Использование магнитожидкостной смазки для повышения работоспособности резьбовых соединений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Использование магнитожидкостной смазки для повышения работоспособности резьбовых соединений

Пучков Павел Владимирович,

кандидат наук, преподаватель

В данной статье пойдет речь о повышении работоспособности резьбовых соединений, работающих в тяжелых условиях. Для уменьшения момента трения в резьбе предлагается использовать магнитные жидкости различного состава в качестве смазки.

Проблема работоспособности резьбовых соединений в настоящее время очень актуальна, особенно с развитием техники и устройств, работающих в условиях вакуума, повышенной грунтовой загрязненности, повышенной влажности. К резьбовым соединениям, работающим в условиях вакуума, а особенно в космических аппаратах должны предъявляться высокие эксплуатационные требования.

Трение в вакууме отличается от трения при атмосферном давлении. Уменьшение давления окружающей среды изменяет фрикционные характеристики материалов пары трения. В связи с этим процесс трения металлов в вакууме усложняется, коэффициент трения несколько раз больше, чем при трении на воздухе, и достигает нескольких единиц. Сложность состоит в регенерации защитных пленок на поверхности контакта трения, так как в условиях вакуума жидкие смазки испаряются, а твердые смазочные покрытия сублимируются. Удержать смазочный материал в зоне контакта трения деталей в условиях вакуума крайне сложно.

В условиях атмосферного воздуха многие механизмы, в которых используются гайки, винты, болты, шпильки, ходовые винты и т.д. работают в тяжелых условиях таких как: повышенной влажности, грунтовой загрязненности, при высоких температурах, в агрессивных средах, в результате чего резьбовые соединения теряют свою подвижность.

Основной причиной потери подвижности резьбовых соединений является окисление и деформация витков резьбы см. рисунок1.

Рисунок 1 Поверхность метрической резьбы: а - смятие резьбовой поверхности; б - коррозия резьбовой поверхности

Чтобы повысить коррозионную стойкость резьбовых соединений, известны следующие способы защиты поверхности резьбы: оксидирование (оцинковка), пассивация поверхности ингибиторами коррозии, смазка твердыми и жидкими смазочными материалами и др. Данные способы защиты поверхности не являются универсальными, а для резьбовых соединений, предназначенных для работы в условиях вакуума мало пригодны. Поэтому в данной работе предложен один из вариантов решения проблемы надежности резьбовых соединений при работе в вакууме и в других тяжелых условиях. Надежность резьбовых соединений обеспечивается за счет принудительного удерживания смазочного материала на контактных поверхностях трения витков резьбового соединения, в качестве которой выбрана магнитная жидкость (см. рисунок 2).

Рисунок 2 Свободная поверхность магнитной жидкости в постоянном магнитном поле

Удерживаемая постоянным магнитным полем, магнитная жидкость уменьшает трение в резьбовом соединении и препятствует попаданию в резьбовое соединение инородных сред.

В качестве смазочного материала в резьбовых соединениях могут использоваться магнитные жидкости на различных жидкостях-носителях в зависимости от условий работы, для которых это резьбовое соединение предназначено. Для резьбовых соединений, работающих в условиях вакуума необходимо использовать магнитную жидкость только на основе полиэтилсилоксановой жидкости. Компоненты этой магнитной жидкости устойчивы к испарению в условиях вакуума. Для резьбовых соединений, работающих в условиях атмосферного воздуха можно использовать МЖ на основе минерального масла, керосина и т.д.

Поэтому в качестве смазочного материала в резьбовых соединениях может применяться ряд магнитных жидкостей, отличающихся по своим свойствам. При проведении экспериментов использовались магнитные жидкости, приготовленные на основе веретённого масла И-Л-А-32 и полиэтилсилоксановой жидкости (ПЭС-5) с различными магнитными наполнителями. Магнитной фазой в этих жидкостях являлось карбонильное железо, магнетит, и их смесь. Основным отличительным признаком между частицами магнетита и карбонильного железа, помимо физических и химических свойств, является их форма. Микрочастицы карбонильного железа имеют шаровидную форму, а части магнетита произвольную (или игольчатую) конфигурацию. Поэтому, используя в качестве смазки жидкости с такими магнитными фазами можно установить влияние на процесс трения конфигурации частиц магнитного наполнителя. Характеристики магнитных жидкостей приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 Характеристики магнитных жидкостей

Из графика представленного на рисунке 4 можно сделать вывод, что магнитная жидкость на основе ПЭС-5 на воздухе несколько уступает по смазочным свойствам магнитным жидкостям на основе масла И-Л-А-32.

Это связано с тем, что масло И-Л-А-32 обладает лучшими смазочными характеристиками по сравнению с полиэтилсилоксановой жидкостью. Также следует отметить, что во всех случаях момент трения для жидкостей на карбонильном железе меньше чем для жидкостей на магнетите. Это связано с тем, что магнитный наполнитель на основе железа имеет шарообразную конфигурацию частиц, а наполнитель на основе магнетита имеет произвольную конфигурацию частиц.

Рисунок 4 Зависимость момента трения в резьбовом соединении из стали 12Х18Н10Т от состава магнитных жидкостей, применяемых в качестве смазки

резьбовой соединение магнитный жидкость

Таким образом, повышение эксплуатационных параметров, надёжности и долговечности резьбовых соединений, предназначенных для работы в тяжелых условиях - один из путей повышения надёжности и срока службы безотказной работы дорогостоящих аппаратов и механизмов.

Список литературы

1. Киселев В.В. К проблеме улучшения триботехнических свойств смазочных материалов.// Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2006. Т.49. № 12. С. 113-114.

2. Киселев В.В. Меры по снижению износа деталей пожарной техники. / NovaInfo.Ru. 2016. Т. 1. № 51. С. 37-40.

3. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Перспективы применения магнитожидкостных устройств в пожарной и аварийно-спасательной технике.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2010. №2. С. 63-64.

4. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Повышение надежности пожарной техники применением модернизированных смазочных материалов.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2010. №3. С. 24-28.

5. Пучков, П.В. Магнитожидкостное уплотнение подшипника качения / П.В. Пучков, А.В. Топоров, Н.А. Кропотова, И.А. Легкова. Наука и образование в социокультурном пространстве современного общества: материалы международной научно-практической конференции. Смоленск, 2016. С. 33-35.

Размещено на Allbest.ru