Использование магнитоэластомерного материала для удержания магнитожидкостной смазки в области трения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование магнитоэластомерного материала для удержания магнитожидкостной смазки в области трения

Топоров Алексей Валериевич, преподаватель

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Топорова Ева Александровна, кандидат наук, доцент

Ивановский государственный политехнический университет

В статье рассмотрен вопрос о применении магнитоэластомерного материала в качестве источника магнитного поля для удержания магнитожидкостной смазки в области трения. Приведены результаты триботехнических испытаний.

По статистическим данным 90% [1] случаев аварийных разрушений подшипниковых узлов вызвано неудовлетворительной работой уплотнений. Даже незначительное нарушение герметичности подшипниковых узлов снижает надежность их работы, повышает расход смазочных материалов и потребность в запасных частях, а также необходимость выполнения внеплановых ремонтных работ и дополнительные трудовые ресурсы.

Таким образом, повышение эксплуатационных параметров уплотнительных устройств, их безотказность и долговечность - один из путей повышения надежности и долговечности техники.

Элементы трения торцовых уплотнений чаще всего изготавливаются из силицированного графита - материала стойкого к истиранию, но не лишенного недостатков, основным из которых является плохая обрабатываемость и хрупкость [1].

Применяемая для изготовления манжетных уплотнений резина не способна работать при высоких контактных нагрузках в отсутствии смазочного материала [1]. Решить проблему смазки рабочих поверхностей уплотнения, изготовленных из эластомерных материалов возможно применением в качестве смазки магнитной жидкости [2]. Для удержания магнитной жидкости в области трения необходимо использовать специальную магнитную систему и источник магнитного поля.

Традиционно в магнитожидкостных уплотнительных устройствах в качестве источника магнитного поля используются постоянные магниты [3].

Однако применение магнитной системы и постоянных магнитов значительно увеличивают габариты конструкции, усложняют и удорожают ее.

Поэтому, актуальным является поиск замены традиционно применяемой магнитной системе и постоянному магниту в качестве средства удержания МЖ в области трения уплотнительного устройства.

Решением данной задачи может стать использование в качестве материала для изготовления рабочего элемента трения магнитоэластомера (рисунок 1). Магнитоэластомер представляет из себя резину с магниным наполнителем. Материал легко складывается или сгибается, не теряя магнитных свойств, его легко разрезать.

Применение магнитоэластомера в качестве материала для изготовления рабочего элемента уплотнения позволяет избавиться от громоздкой магнитной системы и значительно упростит технологию изготовления уплотнения. Однако, процесс трения магнитоэластомера как в присутствии традиционных смазочных веществ, так и магнитных жидкостей изучен недостаточно. Поэтому эта задача является актуальной.

При работе контактных уплотнений трение происходит между рабочим элементом, изготовленным из эластомерного материала и металлическим контртелом. Таким образом, наибольший интерес и практическую ценность при разработке уплотнения наибольший интерес представляет процесс трения в паре магнитоэластомер - металл.

Для обоснования выбора магнитоэластомерного материала в качестве рабочего элемента уплотнения так же необходимо изучить и проанализировать влияние различных смазочных материалов на процесс трения. Процесс трения изучался с использованием специально разработанного устройства «Триботехнический маятник» [6]. В качестве смазочных материалов при проведении эксперимента целесообразно использовать:

1. Индустриальное масло, применяемое для смазки подобных уплотнений;

2. Магнитную жидкость.

Для оценки эффективности различных смазок необходимо так же изучить процесс трения магнитоэластомера в сухую.

На процесс трения эластомеров значительное влияние оказывают скорость скольжения и контактные усилия в зоне трения [4].

Скорость скольжения и контактное усилие при проведении эксперимента целесообразно выбирать в соответствии с параметрами работы подобных уплотнений [1].

Таким образом, полученные в ходе эксперимента данные в дальнейшем позволят сделать вывод о целесообразности использования магнитоэластомера в качестве рабочего элемента уплотнения и сделать выводы о параметрах его работы.

Рисунок 1. Свободная поверхность магнитной жидкости, нанесенной на магнитоэластомерный элемент трения

На рисунке 2. представлены зависимости коэффициента трения магнитоэластомерного материала по стали от контактного усилия для скорости скольжения 0,697433 для различны смазок.

При трении без смазочного материала с увеличением контактного усилии происходит некоторое снижение коэффициента трения. Это обусловлено особенностями трения эластомерного материала по твердым поверхностям. С увеличением контактного усилия значительного увеличения площади касания с выступами микронеровностей поверхности твердодго контртела не происходит. Соответственно не происходит и увеличения релаксационной составляющей силы сопротивления. Адгезионная составляющая с достижением определенного значения с дальнейшим увеличением контактного усилия меняется незначительно [4].

Рисунок 2. Зависимость коэффициента трения магнитоэластомерного материала по стали от нагрузки для различных смазочных материалов.

В случае трения в присутствии масла И-5 при минимальной скорости скольжения происходит значительное снижение коэффициента трения, по сравнению с трением в сухую. Коэффициент трения уменьшается на 0.38. С ростом контактного усилия коэффициент трения увеличивается, от 0.18 до 0.4. Увеличение коэффициента трения связано с выдавливанием смазочного материала из зоны трения и изменению режимов трения.

В присутствии магнитной жидкости, при минимальных значениях контактного усилия коэффициент трения несколько выше чем при трении в присутствии масла И - 5. С увеличением контактного усилия значительного роста коэффициента трения не происходит. В отличии от масла И - 5, магнитная жидкость надежно удерживается в области трения магнитными силами и обеспечивает смазку трущихся поверхностей.

Поэтому, магнитоэластомерный материал может быть использован для изготовления рабочих элементов контактных уплотнений, при условии использования в качестве смазки магнитной жидкости.

уплотнитель магнитоэластомерный смазочный трибологический

Список литературы

1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / А.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986- 464 с., ил.

2. Топоров А.В. Разработка комбинированных магнитожидкостных уплотнений и исследование их трибологических характеристик. Специальность: 05.02.04 - трение и износ в машинах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Иваново, 2000

3. Топоров А.В, Топорова Е.А., Пучков П.В., Киселев В.В., Дашков Д.И. Подшипник качения с магнитожидкостным уплотнением Патент на полезную модель RUS 100165 от 23.07.2010

4. Топоров А.В., Топорова Е.А., Пучков П.В. Комбинированное торцовое магнитожидкостное уплотнение Патент на полезную модель RU 88407 U1 от 10.11.2009

5. Пучков П.В., Топоров А.В., Кропотова Н.А., Легкова И.А. Магнитожидкостное уплотнение подшипника качения В сборнике: Наука и образование в социокультурном пространстве современного общества Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. В 3-х частях. Часть 3 Смоленск, 2016 С. 33-35.

6. Топоров А.В., Малый И.А., Никитина С.А., Пучков П.В., Киселев В.В., Топорова Е.А., Триботехнический маятник. Патент на полезную модель RU 115482 U1 от 27.04.2012

Размещено на Allbest.ru