автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Разработка методики расчета параметров линейного ЭГД-контакта с учетом турбулентности во входной зоне

На правах рукописи

005048215

Мостовой Геннадий Иванович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ЭГД-КОНТАКТА С УЧЕТОМ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ВО ВХОДНОЙ ЗОНЕ

Специальность: 05.02.04 - Трение и износ в машинах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

" янв т

Ростов-на-Дону - 2012

005048215

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО РГУПС)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Елманов Игорь Михайлович.

Ахвердиев Камил Самед Оглы доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения»

Буяновский Илья Александрович доктор технических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. A.A. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО Донской государственный технический университет (ДГТУ)

Защита состоится « 28 » декабря 2012 г. в 13ю на заседании диссертационного совета Д 218.010.02 при Ростовском государственном университете путей сообщения (ФГБОУ ВПО РГУПС) по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференц-зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «27» ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 218.010.02 д.т.н., доцент

И.М. Елманов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Анализ основных потерь на железнодорожном транспорте показал, что до 85 % всех отказов вызваны процессами трения и изнашивания. На преодоление сил трения затрачивается до 30 % расходуемой энергии, а в процессе изнашивания безвозвратно теряется более 10 % металла.

Основным условием нормального функционирования тяжелонагружен-ных узлов трения является обеспечение режима жидкостного трения, который в условиях непрерывного роста нагрузок и скоростей при одновременном снижении размеров изделий во все большем количестве неконформных сопряжений переходит в режим эластогидродинамической смазки (ЭГД-смазки). В экстремальных условиях этот режим характеризуется сильной неустойчивостью, приводящей к апериодическим разрушениям сплошной смазочной пленки. Для оценки условий смазывания в этом случае используется параметр - относительная продолжительность существования сплошной смазочной пленки (ДСП). С уменьшением ДСП износ сопряжения увеличивается и при достижении критического значения происходит отказ тяжелонагруженных неконформных сопряжений по причине задира.

Учитывая, что выход из строя узла трения может привести к аварийной ситуации, вопрос повышения ресурса неконформных сопряжений, таких как зубчатые передачи, подшипники качения, кулачковые механизмы и фрикционные передачи в условиях ЭГД-смазки является актуальным.

Работа выполнялась в соответствии с планом хоздоговорных научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО РГУПС по темам: «Исследование влияния физико-химических и теплофизических процессов на износ трибосистемы «колесо-рельс»» (договор № 77/41 от 19.07.07, шифр 19.2.016 Н.).и «Исследование трибологических свойств высокотяговых жидких смазочных материалов (ЖСМ) для фрикционных вариаторов» (договор № 443-11126 от 08.08.11).

Цель работы: Повышение ресурса пар трения в условиях ЭГД-контакта путем выбора ЖСМ с требуемыми свойствами.

Основные задачи исследовании. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ условий работы и методик расчета линейного ЭГД-контакта.

2. Получить аналитические зависимости, описывающие особенности течения ЖСМ в сопряжении абсолютно твердых цилиндров (АТЦ) с учетом изменения его вязкости от давления.

3. Разработать инженерную методику для расчета основных параметров линейного ЭГД-контакта.

4. Проверить выводы и рекомендации, полученные в работе, в лабораторных условиях.

Научная новизна:

1. Разработана модель течения ЖСМ в контакте абсолютно твердых цилиндров с учетом изменения ее вязкости, позволяющая без решения уравнения Рейнольдса, используя только один безразмерный параметр <рсх , аналитически определять несущую способность подобных сопряжений.

2. Установлено, что влияние турбулентности во входной зоне на увеличение вязкости ЖСМ при достаточной смазке незначительно и существенно возрастает (на 30.-..40%) при обильной смазке, характерной для высокоскоростных роликовых подшипников качения только в случае а < 1,5.

3. Предложено значение параметра Винклера, позволяющие оценить величину деформации поверхности линейных неконформных сопряжений в задачах ЭГД-смазки.

4. Разработан алгоритм и программа расчета толщины пленки и режима трения линейного ЭГД-контакта.

Практическая ценность работы.

1. Разработана методика определения толщины смазочной пленки в ЭГД-контакте в условиях «чистого» качения, включающая:

- измерительный комплекс для определения относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки;

- способ измерения толщины пленки по величине всплытия каретки;

- конструкции малогабаритных токосъемников.

2. Предложен критерий применимости уравнения Рейнольдса для абсолютно твердых цилиндров.

3. Обосновано предложение о включение в стандарты на ЖСМ дополнительного параметра - пьезокоэффициента вязкости.

4. Установлено существенное влияние боковых утечек на толщину смазочного слоя в линейном ЭГД-контакте при выполнении условия в>4а (а - полуплощадка Герца; в - ширина контакта).

5. Экспериментально идентифицирована базовая основа фрикционной жидкости, обладающей повышенным коэффициентом трения и толщиной пленки (в среднем на 3 %), чем у лучшего зарубежного трактанта «Сантот-рак 50» и лучшими смазочными свойствами, что позволит повысить ресурс вариатора не менее чем на 9 %.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на всероссийских научно-практических конференциях: «Транспорт 2008», «Транспорт 2009», «Транспорт 2010» , «Транспорт 2011» «Транспорт 2012», (г. Ростов-на-Дону),; VIII Международной конференции «Трибология и надежность» (г. Санкт-Петербург); международной научной конференция «Механика и трибология транспортных систем» («МехТрибоТранс-2011», (г. Ростов-на-Дону); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (г. Самара); всероссийской молодежной конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибозлектрохимии, материаловедении и мехатронике» (г. Москва); XII Международной научной конференции «Трибология и надёжность» (г. Санкт-Петербург).

Реализация результатов работы. Методика определения толщины смазочной пленки использована при оценке товарных железнодорожных смазок в хозрасчетном договоре № 41 с ОАО «РЖД», что позволило установить смазочные материалы (СМ), имеющие лучшие эксплуатационные свойства для заданных условий работы. Результаты по определению смазочных свойств жидких фрикционных смазочных материалов (ФСМ) использованы ОАО «Средневолж-

ский научно-исследовательский институт по нефтепереработке» (ОАО «СвНИИНП») при выборе базовой основы ФСМ и оптимального состава присадок. Это позволит уменьшить скорость проскальзывания фрикционных пар, особенно в условиях малых контактных давлений и, соответственно, повысить их ресурс.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка использованных источников из 110 наименований и приложений. Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста, включая 101 рисунок и 22 таблицы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, изложена цель и дана общая характеристика работы.

В первой главе проведен анализ результатов исследований по повышению долговечности пар трения в условиях ЭГД-смазки.

Установлено, что ресурс смазываемых неконформных сопряжений в условиях ЭГД-контакта в основном определяется толщиной смазочной пленки. Так, повышение ресурса подшипников качения в одних и тех же условиях, согласно Д. Скурке и Т. Таллиану, пропорционально квадрату отношения толщин пленки. Во фрикционных вариаторах, по данным фирмы Monsanto, эта зависимость носит более сложный характер:

А

L,

А

(О

\j 1 /

2

где Ь\ - средний ресурс; /\ - коэффициент трения.

Экспериментально установлено, что повышение пьезокоэффициента вязкости ЖСМ приводит к увеличению долговечности подшипников качения до четырех раз.

Как известно, теория гидродинамической смазки была создана в 1886 г. известным английским гидромехаником О. Рейнольдсом применительно к подшипникам скольжения. В первой половине прошлого века ее основные положения рядом авторов были перенесены на пары качения без достаточной оценки особенностей функционирования неконформных сопряжений. Поэтому первой задачей данной работы является анализ особенностей работы и методик расчета основных параметров ЭГД-контакта: толщины пленки, максимального давления ЖСМ и несущей способности.

Одним из основных недостатков большинства существующих методов расчета является то, что процесс трения качения моделируется скольжением цилиндрической поверхности вдоль плоского основания. В результате эпюра напряжений сдвига ЖСМ существенно искажается.

Второй недостаток заключается в том, что точка, соответствующая началу роста давления ЖСМ (первое граничное условие), выносится из зоны контакта в бесконечность. Профессором Кодниром Д.С. отмечен еще один недос-

таток: решение уравнения Рейнольдса ведется не от входа ЖСМ в зазор, а от места обрыва пленки.

Профессором Ахвердиевым К.С. установлено, что при возникновении турбулентности во входной зоне сопряжения вязкость ЖСМ //0 существенно повышается:

Иъ=Рт-}> С1)

где Цт — значение динамического коэффициента вязкости ЖСМ при атмосферном давлении и соответствующей температуре; у (/>1) - коэффициент, зависящий от числа Рейнольдса.

Для этих условий величину ] с погрешностью, не превышающей 6 %, можно найти из выражения

] = 0,013911е0'657. (2)

В работах Доусона Д. и Джонсона К. приведена схема для расчета параметров контакта абсолютно твердых цилиндров, устраняющая первый недостаток (рис. 1). Однако завершенного аналитического решения этой задачи для контакта абсолютно твердых цилиндров не было получено.

Рис. 1. Схема равновесия элементарно объема ЖСМ в линейном зазоре Учеными РГУПСа путем введения вязкостно-скоростного коэффициента кх и координаты начала роста давления ЖСМ хех , характеризующей условия смазывания контакта, впервые было получено аналитическое решение уравнения Рейнольдса для абсолютно твердых цилиндров без учета изменения вязкости ЖСМ от давления.

Это позволило получить универсальные зависимости для определения основных параметров контакта абсолютно твердых цилиндров, как функцию одного переменного - хех на основе решения уравнения

И3(х)

где р\{х) - приведенное давление; />,(х) = р(х)/к{; ку = б-р^и; и- суммарная скорость качения цилиндров; Ит - толщина смазочной пленки в месте максимума давления ЖСМ.

Анализ полученных зависимостей показал, что несущая способность подобных контактов значительно ниже линейной нагрузки в реальных сопряжениях.

В ЭГД-контакте давления достигают 103 МПа и более, что сопровождается существенным повышением вязкости ЖСМ и должно привести к увеличению его несущей способности. Это требует проведения дополнительных исследований и является второй задачей работы.

Другим фактором, объясняющим повышения несущей способности ЭГД-контакта, является увеличение его площади вследствие упругой радиальной деформации тел качения 3(х).

Величина зазора в этом случае определяется по формуле:

к(х) = 1г0+^-+3(х), (5)

2 г

где г — приведенный радиус сопряжения.

Определение 3(х) осуществляется с использованием уравнений теории упругости (задача Буссинеско). Однако программы этих численных расчетов совместно с уравнением Рейнольдса является эксклюзивными. Описания методов расчета этой задачи для ЭГД-смазки нет, поэтому большинство исследователей для определения б(х) применяют гипотезу Винклера:

пр

где А' - параметр Винклера; £пр - приведенный модуль упругости;

Е,

»р

(б) (7)

Ех+Е2

где Ех и Ег - ]

Ряд авторов без объяснения причин вместо Е„р используют величину

Е1=^ГЕ2

е1 + е2

называя ее эквивалентным модулем упругости.

Это приводит к различным значениям А' (табл. 1).

___Таблица 1

Тип Автор Параметр

контакта А'

Точечный К.Л. Джонсон 0.6 а

К.Л. Джонсон 0,84 а

Линейный Д.С. Коднир 2,54 а

* При использовании зависимости (6)

Учитывая, что расхождение результатов расчетов толщины ЭГД-пленки по сравнению с методами, использующими приближенное определение 5(х), незначительны - 3%, то третьей задачей исследования является разработка инженерной методики расчета толщины пленки ЖСМ в • линейном ЭГД-контакте.

Приборы для экспериментального определения толщины пленки промышленностью не выпускаются. При выполнении подобных исследований обычно используются оригинальные лабораторные установки, включающие набор стандартного оборудования.

Это потребовало для проверки результатов теоретических исследований разработать методику определения толщины смазочной пленки в условиях «чистого» качения, что позволит решить четвертую задачу исследования.

Исследования ряда авторов показали, что величина зазора в ЭГД-контакте в процессе измерения не является const, поэтому для более точной ее оценки предложено одновременно с измерением толщины смазочной пленки контролировать методом электропроводимости еще один параметр -относительную длительность существования сплошной смазочной пленки (ДСП).

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию течения ЖСМ в неконформных сопряжениях в условиях «чистого» качения с учетом повышения его вязкости от давления.

Из уравнения Рейнольдса для линейного изотермического контакта с использованием зависимости Баруса

М(х) = Мо ехр(ар(х)), (9)

где а - пьезокоэффициент вязкости;

получено аналитическое выражение для определения давления ЖСМ с учетом изменения его вязкости в контакте АТЦ

Pu(x) = ~H^-a-k1Pi(x)]}. (10)

и а Переходя к безразмерному параметру <р

ер = arctg * (11)

V2r/?o

и используя известное выражение

РХ<Р) = К ^/jo(sin2(Р + 4<Р + ^sin2<-/> + |<pj +С, (12)

где С - постоянная интегрирования; h0 - толщина пленки ЖСМ при х = 0;

к2 - коэффициент, учитывающий геометрию зазора;

к (13)

hо3

путем подстановки (12) в (10) получено аналитическое выражение , ко-

торое из-за его сложности здесь не приводится.

Значения постоянных, входящих в (12), найдены аналитически, используя граничные условия р^ (хвх) = 0 и р и (xag) = 0:

h =_8/г0[sin 2(роб - sin Ър„ + 2(сро6 -cpj]__

sin 4 <ро6 - sin 4 <рех + 8(sin 2 срс6 - sin Ърт)+12 {(рд5 -<ра)'

где (рвх и (р0а — получены из (11) путем подстановки хвх и х0ц .

Из (14) и (15) следует важный для гидродинамики вывод, что при общепринятой постановке задачи величины hm и С не зависят от величины пьезо-коэффициента вязкости. В то же время значение р (х) резко возрастает с увеличением а (рис. 2). Поэтому его значение обязательно должно указываться в стандартах ЖСМ, т.к. без этого невозможно выполнение практических расчетов ЭГД-контактов.

Из (10) также следует, что при выполнении условия

(16)

■ а

эта зависимость теряет физический смысл - значение функции под знаком логарифма становится меньше нуля. Зависимость (16) раскрывает механизм этого явления, связывая воедино геометрию контакта {р\{х)) с условиями проведения испытаний и, ¿i0 и а.

Ограничением области применения (10) для абсолютно твердых цилиндров является условие:

К

где ртх - безразмерная величина; ртлх = р /(£, -k2-h0);

pr-h0

к3=6-а- цйи ■ v . (18)

"о

Для определения величины несущей способности контакта абсолютно твердых цилиндров с учетом повышения вязкости ЖСМ предложена зависимость:

í„ (*«) = *„•*(*«), (19)

где - коэффициент, характеризующий увеличение несущей способности с учетом повышения вязкости в контакте от давления ЖСМ (рис. 3).

РрЮПа 4Ч08

3,5*108 3*10® 2,5»108 2*108 1,5*103 1*10® 5Ч07

3 г-

1 1 . ч

1, 1 ; Ь ; 1 1 1

; '/ 1 ■ 1 ! / \

/ \

--- г \ Х

---- ----

-4*10

-3*10

-4 -4 -2*10- -1*10

1*104 Л',.«

Рис. 2. Характерные эпюры давления ЖСМ в контакте

АТС (г = 0,02 м; а = 4х 10~8 Па"1; к, = 10): 1,2,... 6 -110 = 4,5; 4,67; 4,6811569; 4,6815; 5; 5,5 мкм 7 - а = 0, к0 = 5,5 мкм

Как показали расчеты, повышение несущей способности пленки ЖСМ в контакте абсолютно твердых цилиндров с учетом изменения его вязкости от давления возможно не более чем в три раза (рис. 3), т.е. остается значительно ниже линейной нагрузки в реальных сопряжениях.

Влияние турбулентности во входной зоне на увеличение вязкости ЖСМ в условиях достаточного смазывания незначительно и заметно возрастает (на 30...40 %) при обильной смазке, характерной для высокоскоростных роликовых подшипников качения только в случае а < 1,5.

Очевидно, что существенное повышение несущей способности ЭГД-контакта может быть связано только с увеличением размеров области высокого давления ЖСМ в результате упругих деформаций контактирующих поверхностей.

Рис. 3. Зависимость предельного значения /с,, от - а ■ ртт)|

Анализ методик расчета параметров линейного ЭГД-контакта, использующих гипотезу Винклёра, позволил установить существенные расхождения величины деформации контактирующих поверхностей в условиях, когда эпюра давления ЖСМ приближается к зависимости Герца (рис. 4).

Рис. 4 Изменение деформации 8 по длине зазора (д = 5-Ю5 Н/м, г = 0,01 м, Е„р= 9,8-Ю10Па): 1 - по Кодниру; 2 - по Джонсону; 3 - по Герцу; 4 - согласно (18); 5 - при к5 = 1,76

Более близкие значения деформаций к величинам, определенным в условиях, когда распределение давления СМ близко к Герцевскому, можно получить, используя менее известную теоретическую зависимость

3(х) = ^р1(х), (20)

пр

где к5 = 2.

Погрешность расчетов в этом случае, по сравнению Герцевским, не превышает ± 14 % (рис. 4, кривая 4).

Расчеты показали, что уменьшение коэффициента к8 до величины 1,76 снижает погрешность вычислений до 4 % (см. рис. 4, кривая 5).

Для оценки эффективности использования параметра Винклера разработана программа расчета деформаций сопрягаемых поверхностей в неконформных сопряжениях с использованием уравнения теории упругости (задача Бус-синеско).

Характерным отличием решения уравнения Рейнольдса для линейных ЭГД-контактов при использовании гипотезы Винклера является резкий переход эпюры зазора в месте сужения (рис. 5, кривая 2). Изменение деформации поверхности, рассчитанные согласно уравнению теории упругости, носят более плавный характер (рис. 5, кривая 3).

2

£ 1.5

-С-

1

0.5 0

-0.5

Рис. 5 Эпюра толщины смазочной пленки в линейном ЭГД-контакте: 1 - исходный профиль; 2-е использованием постоянной Винклера;

3 — согласно уравнению упругости

Учитывая существенные отличия эпюр давления ЖСМ, полученных по разным методикам, в качестве условия для сравнения несущей способности было принято равенство минимальных зазоров, величина которых оказывает непосредственное влияние на средний ресурс сопряжения.

Наиболее удобную для инженерных расчетов методику определения ос-

х10 ЗазоР

И к 1—погЮеГогт 3 Визе

/ Л 1

/ (V/

у \

-2-10 1 2

х, т хЮ

новных параметров ЭГД-контакта предложил профессор Коднир Д.С., используя уравнение Рейнольдса в безразмерных координатах гик:

йк 1-Я Вак

'е , (21)

где * = B = -^^j2h~i:-,H = l-z2a+z1+Ck- С = А'В/{EnphQ); za- безраз-

ск Н

Р_ В=К_

в, ьг V— о- * -

мерная абсцисса в месте обрыва смазочного слоя.

Это позволило на основе решения (21) получить табличные значения безразмерных параметров для некоторых условий ЭГД-контакта.

К сожалению, несмотря на явные преимущества, эта методика не лишена трех основных недостатков теории ЭГД-контакта (глава 1).

Автором разработана новая методика определения основных параметров линейного ЭГД-контакта, учитывающая условия смазывания контакта и основанная на методе аппроксимаций.

Для повышения производительности расчетов и исключения ошибок, связанных с «жесткостью» решения (21), были получены аппроксимирующие зависимости для определения минимальной толщины смазочной пленки:

Ня = £ (Ва)3 + & (Ва)2 + £ Л а + (22)

где (С) = а1еь'с + с/1,0; а1, Ъ{, с,-, - коэффициенты.

Аналогичные зависимости были получены для кта и К. Пример определения зависимости от С представлен на рис. 6.

О 5 10 15 20"..... ..... 25 30~с

Рис. 6. Аппроксимация = /(С) и 95 % доверительный интервал

Инженерная методика определения основных параметров ЭГД-контакта включает семь этапов:

1. По исходным данным к расчету определяется требуемое значение минимальной толщины пленки ЖСМ hmb, гарантирующей режим жидкостного трения.

2. Согласно рекомендациям в справочной литературе, предварительно выбирается тип ЖСМ, т.е. ¡ит и а.

3. С учетом размеров входной зоны и скорости качения уточняется

4. Рассчитываются безразмерные параметры: С и Ва .

5. По полученным аппроксимирующим зависимостям определяются безразмерные параметры: Нш, и К.

6. Вычисляются фактические величины йт!п, ртт и д.

7. Результаты расчетов, приведенных в пункте 6, сравниваются с исходными данными, и принимается решение о возможности применения выбранного ЖСМ.

Использование методики позволит не только существенно сократить трудоемкость численных расчетов подобного типа задач, но и исключит возможность ошибки, связанной с жесткостью решения уравнения Рельнольдса.

В третьей главе разработана методика оценки трибологических свойств ЖСМ по величине смазочной пленки в условиях «чистого» качения на модернизированной машине трения типа «Амслер» (рис. 7) по величине подъема каретки при подаче ЖСМ в зону трения.

Рис.7 Модернизированная машина трения ИИ 5018

Одновременно методом электропроводимости проводился контроль существования режима жидкостного трения с помощью прибора ПКМП.

Учитывая невозможность применения на серийных машинах трения ртутных токосъемников, были разработаны токосъемники оригинальной конструкции (рис. 8).

а)

Рис. 8. Токосъемники:

а) - верхнего вала: 1- игла; 2- бронзовая вставка; 3- гайка съемная; б) - нижнего вала:1- верхний ролик; 2- комбинированная гайка;3- бронзовая вставка; 4 - игла; 5- кольца из полиимида или полиамида; 6- нижний ролик; 7- втулка из полиимида или полиамида; 8- проводник

Принцип действия токосъемников основан на практически полном отсутствии скольжения в точках контакта при совпадении с вершинами конусов, что исключает их окисление. Это позволяет обеспечить высокую надежность измерений электросопротивлений в контакте роликовых образцов, нижний из которых изолирован от вала.

Оценка режима трения осуществлялась по величине относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки (ДСП). Результаты измерений толщины смазочной пленки считаются достоверными, если значение ДСП в процессе испытания превышает 60 %.

Датчики толщины и относительной продолжительности существования смазочной пленки и термопара были подключены к ЭВМ. Это позволило получить осциллограммы (рис. 9, 10), характеризующие изменение этих параметров.

Анализ осциллограмм показал высокую повторяемость результатов измерений толщины пленки. На рис. 9 отчетливо видно, что даже при случайном попадании ЖСМ в контакт средняя толщина пленки имеет примерно то же значение, что в ранее проведенных испытаниях, расхождения среднего значения толщины пленки, составляет 3,2 %.

При измерении толщины пленки ЖСМ «Сантотрак 50» было установлено, что экспериментально полученная толщина пленки /гэксп значительно меньше расчетной /гтеор (табл. 2). Одной из причин этого может быть наличие более значительных боковых утечек ЖСМ, чем предполагается в теории ЭГД-контакта.

_ __Таблица 2

р> и, /*расч> к кЗКСК мкм 1 _ (диски) ^расч

ГПа м/с МКМ МКМ (с диска- ПКСП КксЛ^иСКи)

ми)

0,6 2 0,592 0,321 0,52 1,590 1,1385

4 0,962 0,523 0,73 1,396 1,3178

6 1,278 0,69 1,16 1,681 1,1017

8 1,563 0,84 1,39 1,655 1,1245

0,8 2 0,549 0,29 0,49 1,689 1,1204

4 0,893 0,48 0,82 1,708 1,089

6 1,19 0,64 0,99 1,547 1,202

8 1,45 0,81 1,25 1,543 1,16

1,0 2 0,52 0,27 0,45 1,667 1,1556

4 0,84 0,45 0,75 1,667 1,12

6 1,12 0,63 0,97 1,539 1,1546

8 1,37 0,78 1,17 1,50 1,1709

Для обеспечения идентичности условий эксперимента и теоретической модели контакта был применен метод профессора Евдокимова Ю.А. с использованием двух дисков, устанавливаемых на торцах одного из тел качения, что существенно снижает величину боковых утечек.

Г

т

I

*

Г- !

J

№ 110 <¿0 1 140 1 10П " 170

Рис. 9. Изменения толщины пленки Ъ КР-400: (Р мах=200 МПа ; и = 6 м/с)

наличие планки

н 1

а)

. } ....

^ «и ¡5 ¿Н""'"' сГсс-НоГ;

; подача смазки

; . — |

обнуление '

ТЧ......

..........

и ч

* И

'ОН

л *

наличие пленки

уу=4 М/С

"""* ........7 У=8м/с

¿■обнуление

Я

и*

Щт

б) ^

Рис. 10. Осциллограмма ЫЗарЬ 2: относительная длительность существования сплошной смазочной пленки «Буксол» (а - градуировка прибора; б - процесс измерений)

Оригинальность методики заключается в том, что, в отличие от известного технического решения, диски выполнены из металлофторопластого листа, что существенно уменьшает силу трения, и расположены на сопряженных телах качения таким образом, что их установка и снятие не нарушает условий контактирования (рис. 11).

Рис. 11 Схема испытаний: 1 - верхний ролик; 2 - нижний ролик; 3,4- диски

Исследования показали, что толщина пленки в условиях ограничения боковых утечек возросла в 1,5...1,7 раза (рис. 12). Расхождения между теоретическими и экспериментальными данными не превышали 31%.

1.4

1,2 1

1 0,8 0,6 0,4 0,2

1

г*

■ей--" 3 2

0123456789

и, м/с

Рис. 12 Зависимость толщины пленки ЖСМ «Сантотрак 50» в ЭГД-контакте от скорости качения (рмшс= 0,8 ГПа): 1 - йрасч; 2 - Ижсп; 3 - /гэксп (с дисками); 4 - /гарр = 0.314-и0,66

Очевидно, что для практических расчетов возможно введение поправочных коэффициентов к4 для определения толщины пленки ЖСМ ( табл. 2).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Получена аналитическая зависимость для расчета эпюры давления в контакте абсолютно твердых цилиндров с учетом изменения вязкости ЖСМ от давления.

2. Установлен критерий применимости модели Рейнольдса для смазываемых абсолютно твердых цилиндров, с использованием которого теоретически показано, что увеличение несущей способности с учетом повышения вязкости ЖСМ от давления возможно не более чем в три раза. Это почти на два порядка меньше линейной нагрузки, действующей в реальных узлах трения.

3. Предложена универсальная зависимость для расчета несущей способности контакта смазываемых абсолютно твердых цилиндров без решения уравнения Рейнольдса.

4. Установлено, что отсутствие в российских и в большинстве международных стандартах значения пьезокоэффициента вязкости ЖСМ не позволяет корректно оценить свойства смазочных материалов в ЭГД-контакте.

5. Уточнено значение параметра Винклера, позволяющее оценить величину деформации поверхности линейных неконформных сопряжений в задачах ЭГД-смазки при эпюре давления близкой к распределению Герца с погрешностью ±4%.

6. Разработана инженерная методика расчета основных параметров линейного ЭГД-контакта: толщины пленки, несущей способности и максимального давления ЖСМ - без решения уравнения Рейнольдса, существенно сокращающая трудоемкость расчетов и исключающая возможность ошибки, вызываемой «жесткостью» его решения.

7. Показано, что влияние турбулентности во входной зоне и связанное с ним увеличение вязкости ЖСМ повышает несущую способность абсолютно твердых цилиндров при достаточной смазке незначительно. При обильной смазке высокоскоростных роликовых подшипников качения в случае а < 1,5 это повышение достигает 30...40 %.

8. Разработана методика измерения толщины смазочной пленки в ЭГД-контакте в условиях «чистого» качения, включающая:

- измерительный комплекс для определения относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки;

- способ измерения толщины пленки по величине всплытия каретки;

- конструкции малогабаритных токосъемников.

9. Установлено существенное влияние боковых утечек на толщину смазочного слоя в линейном ЭГД-контакте при выполнении условия в>4а (а - полуплощадка Герца; в - ширина контакта).

10. Экспериментально идентифицирована базовая основа фрикционной жидкости, обладающей повышенным коэффициентом трения и толщиной пленки (в среднем на 3 %), чем у лучшего зарубежного ЖСМ «Сантотрак 50» и

лучшими смазочными свойствами, что позволит повысить ресурс вариатора не менее чем на 9 %.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Издания, рекомендованные ВАК:

1. Мостовой Г.И. Результаты измерений толщины пленки железнодорожных смазочных материалов / Елманов И.М., Даровской Г.В., Мостовой Г.И. // Тяжелое машиностроение, 2009. - № 10. - С. 28-30.

2 Мостовой Г.И. Аналитическое решение уравнения Рейнольдса для линейного контакта абсолютно твердых тел / Елманов И.М., Булавин Ю.П., Мостовой Г.И. // Трение и смазка в машинах и механизмах, 2011. — N° 6. -С. 3-9.

3 Мостовой Г.И. Сравнение моделей расчета деформаций в линейном контакте цилиндров в условиях гидродинамической смазки / Елманов И.М., Булавин Ю.П., Мостовой Г.И. // Трение и смазка в машинах и механизмах, 2011.-№ 10.-С. 8-12.

4 Мостовой Г.И. Несущая способность линейного контакта абсолютно твердых тел / Мостовой Г.И., Буракова М.А. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук «Актуальные проблемы трибологии», 2011. — Т. 13. — № 4(3). - С. 1141-1144.

Другие издания:

5 Мостовой Г.И. Совершенствование методики измерения толщины смазочной пленки на машине трения типа «Амслер» / Мостовой Г.И. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт 2008». Ч. 3. Рост, гос. ун-т путей сообщения. - Ростов н/Д: 2008. - С. 137-139.

6 Мостовой Г.И. Конструкция токосъемника для измерения толщины смазочной пленки / Елманов И.М., Мостовой Г.И. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт 2008». Ч. 3. Рост. гос. ун-т путей сообщения. - Ростов н/Д: 2008. - С. 125-126.

7 Мостовой Г.И. Методика измерений толщины смазочной пленки на двухроликовой машине трения / Мостовой Г.И. // «Инновации, перспективы развития локомотиво- и вагоностроения России» / Сборник трудов молодых ученых, докторантов и аспирантов. - Ростов н/Д: РГУПС. - 2008. - С. 54-59.

8 Мостовой Г.И. Методика измерений толщины смазочной пленки в условиях чистого качения / Елманов И.М., Даровской Г.В., Мостовой Г.И. // «Трибология и надежность» / Сборник научных трудов VIII Международной конференции. Петербургский гос. ун-т путей сообщ., - Санкт-Петербург: 2008. - С. 233-240.

9 Мостовой Г.И. Новая конструкция устройства для измерения электропроводимости трибоконтактов на машине трения ИИ5018 / Мостовой Г.И. // Труды международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство». Рост. гос. ун-т путей сообщения. - Ростов н/Д: 2009. - С. 90-91.

10 Мостовой Г.И. Теоретические методы исследования параметров ЖСМ в микрозазорах / Мостовой Г.И. // Труды Всероссийской научно-практической

конференции «Транспорт 2009». Ч. 3. Рост. гос. ун-т путей сообщения. - Ростов н/Д: 2009.-С. 183-184.

11 Мостовой Г.И. Исследование условий смазывания зубчатых передач с применением электрофизического метода / Елманов И.М., Буракова М.А., Мостовой Г.И. // Инновации для транспорта «Трансвуз - 2010» / Сборник научных статей с международным участием. Ч. 3. ОмГУПС. - Омск: 2010. -С. 18 22.

12 Мостовой Г.И. Совершенствование методики измерения электропроводимости трибосопряжений на машине трения ИИ 5018 / Мостовой Г.И., Поляков Е.В., Поляков В.Н. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт 2010». Ч. 3. Рост. гос. ун-т путей сообщения. - Ростов н/Д: 2010.-С. 279.

13 Мостовой Г.И. Особенности статико-динамической градуировки машин трения типа «Амслер» / Даровской Г.В., Мостовой Г.И. // Труды РГУПС 2010. - № 3 (12). - С. 45-49.

14 Мостовой Г.И. Анализ методов измерения толщины смазочной пленки / Мостовой Г.И. // Труды РГУПС, 2010. - № 3 (12) . - С. 94-97.

15 Мостовой Г.И. Конструкция малогабаритного токосъемника для исследования электрофизических явлений в смазываемых контактах на машине трения ИИ 5018 / Мостовой Г.И., Поляков Е.В., Поляков В.Н. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2011». Ч. 2. Рост. гос. ун-т. путей сообщения. - Ростов н/Д: 2011. - С. 396-398.

16 Мостовой Г.И. Совершенствование методики определения несущей способности линейного контакта АТЦ / Елманов И.М., Булавин Ю.П., Мостовой Г.И. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2011». Ч. 2. Рост. гос. ун-т. путей сообщения. - Ростов н/Д: 2011 -С. 85-88.

17 Мостовой Г.И. Уточненное значение параметра Винклера для задач ЭГД-контакта / Елманов И.М., Кротов В.Н., Мостовой Г.И. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2011». Ч. 2. Рост. гос. ун-т. путей сообщения. - Ростов н/Д: 2011. - С. 393-395.

18 Мостовой Г.И. Использование гипотезы Винклера в задачах ЭГД-смазки / Мостовой Г.И. // Труды международной научной конференции «МехТрибоТранс-2011». Рост. гос. ун-т. путей сообщения - Ростов н/Д, 2011 — С. 364-367.

19 Мостовой Г.И. Несущая способность линейного контакта абсолютно твердых тел // Труды РГУПС, 2011. - № 4 (18). - С. 52-59.

20. Мостовой Г.И. Применения метода аппроксимаций при инженерных расчетах параметров линейного ЭГД-контакта / Булавин Ю.П./Елманов И.М., Мостовой Г.И. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2012». - Ростов н/Д: РГУПС, 2012,- С. 151-153.

21. Мостовой Г.И. Разработка нового метода оценки толщины смазочной пленки в линейном ЭГД-контакте / Буракова М.А., Елманов И.М., Мостовой Г.И. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2012». - Ростов н/Д: РГУПС, 2012,- С. 154-156.

22. Мостовой Г.И. Разработка аппроксимирующих зависимостей для расчета параметров ЭГД-контакта / Мостовой Г.И. // Всероссийская молодежная конференция «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохпмии, материаловедении и мехатронике» Институт машиноведения им. A.A. Благо-нравова РАН - Москва, 2012. - С 37-38

23. Мостовой Г.И. Оценка толщины смазочной пленки в линейном ЭГД-контакте / Буракова М.А., Елманов И.М., Мостовой Г.И. // «Трибология и надежность» / Сборник научных трудов XII Международной конференции. Балтийский гос. техн. ун-т. - Санкт-Петербург: 2012. - С. 151-158.

Мостовой Геннадий Иванович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ЭГД-КОНТАКТА С УЧЕТОМ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ВО ВХОДНОЙ ЗОНЕ

Специальность: 05.02.04 - Трение и износ в машинах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 23.11.2012 г. Формат бумаги 60x84/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100. Заказ №6633.

Ростовский государственный университет путей сообщения Ризография ФГБОУ ВПО РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.

Условные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Особенности работы неконформных сопряжений.

1.2 Теоретические методы определения толщины смазочной пленки ЖСМ и несущей способности неконформных сопряжений.

1.2.1 Методика определения толщины пленки в сопряжении абсолютно твердых цилиндров.

1.2.2 Методика определения толщины пленки в сопряжении упругих цилиндров.

1.2.2.1 С использованием параметра Винклера.

1.2.2.2 На основании решения задачи Буссинеско.

1.3 Экспериментальное определение толщины смазочной пленки в ЭГД-контакте.

1.3.1 Методы определения толщины пленки.

1.3.2 Особенности определения толщины пленки в ЭГД-контакте.

1.4. Итоги анализа и задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЖСМ В НЕКОНФОРМНЫХ СОПРЯЖЕНИЯХ В УСЛОВИЯХ

ЧИСТОГО» КАЧЕНИЯ.

2.1 Разработка модели течения ЖСМ в линейном контакте АТЦ с учетом изменения ее вязкости.

2.1.1 Получение аналитических зависимостей для расчета давления ЖСМ в зазоре АТЦ.

2.1.2 Особенности расчета несущей способности линейного контакта АТЦ.

2.1.3 Исследование влияния турбулентности ЖСМ на входе в контакт на несущую способность сопряжения АТЦ.

2.2 Особенности расчета параметров ЖСМ в ЭГД-контакте.

2.2.1 Сравнение моделей расчета деформаций в линейном контакте в ЭГД-смазки.

2.2.2 Разработка инженерной методики расчета основных параметров линейного контакта в условиях ЭГД-смазки.

2.3 Выводы.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СМАЗОЧНЫХ СВОЙСТВ

ЖИДКИХ И ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1 Методика эксперимента.

3.1.1 Используемая аппаратура.

3.1.1.1 Роликовая машина трения -ИИ-5018.

3.1.1.2 Устройство для регистрации относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки.

3.1.1.3 Аттестация устройства.

3.1.1.4 Стандартные приборы, используемые в процессе исследований трибологических свойств ЖСМ.

3.1.1.5 Расходные материалы и изделия.

3.1.1.6. Процедура эксперимента.

3.2 Результаты исследований толщины смазочной пленки железнодорожных «товарных смазок».

3.2.1 Оценка толщины пленки железнодорожных «товарных смазок» при наличии наполнителей.

3.3 Сравнение теоретических расчетов с экспериментальными данными и результатами исследований других авторов.

3.3.1 Исследование физико-механических свойств

ЖСМ «Сантотрак 50».

3.3.2 Определение смазочных свойств ЖСМ «Сантотрак 50».

3.3.2.1 Результаты определение относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки (ДСП) методом электропроводимости.

3.3.2.2 Результаты определения толщины смазочной пленки ЖСМ

Сантотрак 50».

3.3.3 Анализ экспериментальных данных.

3.3.4 Сравнение результатов исследований.

3.4 Выводы.

Повышение ресурса машин и механизмов является одной из главных проблем в технике [74, 86, 87].

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в трибологии, многие вопросы, связанные с повышением износостойкости и уменьшением потерь на трение, остаются нерешенными [16, 24, 49,].

Уже в 40-х годах XX века стало ясно, что классическая теория гидродинамической смазки не может быть применена при расчете тяжелонагру-женных узлов трения при контакте неконформных или легкодеформируемых тел вследствие того, что в этих условиях деформируются контактирующие тела, изменяется площадь контакта и повышается вязкость смазочных материалов. Учет действия этих факторов, позволил расширить область применения теории гидродинамической смазки [79, 86, 92].

Это привело к созданию эластогидродинамической (ЭГД) теории смазки, что позволило распространить классическую гидродинамическую теорию смазки на условия контакта, при которых реализуются высокие давления, вызывающие упругие деформации контактирующих тел и увеличивающие вязкость смазочного материала (СМ) в пленке жидкости, разделяющей эти тела [49].

Большой вклад в изучение эластогидродинамической теории смазки внесен трудами отечественных ученных AM. Эртелем, М.В. Коровчинским, А.Н. Грубиным, А.И. Петрусевичем, Еалаховым, Д.С. Кодниром, и зарубежными исследователями Д. Даусоном, К. Джонсоном, Е.В. Хигтинсоном и др.

В настоящее время над вопросами ЭГД-смазки в нашей стране работают большие группы ученых под руководством академика Еорячевой И.Г., профессоров, И.А. Тодера, И.М. Елманова. За рубежом I.I. Kudish, A.J Roberts, A. Boudaoud, C.H.Venner, A. Lubrecht.

Основным условием нормального функционирования тяжелонагру-женных пар трения является обеспечение режима жидкостного трения, который в условиях непрерывного роста нагрузок и скоростей и одновременном снижении размеров изделий во все большем количестве сопряжений переходит в режим эластогидродинамической смазки (ЭГД-смазки).

Характерной особенностью режима ЭГД-смазки, является непостоянство толщины пленки, что приводит к апериодическим разрывам сплошной смазочной пленки в контакте и переходу на смешанный [37]. Последнее, характерно для зубчатых передач, подшипников качения, кулачковых механизмов и, особенно, для смазываемых фрикционных передач, которые находят все более широкое распространение во всех отраслях техники [21, 90].

Режим жидкостного трения в этих условиях можно охарактеризовать относительной продолжительностью существования сплошной смазочной пленки [74]. При достижении относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки критического значения происходит отказ тяжелонагруженных неконформных сопряжений узла трения по причине за-дира[26].

Учитывая, что выход из строя узла трения может привести к аварийной ситуации всего механизма, вопрос повышения ресурса неконформных сопряжений в условиях ЭГД-смазки является актуальным.

Работа выполнялась в соответствии с планом хоздоговорных научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО РГУПС по темам: «Исследование влияния физико-химических и теплофизических процессов на износ трибо-системы «колесо-рельс»» (договор № 77/41 от 19.07.07, шифр 19.2.016 Н.) и «Исследование трибологических свойств высокотяговых ЖСМ для фрикционных вариаторов» (договор № 443-11126 от 8.08.11).

Целью настоящей работы является повышение ресурса пар трения в условиях ЭГД-контакта путем выбора ЖСМ с требуемыми свойствами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ условий работы и методик расчета линейного ЭГД-контакта.

2. Получить аналитические зависимости, описывающие особенности течения ЖСМ в сопряжении абсолютно твердых цилиндров (АТЦ) с учетом изменения его вязкости от давления.

3. Разработать инженерную методику для расчета основных параметров линейного ЭГД-контакта.

4. Проверить выводы и рекомендации, полученные в работе, в лабораторных условиях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана модель течения ЖСМ в контакте абсолютно твердых цилиндров с учетом изменения ее вязкости, позволяющая без решения уравнения Рейнольдса, используя только один безразмерный параметр (рвх , аналитически определять несущую способность подобных сопряжений.

2. Установлено, что влияние турбулентности во входной зоне на увеличение вязкости ЖСМ при достаточной смазке незначительно и существенно возрастает (на 30.40%) при обильной смазке, характерной для высокоскоростных роликовых подшипников качения только в случае а < 1,5.

3. Предложено значение параметра Винклера, позволяющие оценить величину деформации поверхности линейных неконформных сопряжений в задачах ЭГД-смазки.

4. Разработан алгоритм и программа расчета толщины пленки и режима трения линейного ЭГД-контакта.

Практическая ценность работы:

1. Разработана методика определения толщины смазочной пленки в ЭГД-контакте в условиях «чистого» качения, включающая:

- измерительный комплекс для определения относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки;

- способ измерения толщины пленки по величине всплытия каретки;

- конструкции малогабаритных токосъемников.

2. Пре^дложен критерий применимости уравнения Рейнольдса для абсолютно твердых цилиндров.

3. Обосновано предложение о включение в стандарты на ЖСМ дополнительного параметра - пьезокоэффициента вязкости.

4. Установлено существенное влияние боковых утечек на толщину смазочного слоя в линейном ЭГД-контакте при выполнении условия в>4а (а - полуплощадка Герца; в - ширина контакта).

5. Экспериментально идентифицирована базовая основа фрикционной жидкости, обладающей повышенным коэффициентом трения и толщиной пленки (в среднем на 3 %), чем у лучшего зарубежного трактанта «Санто-трак 50» и лучшими смазочными свойствами, что позволит повысить ресурс вариатора не менее чем на 9 %.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях: «Транспорт 2008» (г. Ростов-на-Дону, апрель 2008), «Транспорт 2009» (г. Ростов-на-Дону, апрель 2009), «Транспорт 2010» (г.Ростов-на-Дону, апрель 2010), «Транспорт 2011» (г.Ростов-на-Дону, апрель 2011); VIII Международной конференции «Трибология и надежность» (г. Санкт-Петербург, октябрь 2008); Международной научной конференция "Механика и трибология транспортных систем" «МехТрибоТранс-2011» (г. Ростов-на-Дону, ноябрь 2011); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (г. Самара, ноябрь 2011); Всероссийской молодежной конференции «Проблемы синергетики в трибологии, рибоэлектрохимии, материаловедении и мехатро-нике» (г.Москва, август 2012); XII Международная научная конференция "Трибология и надёжность" (г. Санкт-Петербург, октября 2012 г.

Результаты работы использованы:

1. Методика определения толщины смазочной пленки использована при оценке товарных железнодорожных смазок в хозрасчетном договоре №41 с РАО РЖД, что позволило установить смазочные материалы (СМ), имеющие лучшие эксплуатационные свойства, для заданных условий работы.

2. Результаты по определению смазочных свойств жидких фрикционных смазочных материалов (ФСМ) использованы Открытым акционерным обществом «Средневолжский научно-исследовательский институт по нефтепереработке», (ОАО «СвНИИНП») при выборе базовой основы ФСМ и оптимального состава присадок. Это позволит уменьшить скорость проскальзывания фрикционных пар до 30% особенно в условиях низких контактных давлений и соответственно повысить их ресурс.

По теме диссертации опубликовано 23 печатных работ, в том числе 4 работы в изданиях ВАК.

Работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка использованных источников из 110 наименований и приложений. Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста, включая 101 рисунок и 22 таблицы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Получена аналитическая зависимость для расчета эгпоры давления в контакте АТЦ с учетом изменения вязкости ЖСМ от давления.

2. Установлен критерий применимости модели Рейнольдса для смазываемых АТЦ, с использованием которого теоретически показано, что максимальное увеличение несущей способности с учетом повышения вязкости ЖСМ от давления не превышает трех. Это более чем на два порядка меньше линейной нагрузки, действующей в реальных узлах трения.

3. Предложена универсальная зависимость для расчета несущей способности контакта смазываемых АТЦ без решения уравнения Рейнольдса.

4. Установлено, что отсутствие в российских и в большинстве международных стандартах значения пьезокоэффициента вязкости ЖСМ не позволяет корректно оценить свойства смазочных материалов в ЭГД-контакте.

5. Уточнено значение параметра Винклера, позволяющее оценить величину деформации поверхности линейных неконформных сопряжений в задачах ЭГД-смазки при эпюре давления близкой к распределению Герца с погрешностью ± 4%.

6. Разработана инженерная методика расчета основных параметров линейного ЭГД-контакта: толщины пленки, несущей способности и максимального давления ЖСМ - без решения уравнения Рейнольдса, существенно сокращающая трудоемкость расчетов и исключающая возможность ошибки, вызываемой «жесткостью» его решения.

7. Показано, что влияние турбулентности во входной зоне и связанное с ним увеличение вязкости ЖСМ повышает несущую способность АТЦ при достаточной смазке незначительно. При обильной смазке высокоскоростных роликовых подшипников качения в случае а < 1,5 это повышение достигает 30.40%.

8. Разработана методика измерения толщины смазочной пленки в ЭГД-контакте в условиях «чистого» качения, включающая: измерительный комплекс для определения относительной продолжительности существования сплошной смазочной пленки;

- способ измерения толщины пленки по величине всплытия карегки;

- конструкции малогабаритных токосъемников.

9. Установлено существенное влияние боковых угечек на толщину смазочного слоя в линейном ЭГД-контакте при выполнении условия в>4а (|а - полуплощадка Герца; в - ширина контакта).

10. Экспериментально идентифицирована базовая основа фрикционной жидкости, обладающей повышенным коэффициентом трения и толщиной пленки (в среднем на 3%), чем у лучшего зарубежного ЖСМ «Санготрак 50» и лучшими смазочными свойствами, что позволит повысить ресурс вариатора не менее чем на 9%.

1. А. с. № 91589 СССР, Класс 42 Ь, 12. Прибор для непрерывного измерения толщины смазочного слоя в подшипнике скольжения / Ронин Л.М., Коднир Д.III., Зоммер Э.Ф., Медвинский М.Д. Заявл. 10.01.50. Опубл. 1951г. Бюл. № 8.

2. А. с. № 1049783 СССР, МКИ G 01 N 3/56. Способ тарирования толщины масленой пленки / Бавин И.И.,. Мельник В.Б., Демьянов Д.Д., Михайленко А.П. Заявл. 24.10.81. Опубл. 28.09.83. Бюл. № 39.

3. А. с. № 1420457 СССР, МКИ G01N33/30. Устройство для дифференцированной оценки условий смазывания в узлах трения / Павлик Б.Б., Спасов A.B., Елманов И.М. Заявл. 24.12.86. Опубл. 30.08.88. Бюл. № 32.

4. Албагачиев А.Ю., Гурский Б.Э., Лужков Ю.М. и др. Актуальные эколого-экономические проблемы трибологии // Вестник машиностроения. 2008.1. Ю. С. 42-46.

5. Анисимов И.Г., Бадыштова K.M., Бнатов С.А. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Рекомендации по применению. Справочник. М.: Техинформ, 1999. 608 с.

6. Ахвердиев К.С., Вовк А.Ю., Мукутадзе М.А., Савенкова М.А. Математическая модель гидродинамической смазки бесконечно широких опор, работающих в турбулентном режиме на микрополярной смазке // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2007. № 9. С. 12-15.

7. Басишок В.Л., Эль Мессауди Д., Мардосевич Е.И. Колебания толщины смазочной пленки в подшипниках качения // Трение и износ. 2008. Т. 29.1. С. 83-90.

8. Басишок В.Л. Толщина смазочной пленки в динамически нагруженном прямозубом зубчатом зацеплении // Трение и износ. 2004. Т. 25. № 2. С. 172183.

9. Белл И.С., Кеннел И.В. Интерпретация данных о толщине масляной пленки при качении. Ч. Г1. Влияние реологических факторов // Труды Американского общества инженеров-механиков «Проблемы трения и смазки». 1971.4, С. 45-59.

10. Браун Э.Д., Буше H.A., Буяновский И.А. и др. Основы трибологии (строение, износ, смазка) / Под ред. A.B. Чичинадзе: Учебник для технических вузов. М.: Центр «Наука и техника», 1995. 778 с.

11. Булавин Ю.П., Довбня A.B., Елманов И.М. Особенности применения гипотезы Винклера при решении эластогидродинамической задачи // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2007. № 7.

12. Галахов М.А., Гусятников П.Б., Новиков А.П. Математические модели контактной гидродинамики. М.: Наука, 1985. 296 с.

13. Галахов М.А., Усов П.П. Дифференциальные и интегральные уравнения математической теории трения. М.: Наука, 1990. 280 с.

14. Гидродинамическая теория смазки- 120 лет // Труды Международного научного симпозиума. В 2-х томах. Т.2- М.: Машиностроение- 1, Орел: ОрелГТУ, 2006. 387 с.

15. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. М.: Машиностроение, 1988. 256 с.

16. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука, 2001. 478 с.

17. Грубин А.Н. Контактные напряжения в зубчатых и червячных зацеплениях // Основы гидродинамической теории смазки тяжело нагруженных цилиндрических поверхностей / Труды ЦНИИТМАШ, кн. 30. М: Мир,1949. С. 3-184.

18. Даровской Г.В., Мостовой Г.И.Особенности стагико-динамической градуировки машин трения типа «Амслер» // Научно-технический журнал «Труды РГУПС» № 3 (12) 2010. С. 45-49.

19. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 510 с.

20. Довбня A.B., Елманов И.М. Расчет эпюры давления ЖСМ в ЭГД контакте // Тр. Всерос. ГПТК «Транспорт -2004». В 3-х ч. Часть 2. Ростов н/Д: РГУПС, 2004. С. 7-8.

21. Евдокимов Ю.А., Колесников В.И., Тетерин H.A. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М.: Наука, 1980. 248 с.

22. Елманов И.М., Булавин Ю.П., Мостовой Г.И. Аналитическое решение уравнения Рейнольдса для линейного контакта абсолютно твердых тел // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2011. № 6. С. 3-9.

23. Елманов И.М., Булавин Ю.П., Мостовой Г.И. Совершенствование методики определения несущей способности линейного контакта АТЦ // Труды Всерос. науч.-практ. конф «Транспорт 2011». Ростов н/Д, 2011. С. 385-388.

24. Елманов И.М., Булавип Ю.Л., Мостовой Г.И. Сравнение моделей расчета деформаций в линейном контакте цилиндров в условиях гидродинамической смазки // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2011. № 10. С. 812.

25. Елманов И.М., Мостовой Г.И., Буракова М.А.Оценка толщины смазочной пленки в линейном ЭГД-контакте // «Трибология и надежность» / Сборник научных трудов XII Международной конференции. Балтийский гос. техн. ун-т Санкт-Петербург, 2012.С. 151-158.

26. Елманов И.М., Даровской Г.В., Мостовой Г.И. Результаты измерений толщины пленки железнодорожных смазочных материалов // Тяжелое машиностроение. 2009. № 10. С. 28-30.

27. Елманов И.М., Даровской Г.В., Мостовой Г.И. Методика измерений толщины смазочной пленки в условиях чистого качения // «Трибология и надежность» / Сборник научных трудов VIII Международной конференции. -Санкт-Петербург, 2008. С. 235-240.

28. Елманов И.М., Колесников В.И. Термовязкоупругие процессы трибосистем в условиях УГД-контакта. Ростов-н/Д.: СКНЦВШ, 1999. 173 с.

29. Елманов И.М., Кротов В.П., Довбня A.B. К определению «постоянной Винклера при решении задач ЭГД-смазки» // Тр. Всерос. Науч. техн. Конф. «Транспорт 2008» В 3-х частях. Ростов па/Д: РГУПС, 2008. Ч.З. С. 122-124.

30. Елманов И.М., Кротов В.IT., Мостовой Г.И. Уточненное значение параметра Винклера для задач ЭГД-контакта // Труды Всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт 2011». Ростов н/Д, 2011. С. 393-396.

31. Иванов Б.А., Фоменко А.Н., Рейнер М.Г. Измерение толщины масляной пленки в контакте // Динамика и прочность механических систем / Сб. тр. ПТИ. Пермь. 1981. С. 87-89.

32. Измерение толщины смазочных пленок на поверхностях зубьев методом оптической интерферометрии / Terauchi Yoshio; Nonishi Toshiji // Nuion Kikai gakkai ronbunshu. C=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. 1996. 62. № 598. C. 2417-2421.Яп.; ред. англ.

33. Исследование влияния физико-химических и теплофизических процессов на износ трибосистемы «колесо-рельс». Отчет по НИР / РГУПС договор № 77/41 от 19.07.07, шифр 19.2.016 Н. 2008. 300 с.

34. Исследование трибологических свойств высокотяговых ЖСМ для фрикционных вариаторов. / РГУПС (договор № 443-11126 от 8.08.11). 2011. 50 с.

35. Камерон А. Исследование масляной пленки между зубьями шестерен и питтинга на роликовой машине. В сб.: Трение и износ в машинах. М.: Изд-во АН СССР, 1962. вып. XVII. С. 79-80.

36. Капица П.Л. Гидродинамическая теория смазки при качении // ЖТФ. 1955. Т. 25. Вып. 4. С. 747-762.

37. Кеннел И.В., Белл И.С. Интерпретация данных о толщине масляной пленки при качении. Исследование результатов, полученных рентгеновским методом // Проблемы трения и смазки. 1971. № 4. С. 83-89.

38. Коднир Д. С., Жильников Е.П., Байбородов Ю.И. Эластогидродинами-ческий расчет деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 160 е.: ил.

39. Коднир Д. С. Контактная гидродинамика смазки деталей машин. М.: Машиностроение, 1976. 304 с.

40. Коднир Д.С., Медвинский М.Д., Зоммер Э.Ф. Новый метод и аппаратура для исследования подшипников скольжения // Вестник машиностроения. 1955. №3. С. 26-30.

41. КоднирД.С., Салуквадзе Р.Г., Бакашвили Д.Л., Шварцман В.Ш. Решение контактно-гидродинамической задачи для неныотоновской жидкости. // Труды Американского общества инженеров-механиков. Проблемы трения и смазки. 1986. № 3. С. 176-185.

42. Коровчинский М.В. О возможных предельных режимах гидродинамического трения в четырехшариковой машине // Трение и износ в машинах. 1958. Сборник XII. С. 242-285.

43. Кристенсен Р. Введение в теорию вязкоу пру гости. М.: Машиностроение, 1974. 333 с.

44. Кузьмин В.Н. Работоспособность узлов трения при использовании новых СК на основе жидких смазок с комплексными добавками. Научно-технический журнал // Трение, износ, смазка. 2010. Т 13 № 42. С. 1-18.

45. Максименко И.Н., Леонович С.И., Радченко Л.А. Экспериментальное исследование противоизносной эффективности высокотяговых смазочных материалов // Триботехнические проблемы в машиностроении. Рига: Риж.техн. ун-т. 1991. С. 69-83.

46. Методы и устройства магнитных измерений и контроля // Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский политехи, ин-т ; редкол.: Ю.В. Селезнев (отв. ред.) и др.. Омск: ОмПИ, 1987. 71 с.

47. Михайлов И.Г., Громаковский Д.Г., Маринин В.Б. Исследование свойств материалов с помощью молекулярной акустики // ДАН СССР. Техническая физика. 1982. Т. 266. № 2. С. 335-357.

48. Мостовой Г.И. Анализ методов измерения толщины смазочной пленки // Научно-технический журнал «Труды РГУПС». № 3 (12) 2010. С. 94-97.

49. Мостовой Г.И., Буракова М.А. Несущая способность линейного контакта абсолютно твердых тел // Известия Самарского научного центра Российской академии наук «Актуальные проблемы трибологии». 2011. Т 13 № 43..1. С. 1141-1144.

50. Мостовой Г.И., Елманов И.М. Конструкция токосъемника для измерения толщины смазочной пленки // Труды Всероссийской научно- практической конференции «Транспорт 2008». В 3-х частях. Часть 3. Рост. гос. ун-т путей сообщения. Ростов н/Д, 2008. С. 125-126.

51. Мостовой Г.И. Методика измерений толщины смазочной пленки на двух-роликовой машине трения // «Инновации, перспективы развития локомотиво-и вагоностроения России / Сборник трудов молодых ученых, докторантов и аспирантов. Ростов н/Д, 2008. С. 54-59.

52. Мостовой Г.И. Несущая способность линейного контакта абсолютно твердых тел // Научно-технический журнал «Труды РГУПС». № 4 (18) 2011. С. 52-59.

53. Мостовой Г.И. Теоретические методы исследования параметров ЖСМ в микро зазорах // Труды Всероссийской научно- практической конференции «Транспорт 2009». Ростов н/Д, 2009. С. 183-184.

54. Мостовой Г.И. Использование гипотезы Винклера в задачах ЭГД смазки // Труды международной научной конференции. «МехТрибоТранс-2011». Ростов н/Д, 2011. С. 364-367.

55. Мышкин Н. К., Петроковец М. И. Трение, смазка, износ. М.: Физматлит, 2007. 368с.

56. Нг, Пэн. // «Линеаризованная теория турбулентного течения смазки» / Теоретические основы инженерных расчетов. Изд-во «Мир», 1965. № 3.1. С. 157-160.

57. Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для технических вузов. 2-е изд. Переработ. И доп. / A.B. Чичинадзе, Э.Д. Браун, H.A. Буше и др.; Под общ. ред. A.B. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2001. 664с.: ил.

58. Павлинский Г.В. Основы физики рентгеновского излучения. Издательство: Физматлит, 2007. 240 с.

59. Пановко М.Я. Упругогидродинамическая смазка точечного контакта при динамическом нагружении // Механика твердого тела. 2006. № 2. С. 154-167.

60. Паспорт машины для испытания материалов на износ ИИ 5018. Иваново.: ПО Точприбор, 1990. 115 с.

61. Петрусевич А.И. Упрощенный метод решения контактно-гидродинамических задач. М.: «Машиностроение», 1971. № 6. С. 72-76.

62. Решетов Д.Н., Грезин С. В. Определение сил трения с учетом предельного напряжения сдвига в смазочном материале // Вестник машиностроения. 1990. №3. С. 8-10.

63. Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1989. 496 с.

64. Свириденок А.И., Мышкин Н.К., Калмыкова Т.Ф. Акустические и электрические методы в триботехнике / Под ред. В.А. Белого. М.: Наука и техника, 1987. 280 с.

65. Справочник по триботехнике: В 3 т. Т. 2: Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения/Под общ. Ред. М. Хебды, A.B. Чичи-надзе.- М.: Машиностроение, 1990. 416с.: ил.

66. Справочник по триботехнике / Под ред. A.B. Чичинадзе и М. Хебды. -М.: Машиностроение, 1989. Т. 1. 400 е.; 1990. Т. 2. 416 е.; 1992. Т. 3. 730 с.

67. Тодер И.А., Тарабаев Г.И. Крупногабаритные гидродинамические подшипники. М.: Машиностроение, 1976. 199 с.

68. Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ / Под ред. Белого В.А., Лудемы К, Мышкина H.K. М.: Машиностроение, Нью-Йорк: Аллертон пресс, 1993. 454 е.: ил.

69. Черменский О.Н., Федотов Н.П. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003. 576 с.

70. Эртель A.M. Гидродинамическая теория смазки в новых предположениях// Прикладная математика и механика. 1939. Т. 3. Вып. 2. С. 41-49.

71. Bell J.С. Lubrication of Rolling Surfaces by a Ree-Eyring Fluid//ASLE Transactions.- 1962,-Vol. 5,-P. 160-171.

72. Boudaoud Arezki (LPS). Non-Newtonian thin films with normal stresses: dynamics and spreading 2006. http://arxiv.org/abs/physics/0605062

73. Boussinesq J. Application des potentials a l'étude de l'équilibre et du mouvement des solides élastiques.-Paris: Gauther-Villard, 1885.

74. Dowson D., Higginson G.R. Elastohydrodynamic lubrication.- Oxford: Per-gamon Press, 1966.- 235 p.

75. Errichello R. Selecting Oils with High Pressure-Viscosity Coefficient Increase Bearing Life by More Than Four Times 2004. http://www.machinerylubrication.com/Read/586/viscosity-coefficient-bearing

76. Evans C.R., Johnson K.I. Regimes of traction in elastohydrodynamic lubrica-tion//Proc. hist. Mech. Eng.- 1986,- Vol.- С 200,- № 5,- P. 313-324.

77. Evans C.R., Johnson K.L. The rheological properties of elastohydrodynamic lubricants//Proc. Inst. Mech. Eng. 1986. - Vol. С 200. -№ 5. - P. 303-312.

78. Fetzer R., Rauscher M., Miinch A., Wagner B.A., Jacobs K. Slip-controlled thin film dynamics 2006. http://arxiv.org/abs/cond-mat/0603452

79. Jacco H. Snoeijer. Free surface flows with large slopes: beyond lubrication theory 2006. http://arxiv.org/abs/physics/0603265

80. Santotrac. Synthetic Traction Lubricants //Monsanto.- 1982,/Prospects.- 24 p.

81. Skurka J. Elastohydrodynamic of roller bearing//Trans. ASME J. of Lubr. Techn.- 1970,- Vol. 92,- Ser. F.- № 2,- P. 281-282.

82. Tallian T. On competing failure modes in rolling contact//Trans. ASME.-1967.-Vol. 10,-P. 418-420.

83. Venner C.FL, Lubrecht Antonius. Revisiting film thickness in slender elasto-hydrodynamically lubricated contacts 2010. Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (LaMCoS). http://lamcos.insa-lyon.fr

84. Wiggins Chris H. (Princeton),. Riveline Daniel X, Ott Albrecht (Institut Curie), Goldstein Raymond E. (Arizona). Trapping and Wiggling: Elastohydrody-namics of Driven Microfilaments 2006. http://arxiv.org/abs/cond-mat/9703244