Реферат: Оценка режима трения в контакте пары качения при смазывании маловязкими жидкостями Костылев А. С., Силаев Б. М

Оценка режима трения в контакте пары качения при смазывании маловязкими жидкостями


Костылев А.С., Силаев Б.М. (СГАУ, г. Самара, РФ)


Современный опыт эксплуатации подшипников качения в среде маловязких жидкостей таких, как топливные углеводороды, вода и ее растворы и т. п., показал невозможность обеспечения работоспособности и прогнозирования ресурса на основе общепринятых подходов к решению этих вопросов. Физико-химические свойства и трибологические характеристики указанных жидкостей существенно отличаются от аналогичных свойств смазочных материалов. В то время как в основу упругогидродинамической теории смазки положено использование одной из важнейших характеристик жидкости - вязкости. Данная характеристика обусловливает образование в контакте трущихся тел несущей гидродинамической пленки жидкости, разделяющей поверхности контакта. В этой связи представляют существенный интерес вопросы, связанные с тем, какие толщины пленок образуют маловязкие жидкости на фрикционном контакте, и какой режим трения возникает при этом.

При определении толщины пленки жидкости в контакте тел качения были использованы методики и расчетные зависимости контактно- гидродинамической теории смазки [1]. Одна из основных трудностей, возникающих при расчете толщины пленки жидкости, связана с отсутствием для маловязких топливных жидкостей и воды такого параметра как пьезокоэффициент вязкости. Для того чтобы получить оценочное значение этого коэффициента, была построена зависимость пьезокоэффициента вязкости от динамической вязкости (рисунок 1) по данным, известным для минеральных и синтетических масел. Путем экстраполяции полученной зависимости были определены ориентировочные значения пьезокоэффициентов вязкости для воды и топливных керосинов Т-1 и Т-5.

Для расчета толщины пленки жидкости ho в контакте подшипника качения была использована формула, приведенная в [1]:



Расчет толщины пленки в контакте произведен для шарикоподшипника типа 207Ю при его работе на воде и в топливных керосинах марок Т-1 и Т-5 в диапазоне температур от +50С до +100С, при нагрузке на наиболее нагруженный шарик Р0=500Н и частоте вращения 10000 мин-1. На рисунке 2 показаны полученная зависимость толщины пленки от температуры, для сравнения приведены толщины пленок как маловязких жидкостей так и смазочных масел.

Построены также зависимости толщины пленки жидкости в контакте от нагрузки Р0, действующей на наиболее нагруженный шарик. На рисунке 3 показаны такие зависимости для маловязких жидкостей и для смазочных масел.

Толщины пленок жидкости, рассчитанные для данного диапазона температур, нагрузок и скоростей вращения не превышают 0,09 мкм (для самого вязкого керосина Т-5) и 0,04 мкм (для воды), в то время как шероховатость поверхностей качения для подшипников 6 и 5 классов точности находится в пределах 0,1..0,16 мкм. Такая небольшая толщина пленки свидетельствует, согласно данным Ахматова А.С. [2] и Дерягина Б.В. [3] о резко выраженном режиме граничного трения на контакте. Эксперименты, проведенные одним из авторов, подтверждают результаты проведенных расчетов [4]. Так, уже после нескольких десятков секунд работы шарикоподшипников №207Ю в среде воды и жидкого кислорода, исходный микропрофиль на дорожках качения, оставленный инструментом при финишной обработке, полностью исчезает в результате изнашивания, уступая место вновь сформировавшемуся эксплуатационному микрорельефу.

Таким образом, проведенный расчетный анализ и экспериментальные данные показывают, что возможности создания на фрикционном контакте несущей гидродинамической пленки маловязкими жидкостями типа топливных керосинов, бензинов, воды и др. весьма ограниченные. В этих условиях для обеспечения работоспособности узлов трения необходимы другие подходы по сравнению с традиционными [4].

Литература

Коднир Д.С., Жильников Е.П., Байбородов Ю.И. Эластогидродинамический расчет деталей машин. - М.: Машиностроение, 1988. -160с.

Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.,Физматгиз, 1967. 472 с.

Дерягин Б.В. Молекулярная теория трения и скольжения. - «Журнал физической химии», 1934, т.5 с. 1165.

Силаев Б.М. О структуре расчетной модели изнашивания при трении качения в активных средах// Машиноведение. 1981. №1. с.89-96.