скольжения с автококпеиса-цией агзсса лодгзерзде-нн их работоспособность а дрвзмущества при различит: конетруктагаш-технологических факторах. вкешлх нагрузках. скоростях скольгения и смазочных гатериатах. Установлено, что комекс сил трения в новом подаснаке сяольяенгя не зависит

. от внешшсс осевой ргдиачьной нагрузок до достигекич кма некоторых прзделъннх значений, Псксзглз.' згзкае зпаченкя линейной иитек-спвности изнашгоан»'я Ci fi ~ - 10""^ в установившееся ре;хике

работы.

6. Обнаружено, что в радцачьпо-угорн&м лодаяпзаке ока-зчавис с эвтокс^чгенеаявей износа в диапазоне ¡д-алс скоростей сгогьаенна

( до 10""!д/о } по мере рос га скорости скочъяешш пкеег место переход ov гранпччого трения к квазиг;1Дроднна/глческо1.у треклю, кото-роз обсгсгечизааг сняЕекле потерь ка тренле почти на два порядка, црш>.-гичйс-чг польое отсутствие износа и повышен»? несущей способности в осевом направлении. Показано, чго такой резшл тоензш отличается от обычного гидродинамического тем, что взажздействнз твердых тел при трекии щйошшдет через пористую металлическую шшфр*!едаонкую пленкуI состокале которой бл .зко к состоянию вяз-г.о-упр^того тела, и отсутствует макрозазор валом и втулкой,

lia основан-и; гкеаьрдкектальных данных оиекеш некоторое унзкчес-:cie ..зопстза антн^риканокчон пленки ! период релакссд:-$, вязкость).

'/. Доказано, по веь-рцья способность нового иодкшжша с:;оль-в осевом направленна определяется степенью гер'лзтичцосш стыка вал-втулка, а такке силой трекня. Порчены завлс:2.1оети> доз-jawtraosifis оне.члть ветше различных (¿акторов на степень герметичности стыка. Установлено, что наибольшее влияние па кесуцта спо-

собность в осевом направлении оказывает скорость скольезния, параметра мшсрогеометрии контактирующих хел, величина исходного натяга, а также физический свойства смазочные материалов з микрозазоре сопряжения вал-втулка и герметичной полости.

8. Выявлены области практической реализации радкально-упор-ных подшипников сколькекыя с автокомпеысацией износа. Высокий технкко-зко:-:омнческаз эффект ( увеличение срока службы з 2 раза, расширение' мелловерочкых интервалов с 240 до 1530 часов ) получен от''исЕользозания новы: подшипников скодккения в опорах скольжения крыльчаток турбинных расходомеров "Н0РД-1С0-64:' на предприятиях ПО"Сибвейтегазнереработка". Годовой экономический эффект от внедрения новых подшипников скольгення з опоры скольжения крыльчаток расходомеров, стоящих только в одной технологической линии, составил 1076 рублей ( по состоянию на 1591 год ).

Основное содержание диссертант опубликовано з следующих работах:

1. Макувйич'С.А. Обоснование конструктивных параметров са-моуплотнящейся опоры скольиеапя с пояиззенши .потерями на трение. - В сб.:Пов1дпенле качества герметизирующих соеданетй: Тез. докл.Всесоюзн.научн-техн.конф.-Пенза, 1388, с.114-116.

2. Кихин Н.1,!. ,Макушкин С .А.,Логинов А.Р. .Гвоздев Ю.А. Расчет регулируемой самоуплотняющейся споры сколккения.-В сб.:Повншение качества герметизирующее соед;шеннй:Тез.докл.Всесоюзк.каучн-?ехя. коаф.-Пенза, 1968, с.111-113.

3. Макушкин С.А.,Логинов А.?. Самоуплотняющаяся опора скольжения с пеннхенннми потерями на трение.- В сб. проблемы повышения износостойкости газонефтепрог.кслового оборудова~ня:Тез.докл.научн~ техн.конф.-И., 1989, с.41.

4. Шшш 11.1.1. ,!Дакушкин С .А. Доганов А.Р. Влияние ро:.сима трения на уровень герметичности сахоугшотпягнпхся спор сколыетаа.-В сб.:Повышение качества герметизирующих сседте:-:ий:Тез .докл. Всесомзк.каучн-техн.коий.-Пенза, 15о9, с.66-7С.

5. ПодаяшикоБий уз ел. /Шшш Н.и. ,!>1акуш;ан С.А.,Логинов А.Р.-Решеиие на выдачу а.с. по загзке .'¿4596439/31-47 от 21.03.30 г.

6. Ыихин Н.М..Зачксвец 3.^.,Макуак!ш С.А. Расчет величины сб-сихсния в споре скольжения с азтокомпенсациен износа.-3 сб.: Износостойкость мас1к:Тез.до1сл.Зсесокзн.иаучк-?ехн.кону.-Бршск,

1991, ч.Х, с.8-9,

V. Михин Б.М. ,Ыакушкин С.А. Самоуплотняющаяся радиально-упорная опора скольжения с эвтокомленсацией износа.-3 сб.:Методы л средства испытаний протяженной трубопроводной арматуры:Тез.докл. Всесоюзн.научн-техн.конф.-ГГенза, 1992, с.120-121.

8. 'Лихин Н.М. .Ыакуткин С.А. Расчет величины сблигения в подшипнике скольяения с автоксмпенсацией износа.-Трение и пзнос, 1992,1.13,.'£3,с.413-420.

9. Михин Н.М. .Сляднев М.А.,Логинов А.Р..Ыакушкин С.А. Новый класс подданных соцрякений машин - самоуплотняющиеся и самоуста-навливащиеся опоры скольжения с автокомпенсацией износа.- 3 сб.: Нефтяная и газовая промышленность. Был.8 - М. :ШШЮЗНГ, 1992,

с.15-18.