Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1. Направления исследований в трибологии 10
Направления будущих исследований в трибологии 12
Перенос знаний от науки к технике 13
1.2. Проблемы трибологической безопасности резьбовых соединений в Космосе 14
1.3.Основные параметры метрической резьбы 19
1.4. Основные предпосылки для конструирования трибологически безопасных
резьбовых соединений
1.5.Смазывание и смазочные материалы 21
Назначение смазочных материалов 21
Твердосмазочные материалы 23
Выбор стали для изготовления тела винта и гайки 24
Постоянные магниты и их свойства 26
Магнитные жидкости их структура и свойства, условия применения 32
1.8.1. Компоненты МЖ 34
Выводы и задачи исследования 36
ГЛАВА 2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 38
2.1. Разработка трибологически безопасных резьбовых соединений 38
Классификация трибологически безопасных резьбовых соединений 38
Трибологически безопасное резьбовое соединение закрытого типа 39
Трибологически безопасное резьбовое соединение открытого типа 41
Резьбовое соединение для механизмов, работающих в условиях сильного грунтового загрязнения 44
Резьбовое соединение для подачи жидкостей (штуцер проходной) 47
Устройство для смазывания ходовых винтов 49
Резьбовое соединение с грязесъёмником 50
2.2. Разработка трибометрических стендов 52
2.2.1. Стенд для измерения момента трения в резьбовых соединениях типа «Винт-
гайка» 52
2.2.2. Стенд для экспресс измерения, силы и коэффициента трения (маятник Фруда-
Подгоркова) 55
Выводы и задачи исследования 61
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ МОМЕНТОВ ТРЕНИЯ 63
Характеристика метода конечных элементов 63
Поиск рациональной конструкции для трибологически безопасного резьбового 69 соединения «закрытого» типа
Поиск рациональной конструкции для трибологически безопасного резьбового соединения «открытого» типа 92
Расчет магнитного поля в штуцере проходном 107
Расчет распределения магнитной индукции по профилю резьбы 109
Исследование влияния материалов постоянных магнитов на магнитные характеристики трибологически безопасных резьбовых соединении 113
Измерение напряженности магнитного поля в зазоре резьбового соединения «закрытого» типа 117
Расчёт на прочность стержня винта М20х2 с осевым отверстием при различных случаях нагружения 119
Экономическое обоснование цены трибологически безопасного резьбового 123 соединения «закрытого» типа
Выводы 124
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА
ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 127
4.1. Влияние смазочной способности МЖ на основе ПЭС-5 в условиях атмосферного
давления на момент трения в резьбовых соединениях 128
4.1.1. Возможные причины изменения величины моментов затяжки винта и моментов
трения, возникающих при его отвинчивании 131
4.2. Влияние смазочной способности магнитной жидкости на основе ПЭС-5 в
условиях вакуума на момент трения в резьбовых соединениях 132
Исследование влияния смазочной способности жидкости - носителя ПЭС-5 на трибологические свойства резьбовых соединений 135
Исследование зависимости величины момента трения в резьбовом соединении от напряженности магнитного поля 137
Исследование зависимости момента трения в резьбовом соединении от состава применяемых магнитных жидкостей 139
Исследование влияния фактического распределения магнитной жидкости по
рабочей поверхности резьбового соединения на его работоспособность 145
Выводы 151
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПАР ТРЕНИЯ
РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ИХ ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 153
Анализ стабильности показаний маятника Фруда - Подгоркова 153
Вьшод формулы, описьшающей принцип действия трибометрического стенда 154
Экспериментальное исследование по измерению коэффициентов трения в парах
трения из различных материалов 156
Выводы 163
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 164
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 167
ПРИЛОЖЕНИЯ 175
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ
МЖ - магнитная жидкость;
ПАВ - поверхностно активные вещества;
Н - напряженность магнитного поля;
В - магнитная индукция;
ВН - максимальная удельная энергия магнита;
Вг - остаточная магнитная индукция;
Hcb - коэрцитивная сила;
сгв - предел кратковременной прочности;
ат - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации);
5б - относительное удлинение при разрыве;
у - относительное сужение;
KCU - ударная вязкость;
т|-вязкость;
14.1 - намагниченность насыщения;
р-плотность;
Cv - массовая доля магнетита;
ПЭС-5 - полиэтилсилоксановая жидкость;
Р-давление, нагрузка;
Мтр - момент трения;
S - шаг резьбы;
і - число плоскостей среза.
Введение к работе
Проблема трибологической безопасности резьбовых соединений в настоящее время очень актуальна, особенно с развитием техники и устройств, работающих в условиях вакуума. К резьбовым соединениям, работающим в условиях вакуума, а особенно в космических аппаратах должны предъявляться высокие эксплуатационные требования.
Трение в вакууме отличается от трения при атмосферном давлении. Уменьшение давления окружающей среды изменяет фрикционные характеристики материалов пары трения. В связи с этим процесс трения металлов в вакууме усложняется, коэффициент трения несколько раз больше, чем при трении на воздухе, и достигает нескольких единиц. Сложность состоит в регенерации защитных пленок на поверхности контакта трения, так как в условиях вакуума жидкие смазки испаряются, а твердые смазочные покрытия сублимируются. Удержать смазочный материал в зоне контакта трения деталей в условиях вакуума крайне сложно.
В условиях атмосферного воздуха многие механизмы, в которых используются гайки, винты, болты, шпильки, ходовые винты и т.д. работают в тяжелых условиях таких как: повышенной влажности, грунтовой загрязненности, при высоких температурах, в агрессивных средах, в результате чего резьбовые соединения теряют свою подвижность. Основной причиной потери подвижности резьбовых соединений является окисление и деформация витков резьбы. Чтобы повысить коррозионную стойкость резьбовых соединений, известны следующие способы защиты поверхности резьбы: оксидирование (оцинковка), пассивация поверхности ингибиторами коррозии, смазка твердыми и жидкими смазочными материалами и др. Данные способы защиты поверхности не являются универсальными, а для резьбовых соединений, предназначенных для работы в условиях вакуума мало пригодны. Поэтому в данной работе предложен один из вариантов решения проблемы надежности резьбовых соединений при работе в вакууме
и в других тяжелых условиях. Надежность резьбовых соединений обеспечивается за счет принудительного удерживания смазки на контактных поверхностях трения витков резьбового соединения, в качестве которой выбрана магнитная жидкость. Удерживаемая постоянным магнитным полем, магнитная жидкость уменьшает трение в резьбовом соединении и препятствует попаданию в резьбовое соединение инородных сред.
Таким образом, повышение эксплуатационных параметров, надёжности и долговечности резьбовых соединений, предназначенных для работы в тяжелых условиях ~ один из путей повышения надёжности и срока службы безотказной работы дорогостоящих аппаратов и механизмов.
