На правах рукописи

прогнозирование значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов

с вязкоупругопластичными свойствами, обеспечивающих устойчивый режим работы подшипников скольжения

05.02.04 – ТРЕНИЕ И ИЗНОС В МАШИНАХ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС) на кафедре «Высшая математика-2»

Научный руководитель – доктор технических наук, доцент

Эркенов Ахмат Чокаевич.

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

;

доктор технических наук, профессор

.

Ведущая организация – Донской государственный технический

университет.

Защита диссертации состоится «25» декабря 2009 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 218.010.02 в Ростовском государственном университете путей сообщения: г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового полка народного ополчения, 2, в конференц-зале.

Автореферат разослан «24» ноября 2009 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУПС.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 218.010.02, доктор

технических наук, профессор И. М. Елманов

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В настоящее время микрополярная жидкость широко используется в качестве модели гидродинамической смазки в узлах трения машин и механизмов. Тонкие слои, в которых свойства смазочного материала оказываются отличными от свойств этого материала в больших объемах, играют в технике огромную роль, поскольку большинство деталей машин, особенно элементов, работающих в режиме граничной и гидродинамической смазки, обусловлены именно наличием такого рода слоев. Известно, что при создании подобного слоя для каких-то конкретных целей, достаточно опираться на умение правильно выбирать противоизносные присадки.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Наличие присадок обуславливает микрополярные свойства смазочных материалов. Теоретические аспекты гидродинамической смазки даже с простым вязкоупругим рабочим телом типа Максвелла, недостаточно изучены. Полученные результаты, носят приближенный характер, поскольку в них не учитывается зависимость вязкости и модуля упругости от температуры, а также не учитывается турбулентный режим, который всегда имеет место при больших скоростях вращения вала, микрополярные свойства смазочных материалов и геометрия опорной поверхности подшипников. Таким образом, анализ существующих работ показывает, что проблема, связанная с разработкой надежных методов расчета упорных и радиальных подшипников с учетом геометрии их опорной поверхности, работающих в устойчивом ламинарном и турбулентном (с минимальной потерей мощности) режимах трения на микрополярных смазочных материалах, обладающих вязкоупругопластичными свойствами, остается нерешенной. Решению этой актуальной проблемы посвящена данная диссертационная работа.

Цель работы – прогнозирование значений безразмерных параметров для микрополярных смазочных материалов с вязкоупругопластичными свойствами, обеспечивающих повышенную несущую способность и устойчивый режим работы упорных и радиальных подшипников скольжения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработаны методы расчета упорного подшипника, работающего на микрополярных смазочных материалах в ламинарном и турбулентном режимах трения. Определены оптимальные (по несущей способности и силе трения) значения теплового параметра и безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов. Оценено влияние геометрии опорной поверхности на основные рабочие характеристики подшипника, разработан малогабаритный упорный подшипник с нелинейным профилем опорной поверхности, обеспечивающий двукратно повышенную несущую способность подшипника, по сравнению с линейным профилем.

2. Разработаны методы гидродинамического расчета устойчивости движения направляющей при нестационарном движении микрополярных смазочных материалов в системе «ползун-направляющая». Дана оценка влияния значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на устойчивость работы упорного подшипника.

3. Разработан метод расчета упорного подшипника, работающего на вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами. Определены оптимальные значения безразмерных параметров данных микрополярных смазочных материалов.

4. Разработан метод расчета радиального подшипника, работающего в нестационарном режиме трения на микрополярных смазочных материалах с учетом зависимости вязкости от температуры, и дана оценка влияния теплового параметра и безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на устойчивость работы радиального подшипника. Установлено влияние геометрии опорной поверхности подшипника на его основные рабочие характеристики. Разработана конструкция радиального подшипника, близкого к круговому, обладающего двукратно повышенной несущей способностью по сравнению с круговым подшипником.

5. Разработан аналитический расчет радиального подшипника, работающего на вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами. Определены оптимальные (по несущей способности и силе трения) значения безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов, обладающих вязкоупругопластичными свойствами.

Предложен научно-обоснованный метод выбора присадок к смазочным материалам для подшипников скольжения, обеспечивающих смазочным материалам соответствующие вязкоупругопластичные и микрополярные свойства.

Научная новизна:

1. Разработка аналитического метода расчета упорных подшипников скольжения, работающих на микрополярных смазочных материалах в ламинарном и турбулентном режимах трения с минимальной потерей мощности. Разработка аналитического метода расчета малогабаритного упорного подшипника с нелинейным профилем опорной поверхности, обеспечивающего двукратно повышенную несущую способность по сравнению с линейным профилем.

2. Аналитическое прогнозирование значения теплового параметра, а также значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов, обеспечивающих устойчивый режим работы упорного подшипника.

3. Разработка аналитического метода расчета упорного подшипника, работающего на вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами и прогнозирование значений безразмерных параметров вязкоупругих смазочных материалах с микрополярными свойствами, обеспечивающих повышенную несущую способность подшипника при низком коэффициенте трения.

4. Разработка аналитического метода расчета радиального подшипника, работающего в нестационарном режиме на микрополярных смазочных материалах с учетом зависимости вязкости от температуры, и дана оценка влияния значений теплового параметра и безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на устойчивость работы радиального подшипника. Аналитическое прогнозирование профиля опорной поверхности подшипника, обладающего двукратно повышенной несущей способностью, по сравнению с круговым подшипником.

5. Разработка метода расчета радиального подшипника, работающего на вязкоупругопластичных смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами. Аналитическое прогнозирование оптимальных значений безразмерных параметров вязкоупругопластичных смазочных материалов с микрополярными свойствами. Разработка научно-обоснованного метода выбора присадок к смазочным материалам для подшипников скольжения, обеспечивающих им соответствующие вязкоупругопластичные и микрополярные свойства.

Практическая ценность

На основе разработанных методов расчета, получены аналитические зависимости для основных рабочих характеристик подшипника. Создана база для прогнозирования значений параметров микрополярных смазочных материалов с вязкоупругопластичными свойствами, обеспечивающих устойчивый гидродинамический режим работы подшипников скольжения.

Реализация результатов работы

Разработанная в диссертации методика прогнозирования значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов, обладающих вязкоупругопластичными свойствами, позволила подобрать в качестве антифрикционной противозадирной присадки к смазкам Унирол-2М, ЛС-1П, Роботемп соединение, принадлежащее особому классу неорганических полимеров – фосфоромолибдат лития LiPMoO6. Использование этих смазочных материалов в опорах скольжения пакетеровочных прессов ( по выпуску КПО», г. Азов) обеспечило экономическую эффективность за счет повышения долговечности узлов трения и сокращения расхода смазочного материала.

Апробация работы

Основные результаты исследований были доложены на Международной научной конференции «Актуальность проблемы развития транспорта России
: стратегические, региональные, технические» (г. Ростов-на-Дону 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005» (г. Ростов-на-Дону 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» (г. Ростов-на-Дону 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2008» (г. Ростов-на-Дону 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» (г. Ростов-на-Дону 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство» (г. Ростов-на-Дону 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них пять, опубликованы в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Диссертация изложена на 167 страницах основного текста, содержит 62 рисунка, 10 таблиц, библиографический список на 13 страницах, приложение на 1 странице.

Содержание работы

Во введении содержится обоснование актуальности работы, приводятся основные научные положения, составляющие предмет работы.

В первой главе дан анализ современного состояния вопроса и ставятся задачи исследований. В основу положен анализ работ отечественных и зарубежных ученых в данной области: Окерента, Тэнера, Краймера, Тичи, Уинера, , и других.

Во второй главе на основе уравнений движения микрополярной жидкости для случая «тонкого слоя» дается метод расчета упорного подшипника с линейным профилем опорной поверхности, работающего на микрополярных смазочных материалах в ламинарном режиме трения. Получены аналитические выражения для основных рабочих характеристик на основе точного автомодельного и асимптотического решения задачи. Дана оценка влияния значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на несущую способность подшипника и силу трения. Далее приводится решение этой задачи для случая упорного подшипника с нелинейным профилем опорной поверхности. Уравнение профиля опорной поверхности подшипника в декартовой системе координат ищется в виде , где h0 – толщина пленки в начальном сечении; a - угол наклона линейного профиля к оси ; и w* – соответственно амплитуда и частота контурных возмущений.

Предполагается, что одного порядка малости, w* =w' L определяется из условия максимума несущей способности. В результате установлено, что при w* ≈ 4 несущая способность подшипника в два раза больше чем при w* = 0 (рис.1).

Рис. 1 Зависимость безразмерной несущей способности от

Далее в этой главе приводится математическая модель гидродинамической смазки бесконечно широких опор, работающих в турбулентном режиме на микрополярных смазочных материалах с учетом зависимости вязкости от температуры. Дана оценка влияния теплового параметра на основные рабочие характеристики подшипника.

Для анализа рассматриваемой системы делаются следующие предположения:

1. Зависимость вязкости , коэффициентов вязкости микрополярной жидкости от температуры можно записать в виде:

где m0, g0 , χ0 – соответственно характерная вязкость, характерные коэффициенты вязкости микрополярной жидкости, T0 – начальная температура, s – экспериментальная постоянная.

2. Влияние турбулентности можно отразить с помощью коэффициента j>1, на который следует умножить вязкость, чтобы получить величину эффективной вязкости. Кроме того, предполагается, что этот коэффициент можно выразить в виде следующей известной функции числа Рейнольдса:

где h – толщина пленки, r – плотность, – скорость скольжения.

За исходные уравнения берется система безразмерных уравнений: движения микрополярной жидкости для «тонкого слоя» и уравнение неразрывности:

(1)

Здесь размерные величины связаны с безразмерными соотношениями:

(2)

где – компоненты вектора скорости; – гидродинамическое давление в смазочном слое; – вектор скорости микровращения; m – безразмерный коэффициент вязкости для ньютоновской жидкости; g, – безразмерные коэффициенты вязкости микрополярной жидкости ; L – длина ползуна; h0 – толщина пленки в начальном сечении, – декартова система координат.

Безразмерная система уравнений (1) решается при следующих граничных условиях:

при при

(3)

Так как для микрополярной жидкости предполагается N1 >> 1то отсюда следует, что (η/ N1) << 1. С точностью до членов точное автомодельное решение системы (1), удовлетворяющее граничным условиям (3) найдено в виде:

. (4)

Подставляя (4) в (2) и (3), получим:

(5)

(6)

Решение задачи (5) – (6) легко находится непосредственным интегрированием. Гидродинамическое давление определяется из уравнения:

(7)

Чтобы интегрировать безразмерное уравнение (7) необходимо определить безразмерную вязкость m, как функцию от x. Для определения m(x) воспользуемся выражением скорости диссипации энергии под действием сил сдвига, отнесенной к единичной площади пленки:

(8)

Тогда повышенная температура будет определяться выражением:

(9)

где Q – расход смазочного материала в единицу времени, ср – теплоемкость при постоянном давлении:

(10)

С учетом формул (5) и (10) и выражения зависимости вязкости от температуры для определения m(x), будем иметь:

(11)

Введем следующие обозначения:

Решение системы уравнений (7) и (11) найдено в виде ряда Тейлора вблизи x = 0.

В результате для безразмерной несущей способности и безразмерной силы трения, а также для эффективности по несущей способности, представляющей собой отношение нагрузки, которую несет подшипник, к величине потребленной мощности, получены аналитические выражения. Результаты численного анализа этих зависимостей, приведенные на рис. 2-4, показывают:

1.  С увеличением значения теплового параметра , безразмерная несущая способность уменьшается. Особенно резкое уменьшение несущей способности наблюдается при При >5, безразмерная несущая способность стабилизируется.

2.  C увеличением значения параметра связи N, безразмерная несущая способность увеличивается. Наиболее резкое увеличение несущей способности достигается для значений N 2Î [0,8; 0,9].

3.  При значениях конструктивного параметра h, близким к 0,4 в зависимости эффективности по несущей способности e от h при любых значениях параметров N и N1 наблюдается ярко выраженный максимум.

4.  Безразмерная сила трения так же, как и безразмерная несущая способность, с увеличением значения теплового параметра уменьшается. Наиболее резкое уменьшение безразмерной силы трения наблюдается при значениях .

5.  При значениях N1>20, N 2 =0,9, достигается оптимальный режим работы подшипника (т. е. повышенная несущая способность сочетается с наименьшим трением).

Рис.2. Зависимость безразмерной

несущей способности от

теплового параметра

Рис. 3. Зависимость эффективности по несущей способности (e) от конструктивного параметра h

Рис. 4. Зависимость безразмерной силы

трения от теплового параметра при

различных значениях параметра связи N

Далее в данной главе приводится решение рассматриваемой задачи в нестационарной постановке. Рассматривается случай, когда на скорость скольжения направляющей накладывают заданные гармонические колебания. Затем решается задача об устойчивости и дана оценка влияния значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на устойчивость движения направляющей.

Установлено, что при использовании микрополярной жидкости в качестве модели гидродинамической смазки в системе «ползун-направляющая» имеет место более устойчивый режим работы рассматриваемой системы, чем в случае ньютоновской жидкости.

В заключении этой главы приводится гидродинамический расчет упорного подшипника, работающего на вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами.

Здесь использован метод, которым обычно, при определенных допущениях, пользуются многие авторы для определения коэффициента трения в случае полужидкостного режима трения работы подшипника. Коэффициент трения ищется в виде суперпозиции коэффициентов трения жидкостного и граничного режимов трения.

Аналогичным образом в диссертационной работе сначала последовательно решаются две задачи, связанные с разработкой метода расчета упорного подшипника, работающего на микрополярном и на вязкоупругом смазочном материале. В последующем, решение рассматриваемой задачи представляется в виде линейной суперпозиции, полученных двух решений. В результате, используя метод суперпозиции для вязкоупругих смазочных материалов, обладающих микрополярными свойствами, будем иметь:

Здесь - соответственно несущая способность и безразмерная сила трения подшипника, работающего на микрополярном смазочном материале; - соответствующие характеристики подшипника, работающего на вязкоупругом смазочном материале. Анализ полученных аналитических зависимостей показывает, что в случае вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами наиболее оптимальными (по несущей способности и силе трения) являются следующие значения безразмерных параметров , где b - число Дебора.

В главе 3 разработаны методы расчета радиального подшипника скольжения, работающего на вязкоупругопластичных смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами.

В начале решается задача о движении микрополярной жидкости между шипом и подшипником, в предположении, что шип вращается вокруг своей неподвижной оси с постоянной угловой скоростью w, а подшипник неподвижен. Пространство между шипом и подшипником полностью заполнено ньютоновской жидкостью, обладающей микрополярными свойствами. В качестве исходных уравнений берутся уравнения движения микрополярной жидкости для тонкого слоя и уравнения неразрывности:

(12)

Здесь размерные величины связаны с безразмерными соотношениями:

(13)

где – компоненты вектора скорости; – гидродинамическое давление в смазочном слое; – вектор скорости микровращения; m – коэффициент вязкости для ньютоновской жидкости; g, χ – коэффициенты вязкости микрополярной жидкости ; r0 – радиус шипа; r1 – радиус подшипника.

В полярной системе координат (r',q) c полюсом в центре шипа безразмерные уравнения контуров шипа и подшипника можно соответственно записать в виде:

где e – эксцентриситет. (14)

Безразмерная система уравнений (12) решается при следующих граничных условиях:

(15)

С точностью до членов точное автомодельное решение рассматриваемой задачи ищется в виде:

(16)

Подставляя (16) в систему (12) и в граничные условия (15) в принятом нами приближении будем иметь:

(17)

(18)

Решение задачи (17) – (18) легко находится непосредственным интегрированием. После необходимых вычислений получим:

(19)

Постоянные определяются из граничных условий (18)

В случае, когда (практически такой случай почти всегда имеет место), решение безразмерной системы уравнений (12), ищется в виде:

(20)

Далее в этой главе приводится метод гидродинамического расчета радиального подшипника, близкого к круговому, работающего на микрополярных смазочных материалах.

В полярной системе координат с полюсом в центре шипа уравнение контуров шипа и подшипника, близкого к круговому, можно записать в виде

(21)

где e – эксцентриситет, – характеризует степень отклонения подшипника от кругового; – ограниченная функция, причем max =1, , – малый параметр.

В дальнейшем, в качестве функции f(q) берется , где w* – подлежит определению (w* определяется из условия максимума несущей способности подшипника).

Система безразмерных уравнений (12) в принятом нами приближении решается при следующих безразмерных граничных условиях

(22)

Решение системы (12), удовлетворяющее граничным условиям (22), найдено в виде рядов по степеням малого параметра

(23)

В результате получены аналитические выражения для компонент поддерживающей силы и силы трения. Дана оценка влияния значений параметров на основные рабочие характеристики подшипника.

Результаты численного анализа показывают:

1.  Наиболее рациональным по несущей способности подшипника является значение частоты контурного возмущения . При этом значение несущей способности подшипника более, чем в два раза выше, чем в случае, когда q *=0 (т. е. в случае кругового подшипника) (рис. 6).

2.  С увеличением значения параметра связи N 2 несущая способность подшипника возрастает. Наиболее рациональным значением является значение N 2=0,95.

3.  При значении параметра при , несущая способность подшипника, работающего на микрополярном смазочном материале стремится к значению этой характеристики для случая ньютоновской жидкости.

Рис. 6 Зависимость безразмерной

cоставляющей несущей

способности от N 2 и w*

(N1=50; h=0,02; h1=-0,01)

С использованием найденных аналитических выражений для основных рабочих характеристик в данной главе составлено уравнение движения шипа и решена задача об устойчивости. В результате установлены области изменения безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов, эффективной вязкости и объемной концентрации, обеспечивающие рациональный режим работы радиального подшипника и гидродинамическую устойчивость его работы. Далее в этой главе, в начале в стационарной постановке приводится метод расчета подшипника, работающего на микрополярных смазочных материалах, с учетом зависимости вязкостей от температуры. Численный анализ полученных аналитических выражений для основных рабочих характеристик показывает:

1. С увеличением значения теплового параметра , как и в случае упорного подшипника, несущая способность резко уменьшается при Î(0,5). При значениях >5, безразмерная несущая способность стабилизируется.

2.С увеличением значения теплового параметра безразмерная сила трения уменьшается.

3. Наиболее резкое уменьшение силы трения наблюдается при значениях . При сила трения стабилизируется. Наиболее резкое увеличение несущей способности подшипника достигается при значениях параметра N2Î[0,8;0,9].

4. При значениях параметра N1>20, N 2Î[0,8;0,9], >5 повышенная несущая способность подшипника сочетается с низким коэффициентом трения.

В заключении этой главы последовательно решаются следующие три задачи.

Задача № 1. Рассматривается неустановившееся движение вязкой жидкости, обладающей микрополярными свойствами в зазоре радиального подшипника бесконечной длины.

Задача № 2. Рассматривается движение вязкопластичной жидкости, в зазоре радиального подшипника бесконечной длины при полном заполнении зазора.

Задача № 3. Рассматривается движение вязкоупругой жидкости, в зазоре радиального подшипника.

При решении задачи № 1 в начале в качестве исходных уравнений берутся уравнения простой микрополярной жидкости. При решении задач № 2 и № 3 используются аналоги уравнения Рейнольдса для вязкопластичной и вязкоупругой жидкости.

На основе полученных в главах 2 и 3 аналитических выражений для основных рабочих характеристик рассматриваемых упорных и радиальных подшипников, работающих на микрополярных, вязкоупругих и вязкопластичных смазочных материалах, с использованием метода суперпозиции для компонент вектора несущей способности и силы трения, получим следующие выражения:

Здесь - соответствует случаю, когда смазочный материал обладает вязкоупругими свойствами; - соответствует случаю, когда смазочный материал обладает только микрополярными свойствами; - соответствует случаю, когда смазочный материал обладает вязкопластичными свойствами; при микрополярный смазочный материал обладает вязкоупругопластичными свойствами.

Найденные аналитические выражения для основных рабочих характеристик подшипника существенно зависят от параметров N и N1 микрополярных смазочных материалов, а также от параметра пластичности (где - предельное напряжение сдвига) и от числа Дебора b. Наиболее рациональными по несущей способности и коэффициенту трения являются значения параметров

В главе 4 дается экспериментальная оценка основным теоретическим результатам.

В задачу эксперимента входило:

1. Проверить эффективность разработанной математической модели гидродинамической смазки подшипников скольжения, обладающей следующими реологическими свойствами: микрополярными, вязкоупругими, вязкопластичными и одновременно обладающими микрополярными и вязкоупругопластичными свойствами.

2. Исследование влияния реологических свойств смазочных материалов на основные рабочие характеристики подшипника (на его несущую способность и коэффициент трения).

3. Выбор смазочных материалов, обладающих простыми микрополярными свойствами, вязкоупругими, вязкопластичными и одновременно микрополярными и вязкоупругопластичными свойствами.

В начале эксперимента для используемых смазок были установлены показатели качества: пенетрация, предел прочности на сдвиг, вязкость, температура каплепадения, коллоидная стабильность.

На первом этапе эксперимента были взяты смазки, обладающие вязкоупругими и вязкопластичными свойствами. Эти смазки были представлены опытно-промышленной лабораторией . Первая смазка – Унирол-2М, вторая смазка ЛС-1П (это литиевая смазка с довольно большим пакетом присадок), а третья смазка – Роботемп, представляющая собой комплексную литиевую смазку.

Трибологические характеристики опытных смазок определялись на четырехшариковой машине трения ЧШМ-4. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1

Физико-химические и трибологические свойства смазок

УНИРОЛ-2М, ЛС-1П, Роботемп

Наименование смазки

Пенетрация при 250С

Температура каплепадения 0С

Предел прочности на сдвиг, Па

Нагрузка, Н

Критическая нагрузка, Н

Диаметр пятна каплепадения, мм

УНИРОЛ – 2М

330-400

215

150-600 (+500С)

2195

1098

0,4

ЛС-1П

310-340

185

-

2195

980

0,3

Роботемп

265-295

200

300-900

2450

980

0,3

Основные рабочие характеристики подшипника, работающего на микрополярных смазочных материалах, обладающих вязкоупругопластичными свойствами, также определялись на машине трения СМТ-1.

Для испытаний применялись образцы по схеме «диск-колодка». Цилиндрические ролики диаметром 50 мм из стали 40Х были подвергнуты закалке и низкому отпуску. Колодки изготовлены из чугуна СЧ 18-36. Опыты проводились при нагрузке 10-110 кг/см2 при скорости скольжения 2 м/с. Время испытания – 6 часов.

В качестве смазочного материала были использованы:

Индустриальное масло И-12. Это масло было взято из пункта регенерации масел в депо после обработки более 50 часов, но без его регенерации и содержанию до 17% вес. твердых продуктов износа фракций 1,0-150,0 мкм; смазка УНИРОЛ-2М; смазка ЛС-1П; смазка РОБОТЕМП.

В качестве антифрикционной противозадирной присадки к смазкам Унирол-2М, ЛС-1П, Роботемп использовалось соединение, принадлежащее особому классу неорганических полимеров – гетерополиаросфатам метафосфатного состава, а именно фосфоромолибдат лития LiPMoO6.

Соединение получено при кристаллизации из расплава смести метофосфата лития триоксида молибдена, взятых в соотношении 1:1. Соединение LiPMoO6 плавится без разложения при 6110С и перегреве на 2500С не теряет массы. На кафедре «Химии» РГУПС, с помощью рентгенографического и ИК-спектроскопического методов установлено, что анион соединения аналогичен трициклометафосфатному; фосфоромолибдат лития обладает олоофильностью. Присадка LiPMoO6 была введена в качестве 1,0-1,5 масс % в выше указанных пластичных смазках.

Результаты проведенных экспериментальных по несущей способности и коэффициенту трения исследований, приведенных в таблицах 2-4, показывают:

1. Значения основных рабочих характеристик, работающих на ньютоновской жидкости и на смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами, значительно отличаются. Подшипник, работающий на микрополярных смазочных материалах, имеет повышенную несущую способность, по сравнению с подшипником, работающим на ньютоновской жидкости.

2. Несущая способность подшипника, работающего на смазочных материалах, обладающих одновременно микрополярными и вязкоупругопластичными свойствами выше, чем в случае, когда подшипник работает на вязкоупругих или вязкопластичных смазочных материалах.

3. Теоретические результаты по коэффициенту трения и нагрузочной способности смазочной пленки достаточно хорошо согласуются при соответствующих значениях безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов, обладающих вязкоупругими свойствами.

4. Минимальные и практически одинаковые значения коэффициента трения зафиксированы во всех выше перечисленных пластичных смазочных материалах (коэффициент трения различается на 3%).

Полученные результаты исследований влияния фосфоромолибдата лития на триботехнические свойства ПС, можно объяснить преобразованием его молекулярной структуры: из циклической в ценогенную и обратно, что подтверждается ИК-спектроскопическими данными смазок после испытаний.

Результаты триботехнических исследований коррелируют с изученными физико-химическими свойствами: вязкость ПС при введении увеличивается, а пенетрация уменьшается, что на наш взгляд может быть подтверждением образования устойчивой смазочной системы и упрочнения структурной организации смазки, за счет более упорядоченного расположения частиц дисперсионной среды в межслоевом пространстве.

Значения коэффициента трения в зависимости от нагрузки

Таблица 2

Смазка И-12

Смазка И-12 после отработки

более 50 часов

удельная нагрузка [кг/см2]

скорость скольжения [м/с]

коэффициент трения

удельная нагрузка [кг/см2]

Скорость скольжения [м/с]

Коэффициент трения

теорет

эксп

теорет

эксп

10

2

0,024

0,023

10

2

0,020

0,021

20

2

0,028

0,027

20

2

0,023

0,024

30

2

0,030

0,029

30

2

0,026

0,027

40

2

0,035

0,032

40

2

0,030

0,031

50

2

0,035

0,034

50

2

0,032

0,033

55

2

0,045

0,044

60

2

0,042

0,043

60

2

0,050

0,048

65

2

0,048

0,049

Таблица 3

Смазка УНИРОЛ-2М

Смазка УНИРОЛ-2М + LiPMoO6

10

2

0,026

0,025

10

2

0,020

0,019

30

2

0,029

0,028

30

2

0,023

0,022

50

2

0,033

0,032

50

2

0,026

0,025

70

2

0,037

0,036

70

2

0,030

0,029

90

2

0,040

0,039

90

2

0,033

0,032

110

2

0,050

0,049

110

2

0,042

0,041

Смазка ЛС-1П

Смазка ЛС-1П + LiPMoO6

10

2

0,024

0,023

10

2

0,025

0,024

40

2

0,028

0,027

40

2

0,028

0,027

70

2

0,031

0,030

70

2

0,032

0,031

100

2

0,041

0,039

100

2

0,042

0,040

Таблица 4

Смазка РОБОТЕМП

Смазка РОБОТЕМП + LiPMoO6

10

2

0,022

0,04

10

2

0,020

0,019

40

2

0,025

0,024

40

2

0,023

0,022

70

2

0,028

0,027

70

2

0,026

0,025

100

2

0,036

0,035

100

2

0,034

0,033

Общие выводы

1. Разработана методика гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на микрополярных смазочных материалах в ламинарном и турбулентном режимах трения с учетом зависимости вязкостей от температуры. Определены оптимальные (по несущей способности и коэффициенту трения) значения безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов.

2. Разработана нелинейная математическая модель гидродинамической смазки бесконечно широких опор, работающих в нестационарном турбулентном режиме трения на микрополярных смазочных материалах с учетом вязкости от температуры. Дана оценка влияния нелинейных факторов и теплового параметра на основные рабочие характеристики подшипника.

3. Решена задача об устойчивости движения направляющей при квазистационарном течении микрополярной жидкости в системе «ползун-направляющая». Дана оценка влияния значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на устойчивое движение направляющей.

4. Разработан метод расчета упорного подшипника, с учетом геометрии его опорной поверхности, работающего на вязкоупругих смазочных материалах обладающих микрополярными свойствами. Определены оптимальные (по несущей способности и коэффициенту трения) значения безразмерных параметров вязкоупругих микрополярных смазочных материалов, а также установлен профиль опорной поверхности подшипника обеспечивающий более чем в два раза повышенную несущую способность по сравнению с линейным профилем.

5. Разработан метод расчета радиального подшипника, работающего на микрополярных смазочных материалах в стационарном и нестационарном режимах трения, с учетом зависимости вязкостей от температуры и геометрии его опорной поверхности. Установлен такой профиль опорной поверхности подшипника, который обеспечивает в два раза повышенную несущую способность по сравнению с круговым профилем. Решена задача об устойчивости движения шипа в подшипнике. Дана оценка влияния безразмерных параметров на устойчивость работы подшипников.

6. Разработан метод расчета радиального подшипника скольжения, работающего на вязкопластичных смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами. Определены оптимальные по несущей способности значения безразмерных параметров вязкопластичных смазочных материалов, обладающих микрополярными свойствами.

7. Разработан гидродинамический расчет радиального подшипника, работающего на вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами.

8. Разработан гидродинамический расчет радиального подшипника, работающего на вязкоупругопластичных смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами. Определены оптимальные (по несущей способности и коэффициенту трения) значения безразмерных параметров вязкоупругопластичных смазочных материалов, обладающих микрополярными свойствами. В результате установлены оптимальные значения параметров:

9. Дана экспериментальная оценка основных теоретических результатов.

10. Разработаны практические рекомендации по выбору присадок к вязким, вязкоупругим и вязкопластичным смазочным материалам, оказывающих благоприятное влияние в режиме гидродинамической смазки.

Выражаю благодарность канд. хим. наук, доценту кафедры «Химия» РГУПС за оказанную помощь в проведении экспериментальных исследований.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Об устойчивости движения направляющей при квазистационарном течении микрополярной смазки в системе «ползун-направляющая». Труды РГУПС, 2006, № 2. С. 24-29.

2. , Савенкова модель прогнозирования значений безразмерных критериев микрополярной смазки, обеспечивающих рациональный режим работы упорного подшипника скольжения. Труды РГУПС, 2006, № 2. С. 29-34.

3. , , Семенко автомодельное решение линейной задачи гидродинамического расчета радиального подшипника, работающего на микрополярной смазке. Труды РГУПС, 2006, № 1. С. 9-12.

4. Вовк автомодельное решение задачи гидродинамического расчета упорного подшипника, работающего на микрополярной смазке. Труды РГУПС, 2006, № 1. С. 12-14.

5. , , Константинов расчет радиального подшипника, близкого к круговому, работающего на микрополярной смазке. Вестник РГУПС, №С. 148-152.

6. Вовк расчет радиального подшипника, работающего на вязкопластичной смазке, обладающей микрополярными свойствами. Труды РГУПС, №С. 21-27.

7. , , Константинов расчет упорного подшипника, работающего на вязкоупругой смазке, обладающей микрополярными свойствами. Труды РГУПС, №С. 51-59.

8. , , Семенко расчет радиального подшипника, работающего в нестационарном режиме на вязкопластичной смазке, обладающей микрополярными свойствами. Вестник РГУПС, №С. 131-138.

9. , Вовк температурный режим работы радиального подшипника, работающего на микрополярной смазке в полужидкостном режиме трения. Вестник РГУПС, №С. 22-32.

10. , , Савенкова модель гидродинамической смазки бесконечно широких опор, работающих в турбулентном режиме на микрополярной смазке. Трение и смазка в машинах и механизмах. №С. 12-15.

11. , , Савенкова метод прогнозирования значений критериев микрополярной смазки, обеспечивающих устойчивый режим работы радиального подшипника скольжения. Трение и износ. Том. 29. №С. 184-191.

прогнозирование значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов

с вязкоупругопластичными свойствами, обеспечивающих устойчивый режим работы подшипников скольжения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписано к печати __________г. Формат бумаги 6084/16

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1

Уч-изд. л. 1. Тираж 100. Заказ №

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Ризография РГУПС

________________________________________________________________

Адрес университета: г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского

Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.

2