Введение к работе
Актуальность работы. Развитие современного машиностроения связано с внедрением новых эффективных технологий, которые сопровождаются увеличением мощности, скорости, производительности и других параметров эксплуатации машин. В связи с этим детали машин должны обеспечивать высокие требования прочности, жесткости и износостойкости. Одним из видов катастрофического износа является задир, который является следствием образования заедания во фрикционном контакте пары трения. Задиры резко ограничивают срок работы узлов трения. Особенно это наблюдается в тяжело нагруженных механических передачах, поэтому для обеспечения задиростойко- сти в парах трения применяются наиболее благоприятные сочетания конструкционных материалов совместимых с определенными смазочными материалами при заданных режимах эксплуатации.
Серийные редукторные и трансмиссионные масла, как правило, имеют в составе серо- хлор- и фосфорсодержащие компоненты, применение которых нежелательно из соображений экологии, поэтому необходим поиск новых трибоактивных компонентов, обеспечивающих эффективный граничный смазочный слой.
В этой связи актуальной задачей является разработка смазочных материалов (СМ), специфичных для механических передач, в частности, для червячных передач, работающих в сложных контактных условиях с большими скоростями скольжения и неблагоприятными условиями смазки. Выбор конструкционных и смазочных материалов для червячной передачи определяется критерием задиростойкости пары трения. Однако экспериментальные и производственные данные показывают, что способность различных материалов противостоять задиру при трении со смазкой различна. Известно, что в червячных передачах для исключения задира применяются антифрикционные материалы. Однако применение бронз в механизмах приводит к увеличению стоимости изделия и ограничивает величину передаваемых моментов, так как эти материалы имеют не высокие механические характеристики. Следует отметить, что гипотеза применения в червячной передаче стальных конструкционных материалов в сочетании со специальными СМ позволит повысить прочность зубьев и снизить стоимость червячного колеса, увеличить пределы передаваемых крутящих моментов, что даст определенный технико-экономический эффект. Данная работа выполнена в рамках исследований кафедры «Механика» ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико- технологический университет» в области разработки новых триботех- нических материалов, в соответствии с тематическим планом НИР ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» на 2008—2010 г. Работа выполнена при поддержке гранта Минобрнауки РФ №2.1.2/4987.
Объект исследования: трибосистема, состоящая из пары трения, работающей в граничном режиме с металлоплакирующим смазочным материалом.
Цель и задачи исследования. Целью работы повышение зади- ростойкости фрикционного контакта червячной пары трения за счет создания эффективного смазочного материала.
В рамках данной цели решали следующие задачи:
разработка теоретической концепции, описывающей действие СМ в условиях граничного трения со стальными компонентами;
получение безразмерного критерия задиростойкости пар трения со смазочным слоем;
выбор конструкционных материалов и разработка модельных СМ обеспечивающих повышение задиростойкости трибосистемы;
оптимизация состава СМ и исследование характеристик поверхностей трения;
разработка и изготовление авторского экспериментального стенда для испытания червячной передачи с различными трущимися и смазочными материалами, работающего при варьируемых эксплуатационных режимах;
испытание смазочных и конструкционных материалов на специальном трибометрическом стенде;
производственные испытания новых технических решений.
Методы исследования. Задачи решались с помощью теоретических и экспериментальных методов. В теоретических исследованиях применены основные положения физикохимии поверхностей. Экспериментальные исследования выполнены в соответствии с известными методиками выполнения трибологических испытаний по измерению трения и изнашивания. Реологические исследования смазочных материалов проводились на программируемом вискозиметре Брукфилда DV-II+. Трибологические исследования проводились на машине трения СМТ-1, специальной установке по изучению износа, а также на трибометрическом стенде червячной передачи. Исследование поверхностей трения производили методами оптической микроскопии (микроскопы МБС-10, NEOPHOT 30), профилометрии на зондовом атомно- силовом микроскопе SOLVER 47PRO и путем измерения микротвердости (микротвердомер ПМТ-3). Для оценки результатов исследований применяли методы математической статистики. Экспериментальные зависимости обрабатывались с использованием регрессионного анализа.
Научная новизна работы:
-
-
Предложен безразмерный критерий задиростойкости пар трения со смазочным слоем, содержащим поверхностно-активные вещества (ПАВ), позволяющий обосновать выбор эффективной трибо- активной присадки смазочного материала для стальной пары трения.
-
Выполнена оптимизация состава СМ из ряда присадок класса металлических мыл для повышения задиростойкости фрикционной пары трения.
-
Получены закономерности триботехнических показателей новых смазочных материалов с ПАВ в стальных парах трения и взаимосвязей к.п.д. от передаваемых крутящих моментов в условиях работы червячной пары.
Практическая значимость работы:
-
-
-
На основе оптимизации разработан и создан металлоплаки- рующий СМ для стальной пары. На состав плакирующей смазки авторским коллективом при участии автора диссертации получен патент РФ №2393206 БИ. №18 от 27.06.10.
-
Спроектирован и изготовлен авторский экспериментальный стенд для испытания червячной передачи с различными трущимися и смазочными материалами, работающий при варьируемых эксплуатационных режимах.
-
Разработана методика эмпирического определения к.п.д. червячного механизма на испытуемом стенде в отличие от маятниковой системы, где определяется к.п.д. по отклонению балансира.
-
Выполнено совершенствование типовой конструкции червячной передачи с использованием новых материалов всей трибоси- стемы позволила получить технико-экономический эффект редукторов типа «Ч» заключающийся в уменьшении цены изготовления и экономии энергозатрат, что подтверждается актами производственных испытаний.
Положения, выносимые на защиту:
-
-
-
-
Теоретическая концепция, описывающая действие смазочных материалов с присадками класса металлических мыл в условиях контакта стальной пары трения.
-
Безразмерный критерий задиростойкости пар трения со смазочным слоем, позволяющий обосновать выбор эффективной трибоак- тивной присадки смазочного материала.
-
Металлоплакирующий СМ для повышения задиростойкости стальной пары трения, в состав которой входят маслорастворимые стеараты металлов: CoSt, NiSt, CuSt, SnSt, позволяющий образовывать на стальных поверхностях трения прочные адсорбционные граничные пленки.
-
Специальный трибометрический стенд для испытания червячной передачи с различными трущимися и смазочными материалами, работающий при варьируемых эксплуатационных режимах.
-
Методика эмпирического определения к.п.д. червячного механизма на трибометрическом стенде; зависимости изменений к.п.д. от величины передаваемого крутящего момента передачи и применяемых материалов пары трения.
Соответствие паспорту специальности. Содержание диссертации соответствует следующим областям исследования паспорта специальности 05.02.04 — трение и износ в машинах: п.8 «Триботехниче- ские свойства смазочных материалов», п.10 «Физическое и математическое моделирование трения и изнашивания» и п.12 «Расчет и оптимизация узлов трения и сложных трибосистем».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих научных конференциях и семинарах: Научная конференция преподавателей и сотрудников ИГ- ХТУ (Иваново, 2007-2011); Региональная студ. науч. конф. «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Иваново, 2005, 2007, 2008); Региональная мол. науч. конф. «Актуальные проблемы трибологии» (Иваново, 2008-2009), Регион. научн.-техн. конф. «Материаловедение и надежность триботехнических систем» (Иваново, 2009); II междунар. сем. «Техника и технологии трибологических исследований» (Иваново, 2009); I межвузовский науч.-практ. семинар аспирантов, студентов, курсантов и слушателей (Иваново, 2010); Научно- техническая конференция с участием иностранных специалистов «Трибология - машиностроению» (Москва, 2008, 2010); IX междунар.
научн. конф. «Теоретические основы энерго-ресурсосберегающих процессов, оборудования и экологически безопасных производств» (Иваново, 2010), Международная научно-техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности», (Иваново, 2010).
Публикации. Основные теоретические положения и результаты исследований опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 5 публикаций в изданиях, входящих в Перечень ВАК. Общий объем публикаций 3,41 п. л., лично автору принадлежит 1,14 п.л. Получен патент РФ №2393206 БИ. № 18 от 27.06.10.
Реализация результатов работы. Техническая информация о результатах диссертационной работы передана производителю ООО «НПО Янтарь» г. Иваново для организации малотоннажного производства. Результаты диссертации используются в учебном процессе кафедры «Механика» ИГХТУ при изучении курсов «Теория механизмов и машин», «Детали машин и основы конструирования», выполнении студентами лабораторных и дипломных работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 151 страницах, содержит введение, 5 основных глав, заключение, список литературы из 122 наименований. Работа включает 56 рисунков и 15 таблиц.
Похожие диссертации на Повышение задиростойкости фрикционного контакта червячной пары трения
-
-
-
-
-
-
