Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что надежность и качество работы большинства механизмов, машин и приборов во многом зависят от эксплуатационных свойств подшипниковых опор. Одним из важнейших факторов, влияющих на работоспособность подшипниковых опор, является используемая смазка. Современные виды смазок обладают высокими антифрикционными и другими необходимыми свойствами. Однако при их применении в подшипниках качения возникает ряд проблем. К числу этих проблем относятся следующие. Во-первых, в тяжело нагруженных шариковых и роликовых подшипниках в области контакта рабочих поверхностей действуют высокие контактные напряжения, под действием которых любые, даже самые эффективные виды смазок полностью или частично выдавливаются из зоны контакта и, следовательно, не оказывают в полной мере свое необходимое действие. Это приводит к повышенному трению дорожек и тел качения, повышенному износу и снижению усталостной прочности. Во-вторых, в подшипниках качения, работающих на высоких скоростях, обычная смазка создает значительное сопротивление вращению, что также вызывает повышенное трение и активный износ деталей подшипников. В особенно тяжелых условиях работают упорно-радиальные подшипники верхней опоры передней стойки легковых отечественных автомобилей, таких как «Калина», «Приора», «Гранта», а также автомобилей зарубежных изготовителей: Renault, Nissan, Ford, Volkswagen и многих других. Отечественные и некоторые импортные упорные подшипники не обеспечивают требуемый ресурс работы. Одной из причин этого является выдавливание смазки из рабочей зоны и из подшипника, в результате чего подшипники после короткого времени эксплуатации вынуждены работать без смазки.
Решение указанных проблем возможно несколькими способами. Наиболее активно в этой области работали Б.М. Бржозовский, А.В. Королев, О.Ю. Давиденко, Н.В. Бекренев, В.Г. Куранов и др. На взгляд автора, наиболее эффективным из известных способов является способ создания на поверхности трения твердого покрытия из антифрикционного материала, что гарантирует снижение трение в рабочей зоне подшипниковых опор, а следовательно, снижение сопротивления вращению, износа и повышенного тепловыделения в опорах. К сожалению, существующие способы нанесения твердого антифрикционного покрытия на рабочие поверхности не достаточно совершенны. Технология их нанесения малопроизводительна, требует наличия сложного оборудования и других технических средств. Качество покрытия получается низким, под действием контактных напряжений покрытия быстро разрушаются.
Поэтому тема данной диссертации, направленная на повышение эффективности нанесения на поверхность дорожек качения упорных подшипников твердого антифрикционного покрытия, является актуальной.
Целью данной работы является совершенствование технологии нанесения антифрикционного покрытия на дорожки качения упорно-радиальных подшипников способом ультразвукового механического воздействия.
Методы и средства исследования. Построение математической модели процесса нанесения твердого антифрикционного покрытия осуществлялось с применением методов теоретической механики, теории упругости, физики твердого тела. Для моделирования процесса формирования антифрикционного покрытия использовался программный продукт MathCAD V15. Экспериментальные исследования проводились на основе теории многофакторного планирования экспериментов, а обработка полученных данных осуществлялась с использованием методов математической статистики.
В качестве измерительных средств использовалась высокоточная аттестованная измерительная техника ОАО «ЕПК Саратов», ООО «Рефмашпром» и СГТУ имени Гагарина Ю.А.
Научная новизна работы:
1. Разработана математическая модель формирования антифрикционного покрытия дорожек качения упорно-радиальных подшипников при ультразвуковом механическом воздействии на обрабатываемую поверхность через слой антифрикционного материала. Установлен механизм влияния на глубину покрытия основных технологических факторов, в том числе силы прижима индентора к обрабатываемой детали, частоты, амплитуды его колебаний, радиуса индентора, механических свойств материала заготовки, времени обработки и других факторов.
2. Установлены регрессионные зависимости радиуса профиля дорожки качения, момента сопротивления вращению подшипника и глубины покрытия от радиуса индентора, силы его воздействия на обрабатываемую поверхность, времени обработки и частоты вращения заготовки, позволяющие проверить адекватность математической модели и определить рациональные условия обработки.
3. Разработаны алгоритм и программа, моделирующие физические процессы в зоне контакта индентора и профиля дорожки качения, с учетом технологических параметров, таких как свойства обрабатываемого материала, геометрические параметры индентора, шероховатости поверхности и времени обработки.
Практическая ценность работы:
разработана технология нанесения твердого антифрикционного покрытия на дорожки качения упорно-радиальных подшипников способом ультразвукового механического воздействия через слой антифрикционного материала;
создана конструкция опытной модели ультразвуковой установки для нанесения твердого покрытия на дорожки качения упорных подшипников;
предложены рациональные условия обработки дорожек качения упорных подшипников.
результаты работы внедрены в «Научном производственном предприятии нестандартных изделий машиностроения» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. в условиях серийного производства и в ООО «Рефмашпром».
Положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Математическая модель формирования антифрикционного покрытия дорожек качения упорно-радиальных подшипников при ультразвуковом механическом воздействии на обрабатываемую поверхность через слой антифрикционного материала, отражающая механизм влияния на глубину покрытия основных технологических факторов и других условий обработки.
2. Регрессионные зависимости радиуса профиля дорожки качения, момента сопротивления вращению подшипника и толщины покрытия от радиуса индентора, силы его воздействия на обрабатываемую поверхность, времени обработки и частоты вращения заготовки, позволяющие проверить адекватность математической модели и определить рациональные условия обработки.
3. Компьютерная модель процесса формирования глубины покрытия на поверхности заготовки в программе MathCad V15.
4. Технология нанесения твердого антифрикционного покрытия на дорожки качения упорно-радиальных подшипников способом ультразвукового механического воздействия.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается лабораторными исследованиями, выполненными с применением научно обоснованных средств измерений и статистических методов обработки экспериментальных данных, а также положительными результатами промышленной апробации предложенных технологических решений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы в процессе ее выполнения докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях различного уровня:
Международной интернет-конференции «Молодые ученые за инновации, создавая будущее» (Саратов, 2011);
VI Международной научно-практической конференции «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (Саратов, 2011);
научных семинарах кафедры «Технология машиностроения» СГТУ имени Гагарина Ю.А., 2011-2013 гг.;
Общероссийском конкурсе проектов Фонда содействия развитию МП НТС в рамках программы «УМНИК 12» (Саратов, 2012).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 работ, среди которых 9 статей в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ. Получено положительное решение о выдаче патента по заявке RU №2013122496 «Способ нанесения покрытия».
