Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 8
1. COBPHVIEHHOE СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ САМОСМЗЫВАНШ В МИНИАТЮРНЫХ
САМОСМАЗЫВАЮЩИХСЯ ОПОРАХ СКОЛЬЖЕНИЯ (МОСС) И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ ....' 15
Основные определения. Общие вопросы 15
Механизм самосмазывания 20
Температурный механизм 21
Капиллярный механизм 25
Роль циркуляции масла в пористом подшипнике 30
1.3. Характеристики пористой структуры спеченных подшипников
и их влияние на трение и самосмазывание в МОСС 33
1.3.1. Стрзгктура норового пространства спеченного металла и
ее характеристики 33
1.3.2. Влияние характеристик пористой структуры подшипника
на триботехнические свойства опор 39
1.4. Постановка задач исследования 43
2. ВЫБОР ОБЪЕКТА И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕЖШГАЛЬШХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 45
Объект исследования и условия его работы 45
Разработка методики и аппаратуры для исследования газопроницаемости пористых втулок 54
Методика исследования газопроницаемости 54
Аппаратура для исследования газопроницаемости 59
2.3. Методика и средства для исследования масловьщеляющей
способности пористых подшипников 64
Изотермическое вытеснение масла из пор газом 64
Исследование заполнения диаметрального зазора подшипника 67
Методика и аппаратура для определения триботехнических характеристик МОСС 69
Примененные методы математической обработки экспериментальных данных 73
3. РАЗРАБОТКА САМОСШЗЬВАЩЕЙСЯ ТРИБОСИСТМЫ С ГОВЫШЕЕНОЙ
ЖШЮБЬЩЕЛЯЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ ПОРИСТОГО ПОДШИПНИКА. 75
Основные положения термодинамического регулирования процесса самосмазывания в опорах скольжения с пористым подшипником 75
Анализ процесса выделения масла из пористого подшипника
в самосмазывающейся опоре с газокамерой 80
3.3. Аналитический расчет теплообмена в самосмазывающейся
опоре с термодинамическими регуляторами 86
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СВОЙСТВ РАЗРАБОТАННЫХ
САМОСМАЗЬЮАЮПЩСЯ ОПОР СКОЛЬЖЕНИЯ С ПОРИСТЫМИ
ПОДШИПНИКАМИ 99
4.1. Масловыделяющая способность пористых подшипников
скольжения 99
4.1»1. Изотермическое вытеснение масла из спеченного
подшипника газом 99
4.1.2. Изотермическое вытеснение масла в диаметральный
зазор подшипника 106
4.1.3. Модельное исследование заполнения диаметрального
зазора при нагревании опоры 109
4.2. Исследование газопроницаемости миниатюрных
спеченных втулок 114
4.3. Экспериментальное исследование триботехничееких
свойств МОСС с усовершенствованной системой
самосмазывания 119
5. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЖОМЕЕЭДЩИЙ ПО РЕАЛИЗАЦИИ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 133
5.1. Рекомендации по разработке самосмазывающихся
опор с газокамерой 133
Выбор материала для компонентов самосмазывающейся трибосистемы 133
Разработка конструкций опор с газокамерой 136
Расчет параметров газокамеры для самосмазывающейся опоры 138
Рекомендации по определению параметров пористой структуры подшипников 141
Апробация и реализация результатов работы в практике .. 143
Эффективность и область применения разработанных самосмазывающихся опор скольжения 146
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 151
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 155
ПРИЛОЖЕНИЯ 170
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СИМВОЛОВ И СОКРАЩЕНИИ
Qt - обобщенная координата; 6 - коэффициент Клинкенберга; С - радиальный зазор; Ujf - внутренний диаметр подшипника; О2. - наружный диаметр подшипника; &К - диаметр капилляра; "ц - диаметр цапфы; І-и, - коэффициент трения цапфы; К - коэффициент истинной проницаемости; kf - коэффициент газопроницаемости; ' - длина подшипника;
ТП - масса непропитанного пористого подшипника; ffinp - масса пропитанного подшипника; ТПщ - масса масла, содержащегося в порах подшипника; 7??е - масса масла, вытесненного из подшипника; ТПк - масса к-того тела; рг - давление газа; Рок - давление окружающей среды; рк - капиллярное давление; Г/f - радиус отверстия подшипника; /^ - наружный радиус подшипника; 5 - длина пути трения; tn - ресурс работы опоры; Иф - скорость фильтрации; if" - скорость скольжения; W - приведенный объем газа (газокамеры); Aj - обобщенная сила; А<р - площадь фильтрации;
D - степень заполнения зазора маслом; гУр - сила трения; 1ц - интенсивность изнашивания; LM - площадь поверхности раздела масла; Mjp - момент трения; P(tn) - вероятность безотказной работы; ixfYi ~ массовый расход; R - универсальная газовая постоянная; Kq - удельная газовая постоянная; *^сист~ термическое сопротивление системы; о - энтропия системы; if* - температура газа; Iqk - температура окружающей среды; U - внутренняя энергия системы; Vn - объем масла в порах; 1/е - объем вытесненного масла; Vf - объем газа (газокамеры);
У\[ - работа вытеснения масла в безгазовом периоде; сл> - вязкостный коэффициент сопротивления пористого тела; oCj _ коэффициент теплоотдачи;
в - инерционный коэффициент сопротивления пористого тела; fb^ - температурный коэффициент объемного расширения масла; р>с - то же для материала стенок газокамеры;
О - толщина стенки подшипника; <*М - масловпитываемость по массе; УЦ - динамическая вязкость;
ЯС - коэффициент сжимаемости газа;
/V - коэффициент теплопроводности;
/Чк - химический потенциал к-того тела;
мм - коэффициент маслоотдачи;
О - плотность;
0^ - относительное термическое сопротивление подшипника;
6* - поверхностное натяжение;
% - масштабный фактор пористого подшипника;
ft - коэффициент изотермической вытесняемости масла;
Ф - частота вращения цапфы;
ООц - насыщенность подшипника маслом;
" - краевой угол смачивания;
^Т - безразмерная температура подшипника; ' V'О ~ соответственно общая и открытая пористость;
*Р - тепловой поток; Ч*т - мощность трения; МОСС - миниатюрная самосмазывающаяся опора скольжения.
Введение к работе
Повышение качества и надежности машин и приборов является в настоящее время одной из важнейших народно-хозяйственных задач, поставленных перед машиностроителями ХХУІ съездом КПСС. Эту задачу необходимо решить в условиях экономного расходования материалов, применения прогрессивной технологии и использования накопленного опыта с целью создания более эффективных машин и приборов, требующих в эксплуатации минимальных материальных и трудовых затрат на обслуживание.
Качество механических систем приборов во многом определяется совершенством их узлов трения. Например, около 80 % из всех случаев нарушения работоспособности электродвигателей малой мощности обусловлены отказами их узлов трения, и поэтому малоэффективны усилия по усовершенствованию каких-либо других элементов двигателей, пока не будет повышена надежность их узлов трения.
В связи с миниатюризацией приборов повышение их качества должно быть обеспечено опорами наименьших размеров. Наряду с уменьшением размеров опор все большее значение приобретают свойства поверхностей раздела их элементов, что налагает свои требования на выбор материалов и на разработку конструкций опор. Применение новых, более качественных антифрикционных и смазочных материалов позволяет в определенных пределах повысить надежность опор приборов. Однако, как показывает опыт эксплуатации, в большинстве случаев резкое повышение качества узлов трения может быть достигнуто
за счет применения более эффективных конструктивных решений.
Самостоятельную группу миниатюрных узлов трения составляют опоры с подшипниками из пористого спеченного материала, пропитанные маслом. Количество масла в порах этих подшипников, как правило, не пополняется за весь период эксплуатации прибора, т.е. эти опоры должны обладать способностью самосмазывания. Такие миниатюрные самосмазывающиеся опоры скольжения (МОСС) обеспечивают малый'и стабильный момент трения в течение длительного срока службы, относительно высокую точность центрирования и низкий уровень акустического шума. Поэтому они нашли широкое применение в приборных средствах автоматизации, часовых механизмах, приборах звуко- и видеотехники и т.п. Особенно широко применяются спеченные подшипники в опорах различных видов элек$ических машин малой мощности.
Несмотря на широкое практическое применение, самосмазывающиеся опоры такого типа до сих пор недостаточно изучены, а их эксплуатационные качества раскрыты лишь частично. Неопределенны и противоречивы рекомендации по проектированию МОСС, что приводит к случайности в оценке работоспособности таких опор. В некоторых случаях опоры с пористыми подшипниками ненадежны в работе, причем сильно расходятся значения их эксплуатационных характеристик, особенно ресурса. В то же время эти опоры способны обеспечить отличные функциональные свойства, имеются данные о безупречной работе таких опор в течение длительного времени. Недостаточная информация о свойствах таких опор, а порою и противоречивые указания по их разработке являются главньзм препятствием внедрению МОСС со спеченными подшипниками в ответственных узлах. Практически не изучены свойства пористой структуры миниатюрного спеченного подшипника и их влияние на самосмазывающую способность, а следовательно, на фрикционные характеристики и ресурс МОСС. В большинстве случаев к моменту отказа этих опор израсходована лишь ничтожная доля масла из пор
подшипника. Это обусловлено малоэффективной маслоотдачей пористого подшипника, в результате чего в зоне трения наблюдаются масляное голодание и связанное с ним увеличение трения.
Требуемый срок службы современных приборных средств автоматизации, электродвигателей малой мощности, приборов звуко- и видеотехники, хронометрических приборов и т.п. исчисляется десятками и сотнями тысяч часов при вероятности безотказной работы свыше 0,9. С технической и экономической точки зрения такие требования могут быть выполнены с наименьшими затратами путем применения в таких приборах самосмазывающихся опор скольжения.
Целью настоящего исследования являлось повышение качества указанной группы приборов путем применения в них опор скольжения с усовершенствованной системой самосмазывания.
Исследование свойств МОСС со спеченными подшипниками, направленное на раскрытие их потенциальных возможностей путем повышения эффективности самосмазывания опор для обеспечения низкого и стабильного трения при длительном ресурсе составляет главную задачу настоящей диссертационной работы.
Создание комплекса методов и средств для разностороннего исследования таких опор составляет вторую задачу настоящей работы, обеспечивающую выполнение основной задачи.
Работа состоит из пяти основных разделов.
