В умовах низьких температур (t = -10oC -30oC) через розшифрування мікроінтерферограм і відео- і телереєстрацію встановлено формування всередині ділянки контакту повної товщини ЕГД-плівки мащення при гальмуванні підшипника, яка свідчить про збереження мастильного шару в умовах реверсування швидкості підшипника.

П'ятий розділ присвячено питанням мастильної дії олив в точковому контакті тертя в умовах мастильного голодування. Складено й обгрунтовано ЕГД-критерії оцінювання мастильної дії в умовах рясного мащення і мастильного голодування, на підставі яких розроблено комплексну методику прогнозування довговічності й оптимального добору мастильних матеріалів для упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників.

Важливою особливістю мастильного голодування є те, що товщина мастильного шару головним чином визначається станом вхідної ділянки. Експериментальні дослідження режиму мастильного голодування полягали у визначенні впливу вхідної межі мастила на центральну товщину мастильного шару. Для цього було проведено експериментальне оцінювання впливу вхідного параметра (m) на центральну товщину мастильного шару (h0) для різних початкових товщин мастильного шару при заданому навантаженні і для різних навантажень при заданій початковій товщині мастильного шару .

Результати досліджень, відтворені заміною випробуваної оливи, показали, що центральна товщина мастильного шару з наближенням вхідної межі мастила (m*) до радіуса контактної площадки (а) наближається до нуля. Це відображує зв'язок між збільшенням товщини мастильного шару (а, отже, збільшення швидкості чи в'язкості, шляхом добору оливи з більш високим класом в'язкості) та переміщенням положення вхідної межі мащення (m3* m2* m1*) вгору за потоком у вхідній ділянці. Показано, що потрібне положення вхідної межі мащення (m*) спадає зі збільшенням навантаження, що свідчить про зниження ефективності ЕГД-умов у контакті тертя та наближення домінуючої ролі умов, описаних у контактній теорії Герца.

Для визначення співвідношень між центральними товщинами мастильного шару в умовах рясного мащення та мастильного голодування було опрацьовано експериментальні результати методом найменших квадратів до ступеневої апроксимації пар даних

з урахуванням диференційованого підходу добору олив за реологічною ознакою. В результаті було виведено формули центральної товщини мастильного шару в умовах мастильного голодування, які забезпечують локальні вимоги до кількості мастила всередині ділянки контакту для досліджуваного спектра мастильних олив:

- для гіпоїдних (трансмісійних)

(8)

- для мінеральних(моторних)

(9)

- для синтетичних(моторних)

(10)

При переході від прогресуючого до катастрофічного мастильного голодування співвідношення між центральними товщинами мастильного шару розраховано (за Уїдевеном) так:

(11)

Для повнішого розкриття механізму розвинення мастильного голодування було проведено дослідження в широкому температурному діапазоні.

Зокрема, в діапазоні низьких температур встановлено “бічне проковзування” кульки підшипника, яке виявлялося при повороті на 10о форми плівки мащення та картини сліду контакту з вираженою асиметрією контактної площадки, розвинення кавітаційних процесів і наявність в контакті тертя мікроЕГД-плівки, яка підтверджує змішаний режим мащення.

На підставі чисельного розв'язання ЕГД-задачі з визначення центральної товщини мастильного шару в умовах рясного мащення та мастильного голодування, було складено ЕГД-критерії оцінювання мастильної дії. Відповідні критерії дають змогу прогнозувати довговічність упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників за умовою рясного мащення (o), прогресуючого (o.s) та катастрофічного (o.c.s) мастильного голодування і за ними здійснювати оптимальний добір мастильних матеріалів через коефіцієнт мастильної дії (23).

ЕГД-критерії мастильної дії визначалися шляхом порівняння центральної товщини мастильного шару для умов рясного мащення, прогресуючого та катастрофічного мастильного голодування (ho, ho.s, ho.c.s) з сумою шорсткості поверхонь . Для забезпечення локальних вимог до кількості мастила всередині ділянки контакту доцільно використовувати ЕГД-критерії мастильної дії в умовах прогресуючого (o.s) та катастрофічного (o.c.s) мастильного голодування, оскільки в режимі мастильного голодування ефективність ЕГД-умов втрачається, відбувається порушення режиму мащення і втрата її працездатності.

Коефіцієнт мастильної дії (23) визначався номографічним методом добору в'язкості за середнім діаметром підшипника, частотою обертання вала, робочою температурою та різновидом використовуваного матеріалу, що дало змогу залежно від ЕГД-критеріїв мастильної дії визначити фактичну довговічність (L10A) в мільйонах обертів для дібраних підшипників котіння:

де L10 - розрахункова довговічність упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників за ДСТУ 18855-94.

На підставі проведених досліджень довговічності упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників було розроблено комплексну методику оцінювання мастильної дії мастильних олив, яка встановлює три діапазони експлуатації відповідних підшипників: І - рясне мащення (L10AL10; o 1,5; 231,0); ІІ - прогресуюче мастильне голодування (L10AL10; 1,0o.s1,5; 0,3231,0); ІІІ - катастрофічне мастильне голодування (L10AL10; o.c.s1,0; 230,3), де експлуатація підшипників заборонена.

Висновки

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі, яка полягає в розробленні інженерних методик розрахунку з прогнозування довговічності та оптимальному доборі мастильних матеріалів у стійких і екстремальних режимах мащення для неконформних вузлів тертя - упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників за рахунок впровадження комплексної методики оцінювання мастильної дії мастильних олив у точковому контакті тертя в умовах рясного мащення та мастильного голодування, що дало змогу для підвищення довговічності встановити оптимальні діапазони експлуатації відповідних підшипників і проводити лабораторне оцінювання триботехнічних характеристик з метою оптимального добору технології виготовлення та кінцевого хімічного складу мастильних матеріалів.

1. Розроблено комплексну методику оцінювання мастильної дії мастильних олив для упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників у широкому швидкісному, температурному та навантажувальному діапазонах, яка дає змогу на підставі отриманих ЕГД-критеріїв прогнозувати довговічність відповідних підшипників і здійснювати оптимальний добір мастильних олив з урахуванням диференційованого підходу за реологічною ознакою.

2. Розроблено математичну ізотермічну ЕГД-модель мащення точкового контакту тертя, яка дає змогу моделювати розподіл товщини мастильного шару з урахуванням деформацій і реологічних властивостей мастильних олив (залежність в'язкості від тиску та стисливості мастила). При цьому виявлено закономірності зміни товщини мастильного шару - виникнення звуження з боку виходу з контакту, зміна та зміщення форми звуження та поява його перед зоною контакту Герца в широкому швидкісному і навантажувальному діапазонах.

3. Отримано чисельне розв'язання задачі з визначення центральної товщини мастильного шару в ЕГД-точковому контакті в умовах рясного мащення, в результаті чого встановлено ЕГД-критерій прогнозування довговічності упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників для рясно змащеного контакту, який вказує на стійкий режим рідинного мащення.

4. Встановлено, що в практичних умовах мастильного голодування центральна товщина мастильного шару зменшується у випадку чистого котіння для гіпоїдних (трансмісійних) олив до величини не менше 68% центральної товщини в умовах рясного мащення, для мінеральних (моторних) і синтетичних (моторних) олив відповідно до 70% і 73%, тобто зі зменшенням в'язкості, схильність до розвинення мастильного голодування знижується.

5. Підтверджено, що для забезпечення локальних вимог до кількості мастила всередині ділянки контакту доцільно використовувати ЕГД-критерії прогнозування довговічності упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників в умовах прогресуючого (o.s) і катастрофічного (o.c.s) мастильного голодування.

6. Знайдено задовільний діапазон застосування спрощеного розрахунку локальних напружень і деформацій для упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників (374,5 МПа max 1000 МПа), що забезпечило принципово новий підхід до розрахунку відповідних характеристик в центрі точкового контакту двох пружних контактуючих тіл.

7. На базі методу оптичної інтерферометрії спроектовано та виготовлено установку, яка дає змогу здійснювати високошвидкісну відео- і телереєстрацію розподілу і величини товщин мастильного шару в умовах підвищених і низьких температур. При цьому встановлено, що в діапазоні швидкостей ковзання 0,750,8 м/с у вихідній ділянці контакту спостерігається відносне зниження мінімальної товщини мастильного шару, пов'язане зі скороченням довжини “меніска” мастила, що свідчить про вияв в'язкопружних (неньютонівських) властивостей олив. Експериментально підтверджено наявність у контакті тертя мікроЕГД-плівки мастила.

8. Установлено, що в умовах низьких температур у режимі катастрофічного мастильного голодування виявлено “бічне проковзування” кульки, яке полягає у повороті на 100 форми плівки мастила і картини сліду контакту, які призводять до асиметрії розподілу товщини мастильного шару та контактної площадки.

9. Експериментально підтверджено, що для низьких температур механізм мастильного голодування може бути повніше розкритий з погляду існування кавітаційних процесів, які виникають при зупинці чи малих швидкостях підшипника (до 0,02 м/с). При різкому гальмуванні в тих самих умовах встановлено процес “захоплення” оливи, який свідчить про повне збереження товщини ЕГД-плівки мастила при реверсуванні швидкості підшипника.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1. Дмитриченко Н.Ф., Миланенко А.А., Мнацаканов Р.Г., Данилюк С. Эмпирическое решение изотермической эластогидродинамической задачи для точечного контакта трения в условиях обильной смазки // Трение и износ, Гомель. - 1999. - т. 21, № 3. - С. 313-317.

2. Дмитриченко Н.Ф., Миланенко А.А., Мнацаканов Р.Г., Золотарева Е.П., Карпенко Л.Ф. Эластогидродинамическая смазка точечных контактов в условиях масляного голодания при повышенных температурах // Вестник КМУГА, К. - 2000. - № 1-2. - С. 71-74.

3. Дмитриченко М.Ф., Міланенко О.А., Мнацаканов Р.Г., Трилиський К. К. Аналіз еластогідродинамічного мащення точкового контакту в умовах мастильного голодування //Машинознавство, Львів. - 1999. - № 9. - С. 20-23.

4. Дмитриченко М.Ф., Данилюк С., Золотарьова О.П., Мнацаканов Р.Г., Міланенко О.А. Порівняльні характеристики напружень і мастильної дії в локальному контакті тертя // Тези доповідей “4-го Міжнародного симпозіуму українських інженерів-механіків у Львові”. - Львів, 1999. - С. 133-134.

5. Дмитриченко Н.Ф., Миланенко А.А., Мнацаканов Р.Г., Бородий В.Н. Особенности эластогидродинамической (ЭГД) смазки точечного контакта в условиях низких температур // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции “Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций (Ресурс-2000)”. - К.: ОНТИ ИПП НАН Украины, 2000. - т. 2. - С. 335-336.

Анотація

Міланенко О.А. Мастильна дія олив у точковому контакті тертя в умовах рясного мащення та мастильного голодування. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04 - Тертя та зношування в машинах. - Національний авіаційний університет, Київ, 2000.

Розроблено математичну ЕГД-модель мащення для точкового контакту тертя. Отримано чисельне розв'язання ЕГД-задачі з визначення центральної товщини мастильного шару в умовах рясного мащення. Встановлено експериментальні співвідношення між центральними товщинами мастильного шару в умовах рясного мащення та мастильного голодування. Проведено дослідження в діапазоні підвищених і низьких температур.

Для практичного впровадження методики підвищення довговічності й оптимального добору мастильних матеріалів для неконформних вузлів тертя було розроблено комплексну методику оцінювання мастильної дії мастильних олив для упорних (самовстановлюваних) шарикопідшипників в умовах рясного мащення і мастильного голодування. Встановлено три діапазони експлуатації відповідних підшипників. Проведено лабораторне оцінювання триботехнічних характеристик для пар тертя з точковим контактом з метою оптимального добору технології виготовлення та кінцевого хімічного складу мастильних матеріалів.

Ключові слова: точковий контакт тертя, ЕГД (еластогідродинамічний), центральна товщина мастильного шару, рясне мащення, мастильне голодування, довговічність, упорний (самовстановлюваний) шарикопідшипник, неконформний вузел тертя, мастильний матеріал (олива).

Аннотация

Миланенко А.А. Смазочное действие масел в точечном контакте трения в условиях обильной смазки и масляного голодания. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04 - Трение и износ в машинах. - Национальный авиационный университет, Киев, 2000.

Необходимость обеспечения полноценных условий жидкостной смазки без изнашивания трущихся поверхностей побудило проводить исследования с позиций соблюдения необходимого условия разрыва ЭГД-смазочного слоя. ЭГД-смазочный слой является источником жидкостной смазки в абсолютном большинстве неконформных узлов трения. Наилучшие условия трения в неконформных узлах, обеспечивающие исправную работу и достаточно высокую долговечность, создает жидкостная смазка. Поэтому актуальной задачей повышения долговечности неконформных узлов трения являются условия образования ЭГД-пленки смазки, при котором давление существенно влияет на деформации контактирующих поверхностей, т.е. на форму смазочного слоя и на вязкость смазочного материала. Нарушение режима смазки связано с развитием масляного голодания, когда эффективность ЭГД условий в контакте трения утрачивается и создаются предпосылки для возникновения смешанного режима смазки. Если не обеспечены локальные требования к количеству смазки внутри области контакта, то при достижении условий развития катастрофического масляного голодания это может привести к разрыву ЭГД-смазочного слоя и, в конечном итоге, к возникновению схватывания между контактирующими поверхностями.

Для решения соответствующей ЭГД-задачи была разработана математическая ЭГД-модель смазки для точечного контакта трения, в основу которого положено моделирование профилей толщины смазочного слоя и упругой деформации с учетом реологических свойств масел (зависимость “вязкость - давление” и сжимаемость смазки). На базе математической ЭГД-модели смазки вместе с экспериментальными исследованиями получено численное решение ЭГД-задачи по определению центральной толщины смазочного слоя, описывающее сложные нелинейные функциональные связи между характеристиками толщины смазочного слоя и независимыми параметрами в условиях воздействия внешних переменных факторов. С целью обеспечения локальных требований к количеству смазки внутри области контакта установлены экспериментальные соотношения между центральными толщинами смазочного слоя в условиях обильной смазки и масляного голодания. Для обеспечения оптимального температурного режима смазки проведены исследования в диапазоне повышенных и низких температур в условиях обильной смазки и масляного голодания. В частности, в диапазоне низких температур установлены “боковое проскальзывание” шарика подшипника в условиях катастрофического масляного голодания, наличие в контакте трения микроЭГД-пленки смазки, возникновение “захвата” масла при торможении и развитие кавитационных процессов при остановке или малых скоростях подшипника.

Для практического внедрения методики повышения долговечности и оптимального выбора смазочных материалов для неконформных узлов трения была разработана комплексная методика оценки смазочного действия смазочных масел для упорных (самоустанавливающихся) шарикоподшипников в условиях обильной смазки и масляного голодания. Согласно этой методики на основании полученных ЭГД-критериев смазочного действия по прогнозированию долговечности (o, o.s, o.c.s) и оптимальному выбору смазочных материалов (23), установлено три диапазона эксплуатации упорных (самоустанавливающихся) шарикоподшипников.

Разработанная методика позволяет проводить лабораторную оценку триботехнических характеристик для пар трения с точечным контактом трения с целью оптимального выбора технологии изготовления и конечного химического состава смазочных материалов.

Ключевые слова: эластогидродинамический (ЭГД) смазочный слой, неконформный узел трения, долговечность, масляное голодание, точечный контакт трения, центральная толщина смазочного слоя, обильная смазка, смазочный материал (масло), упорный (самоустанавливающийся) шарикоподшипник.

Summary

Milanenko Alexander. Lubricating effects of oil at point friction contact in fully flooded lubrication and starved conditions. The manuscript. The thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.02.04 - Friction and wear in machines. - National Aircraft University, Kiev, 2000

The solution of EHD problem which concerns lubricating effects of oil consisted in working out the mathematical EHD model of lubrication for point contact and modeling of sections of thickness of lubricating layer and elastic deformation with taking into account the rheological properties of oils is in the basis of it. Numerical solution of EHD problem concerning determination of central thickness of lubricating layer in fully flooded conditiones was received. The experimental correlation between the central thickness of lubricating layer in fully flooded and starved conditions was established. The researches at the range of high and low temperatures were held.

The complex method of estimation of lubrication effects into ball-and-socket thrust bearing was worked out for practical introduction of method of increasing long-living and optimal choice of lubricants for non-conformal friction assembly. Three ranges of exploitation concerning prognosising of long-living of appropriate bearings and optimal choice of lubricants were established.

Key words: elastohydrodinamic (EHD) problem, point friction contact, central thickness of lubricating layer, fully flooded lubrication, starvation, non-conformal friction assembly, ball-and-socket thrust bearing, lubricating effects, long-living.

Размещено на Allbest.ru