CC BY
0MEXANIKA
УДК 621.762:82
ПРОЯВЛЕНИЕ ЭФФЕКТА САМОСМАЗЫВАЕМОСТИ У ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ПОРИСТЫХ СПЕЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Юнусходжаев Сайдиакбарходжа Турсунходжаевич Ташкентского технического университета. К.т.н. профессор, syunusxodj ayev@gmail. com
Аннотация. Изучение эффекта самосмазывания пористых спеченных материалов подшипников скольжения применяемых в подшипниках гусеничных мобильных машин.B рабочем состояние на поверхности образуется масленная пленка и она должен обеспечит нормалную работу узла. Эти все показатели досконално изучени и проверени в лабараторных условиях
Annotatsiya. G'ovakli pishirilgan materiallarni sirpanib ishlovchi podshipniklarda qo'llanganda o'zini moylash xsusiyatiga ega bo'ladi. Yuzaga kelayotgan moy pardasi podshipniklarni ishlashi uchun etarli bo'ladimi va uning boshqa ko'rsatkichlariga qanday ta'sir ko'rsatadi. Ushbu maqolada ana shu masalalar gusenichli traktorlar uchun xisoblangan va tajribalar natijasida tahlil qilingan.
Annotation. Study of the effect of self-lubrication of porous sintered materials of sliding bearings used in the bearings of caterpillar mobile machines. mobile machines. In the working condition on the surface is formed oil film on the surface and it should provide normal operation of the unit. These all indicators are thoroughly studied and tested in laboratory conditions.
Kalit so'zlar: o'z-o'zini moylash effekti, g'ovakli pishirilgan materiallar, moy plyonkasi, ishonchlilik, ishqalanish, yeyilish, burilish mexanizmi, buzilish, abraziv yeyilish, yeyilishga bardoshlilik.
Клучовые слова: эффект самосмазывания, пороты спеченные материали, масленная пленка, надежность, трение, износ, механизм поворота, отказ, абразивный износ, износостойкость.
Key words: self-lubrication effect, sintered pores materials, oil film, reliability, friction, wear, turning mechanism, failure, abrasive wear, wear resistance.
Проблемы трения и износа имеют большое значение и с точки зрения экономии материальных ресурсов. От надежности трансмиссии гусеничных мобильных машин зависит работа всех узлов и механизмов. Исследование показали, что 40-45 % всех отказов приходятся на трансмиссию, что в подавляющем большинстве случаев обусловлено износом деталей. При этом преждевременно выходят из строя главным образом детали планетарного механизма поворота. Срок службы деталей планетарного механизма поворота во многом зависят от работоспособности опор скольжения. При незначительном износе подшипников скольжения планетарного механизма поворота (0,1...0,3 мм) может произойти перекос солнечной шестерни, который повлечет за собой нарушение режима работы данного узла и ускорит разрушение всех деталей заднего моста гусеничных мобильных машин. Причинами преждевременного выхода из строя подшипников скольжения планетарного механизма поворота являются абразивный износ, заедание, обусловленное недостаточным поступлением смазки, и проворачивание бронзовых втулок в стакане солнечной шестерен в результате неравномерного поступления смазки, тепловой деформаций (100-150оС) и периодического нагружения (220-260 раз в час). Устранив этих причин можно повысить износостойкость деталей подшипника скольжения планетарного механизма поворота.
Следует отметить, что поверхностная прочность материала, применяемого для изгогтовления подшипников скольжения планетарного механизма поворота, не
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
соответствует фактическим контактном нагрузкам и тепловкм деформациям при работе сопряжений.
Следует отметить, что поверхностная прочность материала, применяемого для изготовления подшипников скольжения ПМП, не соответствует фактическим контактным нагрузкам и тепловым деформациям при работе сопряжений. Поэтому перед исследователями поставлена очень важная задача - заменить дорогостоящую бронзу менее дефицитным, более износостойким и недорогим пористым спеченным и способным выдерживать большие нагрузки и температуры.
Как уже отмечалось, критерями работоспособности опор скольжения являются допускаемая температура в рабочей зоне подшипника, минимальная толшина смазочной пленки, зазор между валом и втулкой (износ втулок больше допустимого значения приводит к перекосу вала (солнечной шестерни), и, следовательно, к нарушению режима работы заднего моста, работая без заклинивания втулок на стакане солнечной шестерни.
Температура рабочих поверхностей опор скольжения устанавливается по методике с помощью термопары, соединенной с милливолтметром, фиксирующим температуры.
Для определения количества смазочного материала, поступающего на поверхность трения, необходимо расчитать толщину минимального смазочного слоя для подшипников скольжения планетарного механизма поворота по известной формуле (1).
где hsh и hv - высота неровностей поверхностей шипа и подшипника, мкм;
hn , hd и hu - величины, учитывающие соответственно перекос прогиба упругой линии вала по длине подшипника, отклонение от профиля продольного сечения шипа и вкладыша (бочкообразность, седлообразность, конусность), мкм.
Подшипник, работающий в режиме граничной смазки, будет устойчив при соблюдении условия hmin > hkr + 2 мкм.
Многократная исследования мобильных гусеничных машин класса тяги 30-40 кН показали, что фактическое поступление смазки на поверхность пар трения по такой технологии: манжеты демонтируется с маслоотражательными шайбами и заглушены пропускными отверстиями солнечной шестерни. Масла собирается за 2 часа работы стенда и взвешивается на весах с точностью до 0,1 гр. Испытания проводилось на 2-й, 4-й, 6-й, 8-й передачах переднего хода и 2-й, 4-й передачах заднего хода и крутого поворота.
Для оценки работоспособности подшипников скольжения необходимо установить предельно допустимый зазор между парами трения.
Предельный износ подшипников скольжения планетарного механизма поворота обуславливает нарушения нормальной эксплуатации машин, появление неравномерной нагрузки на все детали планетарного механизма, деформации конструкции, которая ведет к тяжелым последствиям отказа, хотя эффективность работы машины может быть при этом достаточно высокой.
Следует отметить, что в настоящее время нормативы на предельные величины износа для подшипников отсутствует. На практике при каждом ремонте машин приходится определять, могут ли изношенные детали продолжать выполнять свои функции или их надо менять. Поэтому весьма актуальной является задача обоснования и установления предельной величины износа подшипников скольжения планетарного механизма.
По известной методике можно определить предельное значение перекоса при зацеплении в прямозубых передачах, которое используется для расчета предельной величины перекоса зубьев солнечных шестерен в зацеплении с зубьями сателлита:
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
Spr =
1213 Ш
К С B^ tin COStroTt'
где M - крутящий момент, передаваемый солнечной шестерней, Н-мм;
(2)
L - растояния между опорами, м; С - удельная жесткость материала зубьев, Н/м2; da - диаметр окружности зубчатого кольца, м;
^п - профильный угол производящей рейки в нормальном сечение, град. Зная предельный перекос солнечной шестерни в зацеплении с зубьями сателлита, можно найти предельный зазор подшипников скольжения планетарного механизма поворота. Он определяется с учетом угла перекоса а (рисунок)
Рисунок 1. Вероятность перекоса солнечной шестерни при износе пары скольжения на величину Бпр (А,В - наружная и внутренняя опора скольжения; О - центр перекоса; бпр - предельная величина перекоса на контакте солнечной шестерни с
сателлитом).
Тогда
X ТТ _1_ Л
(3)
Таким образом, зазор между подшипником скольжения и солнечной шестерней не должен превышать
1 я__
(4)
U + A>ta к - = г
>Р г
21
Как уже отмечалось, смазка не поступает в достаточном количестве на поверхность трения. Масло при работе шестерен обрызгивается на стенки корпуса заднего моста и стекает через масляных люк на поверхность трения. Количество смазки, проходящее через подшипники, может изменятся в широких пределах (таблица 1). Так, за 2 часа работы через подшипник протекает в среднем 49 грамм смазки, а иногда и меньше - 1,4-3,48 грамм (трения без смазочного материала).
Таблица 1
Количество масла (грамм), проходящего через подшипники солнечных шестерен за 2
Передача Номер Режим крутого поворота Режим прямого хода
опыта Левый борт Правый борт Левый борт Правый борт
1 1 214,06 140,04 15,56 15,4
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
2 253,66 92,52 19,16 9,26
4 1 11,68 22,76 14,26 32,98
2 3,48 86,34 30,56 21,78
8 1 2,46 2,42 1,58 5,5
2 1,4 3,38 3,96 4,58
4 зх 1 88,26 7,42 118,8 54,1
2 122,58 4,0 129,06 31,02
Поэтому следует подбирать материал, обеспечивающий самосмазывание, например пористые спеченные материалы, пористость которых обусловливает эффект самосмазывания подшипника за счет масла, находящегося в поровых каналах.
Обычно, при изготовления таких деталей после спекания пропитывается маслом «индустральное-20» и запрессовывается в корпус подшипника таким образом, что после его постановки внутренний размер соответствует ходовой посадки 3-го класса точности по системе отверстия.
Принятая для анализа схема подшипникового узла характерна тем, что наружная поверхность пористого вкладыша плотно, без зазоров прилегает к непроницаемой поверхности гнезда корпуса подшипника. В этом случае масло из пор материала вкладыша не имеет возможности выступать наружной поверхности втулки. Плотность посадки вкладыша не нарущается и при нагревании деталей узла, так как коэффициенты линейного теплового расширения материала вкладыша и корпуса подшипника однозначны.
Коэффициент теплового объемного расширения для пористого железографита, может быть принят п пределах Pj= (3,3.. .3,9) 10-5.
При изготовлении пористых вкладышей подшипников двухсторонними прессованием относительная пористость по длине изделия неодинакова.
Неравномерность распределения пористости по длине втулки оценивают соответствующим коэффициентом. Этот коэффициент определен опытным путем для втулок, которые изготавливают двусторонним прессованием из железных порошков, получаемых восстановлением.
Коэффициент неравномерности пористости и направления вкладыша (втулки) равен отношению максимальной пористости в середине изделия к средней относительной пористости:
^тп in
где А - относительная пористость материала, %.
Толщину масляного слоя, образующегося на открытой поверхности вкладыша в зависимости от нагрева подшипника, подчитываем для пористости в пределах от 10 до 35%.
При повышении температуры поверхности масла выходит из поровых каналов и создает масленую пленку. Толщина этой пленки, по результатам теоретического расчета, должна составлять
при соблюдение условия hmin > hkr + 2 mkm.
Материал для подшипников скольжения должен быть износостойким. Зазор в результате изнашивания деталей подшипника скольжения планетарного механизма не должен превышать предельной его величины до капитального ремонта мобильной машины. Предельная величина зазора подшипников скольжения механизма определена по формуле (2). Его величина составляет 5pr = 1,42 мм.
При эксплуатации наблюдаются случае проворачивания бронзовых втулок. Одной
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
из причин проворачивания, являются тепловые деформации. В этом случае бронза линейно расширяется, в результате нарушается монтажный зазор, так как линейное расширение бронзы при тепловых деформациях выше стальных материалов. Для устранения этого явления необходим материал с малым коэффициентом линейного расширения, примерно равным коэффициенту линейного расширения стали.
С целью обеспечения выше указанных требовании нами был подбор материала подшипников скольжения, при котором учитивались следующие требования: относительно высокая износостойкость; наличие эффекта самосмазывания; низкая трудоемкость при изготовлении; относительно низкая стоимость; недефицитность;
относительная устойчивость к тепловым деформациям.
Для подбора оптимального состава были изготовлены образцы по плану ПФЭ-23 и проведени испытания. Как уже отмечалось, в порах спеченного материала подшипников скапливается масло, благодаря которому узел трения может работать без дополнительной смазки.
По известной методике определяли толыцину образуегося масленого слоя:
лг сд=-да).;йп-Рг) ::: :, где A - относительная пористость материала, %;
I -длина втулки, мм;
D,d - наружная и внутренная диаметр втулки, мм;
вт, Р] - коэффициенты теплового и объемного расширения масла и пористого железографита;
Д1 - интервал температуры нагрева детали, оС.
Д1 = 11 - 1о ;
II - начальная температура детали, оС;
1о - температура нагрева детали после работы, оС. Объяснение проявления эффекта самосмазываемости у пропитанных маслом пористых материалов в случае местного нагрева за счет различного теплового расширения масла и металлической основы пористого материала является наиболее правильным и обоснованным (рисунок 2 и 3).
Ah =
Рисунок 2. Зависимость толщины масляной пленки от пористости
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
0 10 30 50 70 90 ¿Л1 ^ Рисунок 3. Зависимость толщины масляной пленки от температуры (заштрихованный участок наиболее вероятные радиальный зазор и температура)
Установлено, что на проявление эффекта самосмазываемости пористость пропитанного маслом материала оказывает решающее влияниею различие в пористости как по относительному значению, так по размерам образующихся капиллярных каналов зависит от технологии изготовления пористых материалов. Следовательно, проявление эффекта самосмазываемости у пропитанных маслом пористых материалов, применяемых для изготовления вкладышей подшипников скольжения, целиком зависит от технологии изготовления.
Согласно проведенным исследованиям установлена:
Установлена, что на проявление эффекта самосмазываемости пористость пропитанного маслом материала оказывает решающее влияние. Различие в пористости как по относительному значению, так и по размерам образующихся капилярных каналов зависит от технологии изготовления пористых материалов. Следовательно, проявление эффекта самосмазываемости у пропитанных маслом пористых материалов, применяемых для изготовления вкладышей подшипников скольжения, целиком зависит от технологии их изготовления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Antsiferov V N Perspective materials and technologies of powder metallurgy. Perm, PSTU, 2014. 109
2. Bal'shin M.Yu. Scientific foundations of powder metallurgy and fiber metallurgy. M .: Metallurgy. 2011. 336
3. Dovydenkov V A Research and creation of a composition based on metal powders, their oxides and carbon for obtaining shaped blanks with desired properties. Abstract of dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. Moscow: 2009. 32
4. Panov V S, Narva V K, Dubyniko L V Production technology and properties of sintered materials and products from them. Laboratory praktukum. M .: MISiS. 2007. 103
5. Sorokin V K, Shmelev L S Production technologies and equipment for the production of powder and composite materials and products. Nizhny Novgorod. NSTU. 2011. 184
6. Shvedkov E L and other Dictionary-reference book on powder metallurgy. Kiev. Naukov-Dumka. 2011 270
7. Neikova O P, Naboychenko S S, Dowson G Hondbook of non Ferrous Metal Powders. Technologies and Applications. Amsterdam. Elsever. 2009. 616
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
