УДК 620.179.13.

И. О. КОБЗЕВ, Е. В. ПАХОЛКИН

I. O. Kobzev, e. v. PAKHOLKIN

АЛГОРИТМ КОНТРОЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ С РЕСУРСНЫМ

РЕЖИМОМ СМАЗЫВАНИЯ

ALGORITHM CONTROL FRICTION UNITS WITH RESOURCE
  LUBRICATION REGIME

В работе представлен алгоритм расчетно-экспериментального метода контроля интенсивности термической деструкции смазочных материалов в узлах трения с ресурсным режимом смазывания. Дано описание каждого из этапов алгоритма. Приведен перечень априорных и определяемых экспериментально входных параметров, а также наиболее значимых промежуточных результатов.

Ключевые слова: алгоритм, подшипник, смазочный материал, термическая деструкция, контроль.

In this paper we present an algorithm for calculation and experimental control method for the intensity of the thermal degradation of lubricants in friction with the resource regime of lubrication. A description of each stage of the algorithm. A list is given a priori and experimentally determined input parameters, as well as the most important intermediate results.

Keywords: algorithm, bearings, grease, thermal degradation, control.

На сегодняшний день в самых различных отраслях промышленности применяются узлы трения с ресурсным режимом смазывания. Ресурс работы таких узлов определяется ресурсом работы смазочного материала. Ресурс работы последнего зависит от интенсивности протекания реакций необратимого термического превращения, которая, в свою очередь, определяется интенсивностью температурных вспышек, возникающих на фактических пятнах контакта трущихся поверхностей при контактировании микронеровностей в условиях высоких нагрузок и значительных скоростей.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В работах [1 – 3] был предложен метод контроля интенсивности термической деструкции смазочного материала в узлах трения-качения. Предложенный метод основан на моделях тепловых процессов, реализующихся при трении и предложенных , кинетической теории течения жидкостей , уравнений химической кинетики, а также двух электрических временных параметров микроконтактирования, определяемых экспериментально в процессе работы трибоузла. В данной работе описан алгоритм контроля в виде блок-схемы, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Блок-схема контроля

- плотности материалов пары трения; – удельные теплоемкости материалов пары трения; – коэффициенты теплопроводности материалов пары трения; – коэффициент, зависящий от типа подшипника и степени его нагружения; – коэффициент, зависящий от соотношения радиальной и осевой нагрузок, воспринимаемых подшипником; – эквивалентная нагрузка на подшипник; – средний диаметр подшипника; – частота вращения подшипника (мин–1); – масса элемента трения (внешнего кольца, внутреннего кольца); – скорость воздушного потока, обдувающего узел трения; – площадь открытой вентилируемой поверхности элементов пары трения; НИВ – нормированное интегральное время электрического контактирования; СЧМ – средняя частота микроконтактирований; – температура окружающей среды; – приращение средней объемной температуры рассматриваемого элемента трения; – масса смазочного материала, закладываемого в узел трения; – коэффициент теплоемкости смазочного материала; , – коэффициенты, зависящие от геометрии контактирующих элементов, являются справочными; – приведенный коэффициент Пуассона; – приведенный модуль упругости второго рода; – приведенная кривизна контактирующих поверхностей; – радиальная нагрузка на подшипник; – число тел качения; – приращение средней поверхностной температуры рассматриваемого элемента; – радиус закругления микровыступов; – максимальная высота микровыступов; , – параметры опорной кривой поверхности трения более твердого элемента пары трения; – твердость по Бринеллю более мягкого элемента пары трения; – коэффициент трения микронеровностей без действия смазочного материала и в отсутствии оксидной пленки; , , – соответственно плотность теплоемкость и теплопроводность рассматриваемого элемента трения при температуре, равной средней поверхностной; – приращение температуры на фактических пятнах контакта рассматриваемого элемента трения; – температура на фактических пятнах контакта непосредственно после контакта; – период колебания молекул смазочного материала около положения равновесия; ИВ – индекс вязкости смазочного материала; – энергия активации химической реакции (является константой для каждой реакции); – плотность смазочного материала; – интенсивность необратимой термической деструкции смазочного материала.

Вначале в алгоритм вводятся априорные данные, характеризующие теплофизические, конструктивные параметры узла трения, а также условия его охлаждения. Затем одновременно измеряются значения параметров НИВ, СЧМ, а также температуры окружающей среды за определенное время. На основе этих параметров оцениваются коэффициент разделения тепловых потоков, работа цикла трения, составляющая момента трения, зависящая от размеров деформации и проскальзывания в площадке контакта, а также приращение средней объемной температуры для выбранного элемента трения.

Далее в алгоритм вводятся параметры смазочного материала, а именно, его масса и теплоемкость, параметры геометрии контактирующих поверхностей, механические параметры материалов трущихся элементов. По радиальной нагрузке на подшипник и количеству тел качения рассчитывается сила, действующая в максимально нагруженной зоне. Рассчитывается эффективная глубина передачи теплоты, номинальная площадь контакта, временные факторы работы и мощности трения. С помощью заданных и рассчитанных параметров производится расчет средней поверхностной температуры на номинальной площади контакта.

Исходя из полученного значения средней поверхностной температуры (определяемой как сумма температуры окружающей среды, а также приращений средней объемной и средней поверхностной температур), определяются теплофизические параметры материала рассматриваемого элемента трения (наружного или внутреннего кольца) при данной температуре. На этом же этапе вводятся параметры, характеризующие шероховатость трущихся поверхностей, а также твердость и коэффициент трения. На основе данных параметров оцениваются диаметр среднего пятна касания, фактическая площадь контакта, радиальная сила, действующая на фактическом пятне контакта, сила трения металлического контакта микронеровностей, а также скорость относительного перемещения трущихся поверхностей. На основании перечисленных параметров оценивается приращение температуры на фактических пятнах контакта, а также непосредственная температура этих пятен.

С помощью полученного значения температуры на фактических пятнах контакта, периода собственных колебаний молекул смазочного материала (СМ) около положения равновесия, индекса вязкости, энергии активации реакции термической деструкции СМ, а также плотности СМ оценивается: время оседлой жизни молекулы СМ, средний диаметр молекулы СМ, время работоспособности СМ при данной температуре. В итоге рассчитывается текущее значение интенсивности термической деструкции СМ. При фиксированных режимах работы узла трения текущее значение интенсивности термической деструкции СМ будет зависеть лишь от текущих значений НИВ и СЧМ.

Таким образом, представленная схема в полной мере отражает алгоритм контроля узлов трения с ресурсным режимом смазывания по критерию термической устойчивости смазочного материала и может быть использована при разработке приборных средств для контроля таких узлов.

Работа выполняется при поддержке аналитической ведомственной целевой программы “Развитие научного потенциала высшей школы ( годы)”, код проекта 10423.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кобзев, -экспериментальный метод оценки максимальной темепературы в шарикоподшипнике. Часть 1. Математическая модель максимальной температуры [Текст] / , // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии – 2010. – № 6 – С. 143-150.

2. Кобзев, -экспериментальный метод оценки максимальной температуры в шарикоподшипнике. Часть 2. Применение диагностических параметров электрической группы [Текст] / , // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии – 2010. – № 6.2 – С. 34-40.

3. Кобзев -экспериментальный метод контроля степени термической деструкции смазочного материала в подшипнике качения / , // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии – 2011. (статья принята в печать).

Орловский государственный технический университет, г. Орел

Кандидат технических наук, доцент

Тел.

E-mail: *****@***ru

Орловский государственный технический университет, г. Орел

Аспирант кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация»

Тел.

E-mail: К*****@***ru