Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Особенности и проблемы технологического обеспечения долговечности подшипниковых узлов машин
1.1. Связь эксплуатационных показателей деталей подшипниковых узлов машин с условиями их работы 16
1.2. Анализ причин изнашивания опор коренных подшипников блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания 25
1.3. Анализ отказов подшипниковых узлов подшипников качения корпусных деталей и причины, вызывающие их 34
1.4. Анализ способов конструктивно-технологического обеспечения качества и повышения долговечности подшипниковых узлов при ремонте машин...45
1.4.1. Конструктивно-технологические способы повышения долговечности подшипниковых узлов подшипниками скольжения 45
1.4.2. Конструктивно- технологические способы повышения долговечности подшипниковых узлов подшипниками качения 58
ЦЕЛИ и задачи исследований 63
ГЛАВА II. Теоретические основы повышения долговечности подшипниковьіх узлов с полимерным покрытием
2.1. Методика оценки работоспособности неподвижных соединений подшипниковых узлов с полимерным покрытием 67
2.2. Моделирование деформационно-напряженного состояния полимерного покрытия при внешнем механическом нагружении 72
2.2.1. Моделирование напряженного состояния нагруженного полимерного покрытия при статистическом нагружении 72
2.2.2. Моделирование напряженного состояния полимерного покрытия при динамическом нагружении 78
2.3. Теоретические основы повышения работоспособности полимерных покрытий сформированных под воздействием силовых полей 82
2.3.1. Теоретическая модель воздействия ультразвука на формирование полимерных покрытий 82
2.3.2. Теоретическое моделирование работоспособности полимерных покрытий, сформированных в ультразвуковом поле 88
2.3.4. Теоретическое обоснование толщины и модуля упругости полимерного покрытия в подшипниковых узлах 96
ГЛАВА III. Выбор и разработка экспериментальных методов и средств
3.1. Объекты исследования 112
3.2. Методы и средства обработки композиций в силовых полях...П5
3.2.1. Методика и средства обработки композиций в электромагнитном поле 115
3.2.2. Методика и средства обработки композиций в ультразвуковом полеї 16
3.2.3. Методика терморадиационной обработки композициионных расплавов при отверждении 120
3.3. Методика исследований сцепляемости полимерных композиций 124
3.4. Методика исследования вязкоупругих свойств 126
3.5. Методика исследования коэффициента теплопроводности 128
3.6. Методика исследований теплового расширения 130
3.7. Методика исследований деформационно-прочностных свойств полимерных композиций 132
3.8. Методика исследований фреттингостойкости эпоксиакрилатных полимерных композиций 133
3.9. Методика исследований упругой деформации вкладышей коренных шеек коленчатого вала 134
3.10. Методика исследований упругой деформации наружных колец подшипников качения 137
3.11. Методика исследования статической прочности неподвижных соединений подшипниковых узлов с полимерным покрытиям 138
3.12. Методика стендовых испытаний подшипниковых узлов на долговечность 140
3.12.1 Методика стендовых испытаний подшипниковых узлов с подшипниками скольжения на долговечность 140
3.12.2. Методика стендовых испытаний подшипниковых узлов с подшипниками качения на долговечность 144
ГЛАВА IV. Экспериментальное исследование физико-механических свойств эластофицированных эпоксидных композиций
4.1. Исследование влияния физических и технологических факторов на структуру и свойства эпоксидных композиций 147
4.1.1. Исследование влияния ультразвуковой обработки на структуру и свойства эластофицированных и модифицированных эпоксидных композиций І 147
4.1.2. Исследование влияния электромагнитной обработки на структуру и свойства полимерных покрытий 151
4.1.2. Исследование влияния терморадиационной обработки на структуру и свойства эластофицированных и модифицированных эпоксидных композиций 155
4.2. Влияние пластификатора на прочностные характеристики эпоксидных композиций 160
4.3. Влияние наполнителей на механические характеристики эпоксидных композиции 169
4.3.1. Влияние наполнителя на прочность эпоксиакрилатных композиций 163
4.3.2. Влияние наполнителя на прочность сцепления покрытий 167
4.3.3. Влияние наполнителя на твердость покрытий 169
4.3.4. Влияние дисперсности и некоторых характеристик наполнителя на свойства эпоксидных покрытии 171
4.4. Влияние толщины наносимого слоя на параметры полимерных покрытий 177
4.5. Исследование деформационно-прочностных характеристик эпоксиакрилатных композиций 178
4.6. Исследование влияния температуры на механические характеристики эпоксиакрилатных композиций 183
4.7. Исследование фреттингостойкости эпоксиакрилопластов 186
ГЛАВА V Экспериментальное исследование теплофизических и вязкоупругих свойств эпоксидных композиций
5.1. Исследование теплопроводности эластофицированнх и модифицированных эпоксидных композиций 193
5.2. Исследование теплового расширения эластофицированных и модифицированных эпоксидных композиций. 196
5.3. Исследование вязко-упругих свойств эластофицированных и модифицированных эпоксидных композиций 199
ГЛАВА VI. Исследование долговечности подшипниковых узлов с полимерным покрытием
6.1. Исследование упругой деформации наружных колец подшипников ка чения 208
6.2. Исследование упругой деформации опор коренных подшипников 217
6.3. Исследование статической прочности подшипниковых узлов, восстанов
ленных полимерными материалами 220
6.4 Исследование долговечности неподвижных соединений подшипниковых узлов с полимерным покрытием при динамическом нагружении 236
ГЛАВА VII. Разработка технологического процесса, производственные рекомендации и технико-экономическая эффективность
7.1. Разработка технологического процесса восстановления посадочных мест корпусных деталей
7.2. Методика расчета технико-экономической эффективности' внедрения результатов исследований
7.3. Расчет технико-экономической эффективности восстановления посадочных мест подшипниковых узлов эластофицированными эпоксидными композициями Ц JX :,
Общие выводы г2?7 3?0
Список использованной литературы
- Связь эксплуатационных показателей деталей подшипниковых узлов машин с условиями их работы
- Методика оценки работоспособности неподвижных соединений подшипниковых узлов с полимерным покрытием
- Методика и средства обработки композиций в электромагнитном поле
- Исследование влияния физических и технологических факторов на структуру и свойства эпоксидных композиций
Введение к работе
Одной из основных задач в машиностроении является увеличение срока службы деталей машин и оборудования. Коренная организационная и техническая реорганизация народного хозяйства требует интенсификации использования тракторов, автомобилей, сельскохозяйственной техники и машин до-рожно-строительного комплекса.
Многообразие условий эксплуатации сельскохозяйственной техники ведет к износу поверхностных слоев деталей сопрягаемых пар.
Долговечность машины зависит от ресурса ее составных элементов. Среди последних важное место занимают подшипниковые узлы, являющиеся самыми многочисленными элементами конструкции тракторов и сельскохозяйственных машин. Ресурс большинства подшипников качения тракторов и сельскохозяйственных машин ниже расчетного и находится в пределах 2000...3000 мото-ч. [6]. 80-процентный гамма-ресурс подшипников качения трансмиссии новых тракторов ДТ-75 М при рядовой эксплуатации составляет 5500...5700 мото-ч. [7. 6], что явно недостаточно, так как ресурс подшипников качения у новых тракторов должен быть доведен до 12...14 тыс. мото-ч. (6), а у отремонтированных - до 9,6...12 тыс. мотто-ч.
Ресурс подшипников качения во многом зависит от посадок колец в корпусных деталях и на валах. Увеличение зазора между пальцами и посадочными местами ухудшает распределение нагрузки между телами качения, приводит к ее повышению на центральное и снижение на боковые тела качения. При этом долговечность подшипника качения снижается.
Увеличение зазора между кольцами и посадочными местами является результатом изнашивания последних. Основными причинами изнашивания является фреттинг-коррозия и проворот колец подшипника.
На ресурс подшипников скольжения блока цилиндров значительное влияние оказывает износ постелей коренных подшипников. При их износе
нарушаются посадки вкладышей, что приводит к вибрации и динамическим нагрузкам. В результате увеличивается скорость изнашивания и снижается долговечность не только подшипниковых узлов, но валов и других деталей.
Кроме износа распространенным дефектом блоков цилиндров двигателей является несоосность постелей коренных подшипников. Так, по данным [5], 90 % блоков цилиндров, поступающих в ремонт, имеют несоосность постелей коренных подшипников выше допускаемой.
С увеличением несоосности постелей коренных подшипников до 0,06...0,12 мм увеличивается их нагрев, снижается несущая способность в фазе жидкостного трения, возрастает износ вкладыша и шейки коленчатого вала, возникает опасность выплавления подшипников и поломки коленчатого вала [6...9].
Для обеспечения ресурса отремонтированного двигателя, равного 80 % от ресурса нового, необходимо восстанавливать изношенные и деформированные поверхности всех основных конструктивных баз.
Вопросами повышения качества и долговечности машин и повышения их ресурса занималось значительное число ученых научно-исследовательских и учебных институтов (ГОСНИТИ, МГАУ им В.П. Го-рячкина, ВНИИТВУД « Ремдеталь», МАДИ (ГТУ), Ленинградского СХИ, ЧИМЭСХ и др. институтов). Большой вклад в развитие технологии восстановления деталей и повышения долговечности соединений внесли Авдеев М.В., Ачкасов К.А., Батищев А.Н., Бугаев В,Н., Бурумкулов Ф.Х., Воловик Е.Л., Дехтеринский Л.В., Ерохин М.Н., Ефремов В.В., Кошкин К.Т., Кряжков В.М., Курчаткин В.В., Лезин П.П., Лисунов Е.А., Лялякин В.П., Михлин В.М., Некрасов С.С., Потапов Г.К., Поляченко А.В., Пучин Е.А., Северный Э.В., Стрельцов В.В., Ульман И.Е., Черепанов С.С., Черновол М.И., Черно-иванов В.И., Челпан Л.К., Шадричев В.А. и другие ученые.
Постели коренных подшипников блоков цилиндров двигателей восстанавливаются наплавкой, нанесением гальванических покрытий, установкой полуколец, электроконтактной приваркой стальной ленты, газопламенным
напылением порошковых материалов, нанесением клеевых композиций и другими способами [7, 15].
Посадочные места подшипников качения восстанавливают установкой дополнительных деталей, пластическим деформированием, нанесением электролитических покрытий, сварочно-наплавочными и другими способами. Сложность технологических процессов, потребность в дорогостоящем технологическом оборудовании, необходимость механической обработки восстанавливаемых поверхностей, высокая трудоёмкость, себестоимость и энергоёмкость, большой расход материалов сдерживают широкое распространение перечисленных способов восстановления на ремонтных предприятиях агропромышленного комплекса страны. Кроме того, не предотвращается фреттинг-коррозия - основная причина износа посадочных мест подшипниковых узлов и не могут обеспечить требуемый ресурс отремонтированных машин.
Повышение качества, надежности, экономичности и производительности машин, снижение их удельной материалоёмкости, как при производстве, так и при ремонте машин, достигается, прежде всего, применением материалов и современных технологий, позволяющих повысить прочность, износостойкость, коррозионную стойкость деталей и эксплуатационных характеристик машин.
Снижение удельной материалоёмкости и стоимости изделий возможно путем замены дорогих и дефицитных цветных металлов более легкими и дешевыми полимерными материалами.
Полимерные материалы характеризуются высокими технологическими свойствами, коррозионной стойкостью, хорошей сцепляемостью к различным по своей природе материалам, хорошей обрабатываемостью, высокой демпфирующей способностью. Поэтому они находят более широкое применение как в машиностроении, так и в ремонтном производстве.
Исследованиями ученых ГНУ ГОСНИТИ, ФГОУ ВПО МГАУ, ВНИИТВУД «Ремдеталь» установлено, что полимерные покрытия повыша-
ют эффективность работы деталей машин при воздействии динамических нагрузок, агрессивных факторов окружающей среды и периодически меняющегося температурного поля, вследствие возможности их многократного нанесения на поверхности деталей машин и оборудования различных размеров и конфигураций, обеспечивая при этом необходимую толщину покрытия.
По данным ГНУ ГОСНИТИ полимерные материалы позволяют снизить трудоёмкость ремонта машин на 20-30 %, себестоимость работ на 15-20%, сократить расход чёрных и цветных металлов на 40-50%.
Развитие химической промышленности способствовало созданию ряда полимерных материалов с заданными физико-механическими свойствами.
Имеющиеся в настоящее время полимерные материалы, модифицирование их свойств, развитие технологии их переработки создали возможность целенаправленно использовать экономичные методы применения полимеров как в машиностроении, так и в ремонтном производстве.
Использование полимерных материалов в машиностроительном и ремонтном производстве обусловлено тем, что при нанесении полимерных покрытий не требуется применения дорогостоящего технологического оборудования и значительных капиталовложений.
Преимуществом полимерных покрытий является и то обстоятельство, что допустимый износ деталей машин может быть установлен в пределах наносимого слоя (0,3... 1,5 мм.)
С помощью полимерных материалов наиболее просто устранить зазоры в соединениях колец подшипников и посадочных мест и обеспечить относительные перемещения сопрягаемых металлических поверхностей через промежуточную среду. Слой полимерного материала исключает контакт поверхностей металлических деталей, предотвращает их износ и обеспечивает значительное повышение долговечности неподвижного соединения.
При восстановлении неподвижных соединений полимерными материалами слой полимера между кольцом подшипника и посадочным местом выполняет роль упругой прокладки, деформация которой вместе с кольцом
подшипника может способствовать более равномерному распределению нагрузки между телами качения и повышению долговечности подшипника качения.
Одним из перспективных представителей класса конструкционных реак-топластов являются составы на основе эпоксидных смол. Эпоксидные компаунды по сравнению с другими реактопластами характеризуются более высокими прочностными свойствами, хорошей проливаемостью малых зазоров до 0,05 мм. Но процесс отверждения, продолжающийся в течение 24...25 ча-сов при температуре 290К окружающей температуры воздуха, высокая хрупкость в отверждённом состоянии и низкая ударная вязкость ограничивают применение этого полимера при производстве и ремонте машин.
Этих недостатков лишен другой представитель холоднотвердеющих пластмасс - акрилопласт АСТ-Т - полимер на основе акриловых и метакри-ловых кислот.
Однако рассматриваемая пластмасса имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при восстановлении посадочных мест толщина полимерного покрытия не превышает 0,3...0,5 мм, а акрилопласты, в силу своих особенностей фазового состояния, не могут пролить требуемую величину зазоров.
Из рассмотренных представителей холоднотвердеющих термореактивных олигомеров и пластмасс эксплуатационным требованиям восстановления подшипниковых узлов наиболее полно отвечают пластмассы на основе эпоксидных смол и акриловых пластмасс, эластофицированных герметиком 6Ф. У эпоксидных смол это хорошая проливаемость при высоких физико-механических характеристиках, у акриловых пластмасс - непродолжительный процесс отверждения, у герметика 6Ф - высокая эластичность и ударная вязкость. Вероятно, сочетание лучших свойств этих полимеров позволит составить композицию, отвечающую эксплуатационным требованиям.
Целью настоящей работы является повышение долговечности подшипниковых узлов машин путем применения новых полимерных материалов в
качестве покрытий и прогрессивных технологий их нанесения.
В соответствии с поставленной целью и основным содержанием работы определены следующие задачи:
определить и обосновать оптимальный состав композиции для формирования покрытий на посадочных поверхностях корпусных деталей, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства деталей подшипниковых узлов и их долговечность;
разработать теоретические основы повышения долговечности подшипниковых узлов с полимерным покрытием;
изучить влияние режимов электромагнитной, ультразвуковой и терморадиационной обработки на фазовый состав, структуру и свойства композиционных покрытий, обосновать их выбор;
дать теоретическое и практическое обоснование воздействия силовых полей и терморадиационной обработки на полимерные композиции;
исследовать физико-механические и эксплуатационные свойства композиционных покрытий, сформированных под воздействием силовых полей и терморадиационной обработки, применяемых для восстановления подшипниковых узлов с целью повышения их долговечности;
разработать оптимальный технологический процесс формирования полимерных покрытий на посадочных поверхностях подшипниковых узлов, позволяющих снизить жёсткость подшипниковых опор;
- определить технико-экономическую эффективность разработанной
технологии в производственных условиях.
Работа выполнена в Московском Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина» (ФГОУ ВПО МГАУ им В.П. Горячкина) в соответствии с программой научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ на 2001-2005 г.г.
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на различных научных конференциях, совещаниях,
симпозиумах и семинарах, в том числе:
научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов МРШСП им. В.П. Горячкина в 1972...1978 г.г. и 2001...2005 г.г.
научно-методических и научно-исследовательских конференциях Московского автомобильно-дорожного института (Государственного технического университета) в 2002...2004 г.г.
международном симпозиуме стран-членов СЭВ «Совершенствование методов организации ремонта и технического обслуживания Машинно-тракторного парка г. Москва, 1975 г.
всесоюзной научно-технической конференции по применению полимерных материалов в сельском хозяйстве в 1975 г., г.Минск;
всесоюзной научно-практической конференции по восстановлению деталей машин в 1987 г., г.Рига;
международной научно-технической конференции стран-членов СЭВ «Современное оборудование и технологические процессы для восстановления и упрочнения деталей машин», «Ремдеталь-88» в 1988 г., г.Пятигорск;
всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы технического сервиса в агропромышленном комплексе» в 2002 г., г.Москва;
Всероссийской научно-практической конференции «Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении» в 2003 г., г.Пенза;
Международной научно-технической конференции «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» в 2003г., г.Пенза;
международной научно-технической конференции «Проблемы машиностроения и материалов на рубеже веков» в 2003 г., г.Пенза;
Международной научно-практической конференции «Опыт, проблемы и перспективы развития технического сервиса сельскохозяйственной техники» Республика Беларусь, в 2004 г, г.Минск;
Всероссийской научно-практической конференции «Современные тех-
V*
нологии в машиностроении» в 2004 г., г.Пенза;
- международной научно-технической конференции, посвященной 100-
летию со дня рождения академика В.Н. Болтинского, в 2004 г., г.Москва.
Технологические процессы и установки экспонировались на международных сельскохозяйственных выставках «Золотая осень» в ВВЦ в
2002.. .2004 г.г. и награждены дипломами. На защиту выносятся:
- научно-обоснованная методика оценки работоспособности подшипни
ковых узлов машин с полимерным покрытием по критическому значению
модуля упругости полимерной композиции;
математическая модель напряженно-деформированного состояния полимерного покрытия деталей подшипниковых узлов;
обоснование технологических процессов формирования покрытий из модифицированных и эластофицированных эпоксидных композиций на деталях подшипниковых узлов;
оптимизация физико-механических и эксплуатационных свойств полимерных композиций, обработанных в силовых полях и терморадиционным облучением;
- обоснование технико-экономической эффективности разработанных
технологических процессов в производственных условиях.
Связь эксплуатационных показателей деталей подшипниковых узлов машин с условиями их работы
Срок службы машин, механизмов и оборудования до капитального ремонта во многом зависит от износостойкости деталей их узлов трения. Как известно, большая часть деталей (80-85%) выходит из строя вследствие их интенсивного изнашивания и нарушения посадки [24]. Из-за недостаточной долговечности деталей возникает экономически неоправданно высокий уровень потребности и расхода запасных частей. Ремонтные предприятия составляют в среднем по машиностроению не менее 60-80% основного производства [221].
В зависимости от условий эксплуатации детали машин подшипниковых узлов могут подвергаться одному или нескольким следующим видам изнашивания [134]: - абразивное изнашивание, возникающее в результате режущего или ца рапающего действия твердых тел и частиц и приводящее к механическому разрушению трущихся поверхностей (детали узлов трения скольжения сель скохозяйственных, дорожных, строительных, транспортных и других ма шин); - коррозионно-механическое изнашивание, возникающее в основном при трении материалов, вступающих в химическое взаимодействие с окружающей средой (машины и оборудование в нефтехимической, пищевой, горно-металлургической, деревообрабатывающей, микробиологической промышленности; детали узлов трения, работающих в агрессивных средах, в электролитах); - адгезионное изнашивание, возникающее вследствие действия межповерхностных сил, молекулярного сцепления на поверхности раздела, образо вания адгезионных связей между соприкасающимися поверхностями; - усталостное изнашивание, возникающее в результате повторного формирования микрообъёмов материала, вызывающего возникновение трещин и отделение его частиц; - изнашивание при фреттинг-коррозии, возникающее при малых колебательных, циклических, возвратно-поступательных перемещениях с малыми амплитудами (заклепочные, болтовые, шлицевые, шпоночные, штифтовые, прессовые соединения, шарниры, соединения муфт, рессоры, клапаны, кулачковые механизмы; детали узлов трения, работающие в условиях вибраций, переменных во времени крутящих и изгибающих моментов); - эрозионное изнашивание, возникающее в результате воздействия на поверхность потока жидкости, газа, твердых частиц; - кавитационное изнашивание, возникающее при относительном движении твердого тела и жидкости в условиях кавитации; - изнашивание при заедании, возникающее в результате схватывания, глубинного вырывания материала, его переноса с одной поверхности трения на другую, разрушающего воздействия образовавшихся неровностей.
В качестве показателей, характеризующих процесс изнашивания, используют интенсивность линейного Ju=du/dL, объемного Jy=dV/dL и массового Jc=dG/dL изнашивания, здесь щ V и G - величины соответственно линейного, объемного и массового износа, L - путь трения. При установившемся процессе изнашивания используют среднеинтегральные значения интенсивности изнашивания Ju=u/L, Jy=V/L, JG=G/L. Интенсивность изнашивания во времени называют скоростью изнашивания и определяют как отношение значения износа к интервалу времени возникновения износа: Jut =du/dt, где t - время износа. Значение интенсивности изнашивания рабочих поверхностей деталей зависит от величины давления на рабочих поверхностях, характера, распределения нагрузки, от вида смазки, метода смазывания и выбора смазочного материала, а также от параметров качества, поверхностных слоев материалов трущихся деталей и других факторов. Требуемая величина интен сивности изнашивания может быть определена, исходя из срока службы пары трения и нормы предельного износа её деталей.
Для деталей, работающих в стационарных условиях, важным является уменьшение величины начального износа щ и сокращение периода, их приработки. Величина начального износа, т.е. износа за период приработки, может достигать 20...30%, а в отдельных случаях - до 70% от предельных значений [134].
Зависимости величины износа и от пути трения / в период приработки
могут быть представлены в виде и = ॠ.В качестве показателей, характеризующих процесс изнашивания в начальный период эксплуатации деталей, могут быть использованы параметры степенной аппроксимации кривых начального износа а и /?, допускаемая величина начального износа [и0].
Точность относительного расположения и перемещения рабочих органов ряда машин и оборудования во многом обуславливается контактной жесткостью сопрягаемых поверхностей. Контактные перемещения составляют значительную часть в балансе упругих перемещений машин и их узлов.
Зависимость контактных перемещений в подшипниковых узлах а от давления q выражают зависимостью a af1. Показатели такой степенной зависимости с и т, а также допускаемая величина контактных деформаций при первичных [щ] и повторных [а] нагружениях могут быть использованы для характеристики способности поверхностных слоев деталей, находящихся в контакте, сопротивляться действию сил, стремящихся их деформировать.
В качестве показателей, определяющих коррозионную стойкость, используют коррозионные потери, выносливость характеризуют пределом выносливости, усталостную прочность при циклических напряжениях - числом циклов, приводящих к разрушению поверхностей деталей, подшипниковых узлов и т.д.
Методика оценки работоспособности неподвижных соединений подшипниковых узлов с полимерным покрытием
Для увеличения долговечности неподвижных соединений подшипниковых узлов подшипниками качения необходимо разработать эффективные способы защиты сопрягаемых поверхностей от фреттинг-коррозии.
Конструкторско-технологические способы [24] повышения долговечности подшипниковых узлов направлены на предотвращение относительного перемещения контактирующих поверхностей или уменьшение его до величины, не приводящей к значительному развитию фреттинг-коррозии, за счет снижения тангенциальной силы от внешней нагрузки или увеличения силы трения. Увеличить силу трения можно путём повышения коэффициента трения или удельной нагрузки между контактирующими поверхностями в результате снижения площади контакта, увеличения натяга или применения специальных зажимов. Коэффициент трения может быть увеличен путём нанесения гальванических и других покрытий.
Предотвратить контактирование поверхностей неподвижного соединения можно разместив между ними промежуточную среду. Для создания промежуточной среды на одну или обе поверхности наносят покрытия с малым модулем упругости. В качестве таких покрытий используют гальванические покрытия, целлюлозу, каучук, резину, клей ВДУ-3, БФ-2 и другие полимерные материалы.
Тонкий слой полимерной композиции на основе эластофицированной и модифицированной композиции толщиной 20...30 мкм повышает долговечность неподвижных соединений в 8... 10 раз [114]. А по результатам исследований [92] поверхности, покрытые плёнкой из эластофицированной эпоксидной композиции, работают до появления фреттинг-коррозии в 10...20 раз дольше по сравнению с поверхностями, не обработанных плёнкой.
К способам защиты поверхностей от коррозионно-усталостного разрушения [24] относятся, в первую очередь, различные технологические способы обработки поверхностей, повышающие их усталостную прочность и защищающие от коррозионного воздействия окружающей среды. К таким способам можно отнести упрочнение пластическим деформированием, поверхностная закалка токами высокой частоты, химико-термическая обработка. К способам защиты поверхностей от коррозионно-усталостных процессов причисляются также способы, снижающие коэффициент трения и исключающие окислительную среду в зоне контакта. Это достигается нанесением на поверхность деталей различных плёнок и покрытий, а также используя смазки. Легирование смазок противозадирными присадками снижает повреждаемость сопряженных поверхностей в 2...2,6 раза [154].
Контактирующие поверхности от воздействия коррозионной среды защищают нанесением полимерных и гальванических покрытий, лаковых и клеевых плёнок. Слой олова толщиной 1-2 мкм повышает износостойкость стали 45 в условиях фреттинг-коррозии в 4...5 раз [154].
Наиболее целесообразно бороться со схватыванием подбором металлов, мало склонных к взаимному схватыванию, и технологическими способами, повышающими твёрдость поверхностей, увеличивающими сопротивление поверхностных слоев пластической деформации.
Защиту сопряжённых поверхностей от абразивного разрушения осуществляют технологическими способами, в результате которых повышается твёрдость контактирующих поверхностей.
Для повышения долговечности неподвижных соединений подшипников качения при ремонте машин необходимо ликвидировать зазоры между кольцами подшипников и посадочными местами, с целью снижения динамических нагрузок и предотвращения проворачивания колец; снижать относительные перемещения сопряжённых поверхностей путем обеспечения определенной величины натяга, нанесения покрытий с более высоким коэффициентом трения; предотвращать контактирование поверхностей путем нанесения покрытий с малым модулем упругости; защищать сопряжение поверхности от коррозионно-усталостного разрушения путём повышения их усталостной прочности, исключения окислительной среды из зоны контакта и защиты от коррозионной среды нанесением защитных покрытий; не допускать схватывания с помощью нанесения покрытий, обладающих соответствующими свойствами.
Методика и средства обработки композиций в электромагнитном поле
Экспериментальными исследованиями [31] установлено, что увеличение зазоров одновременно во всех коренных подшипниках на 0,2 мм не приводит к заметному повышению напряжений в галтелях шеек коленчатого вала. Увеличение зазоров на такую же величину только во втором или только в четвёртом коренном подшипнике вызывает рост амплитуды напряжений в 1,5...1,8 раза, а увеличение зазора только в третьем коренном подшипнике - в 1,8...2,8 раза. Это объясняется тем, что пульсирующая нагрузка на вторую и четвёртую коренные шейки вызывает одностороннее перемещение шейки вала в пределах радиального зазора подшипника. Знакопеременная нагрузка на третью коренную шейку вызывает перемещение шейки в пределах диаметрального зазора.
Таким образом, с точки зрения разрушения коленчатого вала наиболее опасным является прогиб коленчатого вала на третьей коренной опоре при нормальной жёсткости соседних опор. Наибольшая вероятность поломки коленчатого вала возможна при восстановлении полимерным материалом только гнезда подшипника третьей коренной опоры. Поэтому рассчитывать допускаемую толщину полимерного покрытия гнезда необходимо для этого варианта восстановления. Во всех остальных случаях прогиб коленчатого вала будет меньше, а проведённый расчет допускаемых параметров полимерного покрытия гнезда подшипника для третьей коренной опоры будет приемлем и при других сочетаниях восстановленных опор.
Исследованиями НАТИ [32] установлено так же, что по величине среднего контактного давления наиболее нагруженным является третий коренной подшипник, и коэффициент запаса усталостной прочности щек коленчатого вала в этом случае для двигателя, изготовленного по ТУ, не должен быть ниже 1,5. Некоторые авторы [20] рекомендуют минимальный коэффициент запаса усталостной прочности (по_,) не ниже 1,2. Поэтому можно считать, что снижение жёсткости опоры возможно до такого значения, при котором дополнительный прогиб вала от снижения жёсткости не вызывает уменьшения коэффициента запаса усталостной прочности щёк менее 1,5.
Коэффициенты запаса усталостной прочности для различных двигателей приведены в приложении 1 [29]. Коэффициенты рассчитаны из условия минимального предела выносливости материала ст_, для наиболее нагруженных щёк и определяются по формулам: VI=T— ; n lT- ; (2А28) где а_,, т., - предел усталости материала на изгиб и кручение при симметричном цикле нагружения, МПа; фа,ф - амплитудные и средние значения номинальные напряжений в опасных точках, МПа; фд, фт - коэффициенты чувствительности к ассиметрии цикла; к к — - и —- — эффективные коэффициенты концентрации напряжете ет ний в опасных точках с учетом масштабного фактора. Общий запас прочности: (2.4.29) УІК+К
Орлин А.С. [20] указывает, что из-за отсутствия полноценных данных о kt /ех, а также учитывая, что наиболее опасным является изгиб в плоскости колена, допустимо определять при расчете щеки лишь значение пст_,.
Расчётные и фактические значения с учетом концентраторов напряжений и масштабного фактора предела усталости коленчатых валов при изгибе приведены в приложении 1.
При увеличении зазора в третьем коренном подшипнике или увеличении податливости третьей опоры возрастает амплитуда напряжений аа. При этом среднее напряжение цикла ат меняется незначительно.
Принимая во внимание, что коэффициент чувствительности к ассиметрии цикла значительно меньше эффективного коэффициента концентрации напря к жений (для двигателя Д-37Е ф =0,05, — = 2,87 [20]), можно считать, что пст є целиком зависит от амплитуды напряжений аа.
Зависимость коэффициента запаса усталостной прочности щеки вала двигателя Д-37Е от дополнительной деформации третьей опоры представлена на рис. 2.9. Из рисунка видно, что наибольшая допускаемая дополнительная деформация при наиболее неблагоприятном варианте (восстановлена только третья опора) не должна превышать 38 мкм. Это значение установлено, исходя из минимальной величины предела усталостной прочности при изгибе (прямая 1). С учётом её фактического значения (прямая 2) дополнительная деформация может быть увеличена.
Таким образом, модуль упругости и толщина полимерного слоя гнезда коренного подшипника должны быть такими, чтобы дополнительная деформация опоры, рассчитанная по уравнению (2.45), не превышала значения, определенного
Исследование влияния физических и технологических факторов на структуру и свойства эпоксидных композиций
Исследования деформационно-прочностных свойств полимерных мате риалов проводили по методике и на приборах Института физической химии АН СССР/165/.
Разрушающее напряжение а и относительное удлинение б исследовали на лабораторных вертикальных и горизонтальных разрывных машинах [166, 167, 68]. Общий вид и схема горизонтальной разрывной машины показаны на рис. 3.16. Образец 2 с длиной рабочей части 25 мм и шириной 5 мм закрепляли в за жимах 1 и 3, которые имели возможность перемещаться по направляющим 4. Зажим 3 перемещается винтом 5, на котором установлена гайка 6, приводимая во вращение от редуктора 7. Зажим 1 через стержень II связан с динамометри ческой пружиной 10, записывается потенциометром 8 типа БВ-662. Макси мальная чувствительность силоизмерительного устройства составляет 0,1 Н. Скорость нагружения образца составляла 0,2 мм/с, скорость движения диа граммной ленты - 2 мм/с.
Принятая скорость нагружения обеспечивала равномерное распределение напряжений по образцу. Разрушающее напряжение определяли по формуле где Р - усилие разрушения, кгс; F - площадь поперечнрго сечения образца, МПа
Образцы изготавливали из серого чугуна СЧ-15-36 (ГОСТ 1412) и алюминиевого сплава АЛ - 25 (ГОСТ 1521), контробразцы - из подшипниковой закалённой стали ШХ-15 (ГОСТ 801). Размеры образцов и контробразцов соответствовали ГОСТ 23.211
Испытания проводили при удельной нагрузке на контактирующей поверхности 5...30 МПа, амплитуде относительных микроперемещений 30-100 мкм, частоте нагружения 30 Гц, на базе испытаний 5. 105 циклов, площади кольцевого контакта 50 мм. Точность измерения износа образцов и контртобразцов составляла 0.5 мкм.
Упругую деформацию вкладышей коренных подшипников исследовали на
разработанной нами установке, позволяющей в статике нагружать коренной подшипник двигателя Д-37Е с одновременной регистрацией деформации нагруженного и ненагруженного вкладышей.
Установка (рис. 3.17) состоит из основания 1, стойки 2, корпуса 3, вала 4, крышки коренного подшипника 5, испытываемых вкладышей 6, индикаторных головок 7, рычажно-весового механизма 8, грузов 9, прижимного устройства 10.
В два отверстия корпуса и отверстие продолговатой формы крышки вставлены шпильки с пружинами, шайбами и гайками прижимного устройства, поджимающего корпус к стойке и не препятствующие его перемещению в направлении приложенной нагрузки на подшипник.
Корпус с крышкой представляют собой часть блока цилиндров Д-37 Е, полученную путем расчленения его вдоль плоскостей перпендикулярных оси гнезд коренных подшипников таким образом, что каждая отсеченная часть имеет только одно гнездо коренного подшипника. Материал корпуса СЧ 18-36, твердость НВ 170...241. Корпус имеет возможность перемещаться в вертикальной плоскости. На корпусе закреплены индикаторные головки, на ножки которых навернуты удлинители 13 диаметром 4 мм. Ножки индикаторных головок проходят через наклонные отверстия в корпусе и упираются в призмы 12. Призмы соприкасаются с прилегающей к постели поверхностью вкладыша и передают его деформации удлинителям и ножкам индикаторных головок.Одна из трех индикаторных головок, установленных на корпусе, замеряет деформацию нагруженного вкладыша вдоль линии действия нагрузки на подшипник, а две другие - под углом 40 градусов к ней.
На крышке коренного подшипника установлены две индикаторные головки с таким же механизмом передачи перемещения от посадочной поверхности вкладыша к измерительной головке. Обе головки замеряют деформации нена-груженного вкладыша под углом 40 к направлению действия нагрузки.
Перед сборкой узла индикаторные головки тарировали. Корпус или крышку 5 закрепляли на столе 1 (рис. 3.18) крепежным приспособлением 9. Устанавливали тарируемую индикаторную головку 3 с удлинителем, призму, вкладыш 8, левый и правый упоры вкладыша 6 и 7. Правый упор затягивали моментом 140...160 Нм, левый оставляли ослабленным. На правый упор устанавливали скобу 5 с индикаторной головкой 4, ножка которой упиралась во внутреннюю поверхность вкладыша, расположенную под точкой замера деформации вкладыша индикаторной головкой 3. Затягивая гайку левого упора вкладыша, записывали показания индикаторных головок и строили тарировочный график.
При испытании коренных подшипников с гнездами, восстановленными полимерными материалами, различную толщину полимерного покрытия получали путём предварительной расточки постелей с номинальным диаметром гнезда. Толщина слоя металла, снимаемого при расточке, соответствовала толщине полимерного покрытия восстановленного гнезда. Постели вкладышей коренных подшипников растачивали на вертикально-расточном станке 2АТ8. Овальность и конусность расточенного гнезда не превышали 0,01 мм.
