Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время микрополярная жидкость широко используется в качестве модели гидродинамической смазки в узлах трения машин и механизмов. Тонкие слои, в которых свойства смазочного материала оказываются отличными от свойств этого материала в больших объемах, играют в технике огромную роль, поскольку большинство деталей машин, особенно элементов, работающих в режиме граничной и гидродинамической смазки, обусловлены именно наличием такого рода слоев. Известно, что при создании подобного слоя для каких-то конкретных целей, достаточно опираться на умение правильно выбирать противоизносные присадки.
Наличие присадок обуславливает микрополярные свойства смазочных материалов. Теоретические аспекты гидродинамической смазки даже с простым вязкоупругим рабочим телом типа Максвелла, недостаточно изучены. Полученные результаты, носят приближенный характер, поскольку в них не учитывается зависимость вязкости и модуля упругости от температуры, а также не учитывается турбулентный режим, который всегда имеет место при больших скоростях вращения вала, микрополярные свойства смазочных материалов и геометрия опорной поверхности подшипников. Таким образом, анализ существующих работ показывает, что проблема, связанная с разработкой надежных методов расчета упорных и радиальных подшипников с учетом геометрии их опорной поверхности, работающих в устойчивом ламинарном и турбулентном (с минимальной потерей мощности) режимах трения на микрополярных смазочных материалах, обладающих вязкоупругопластичными свойствами, остается нерешенной. Решению этой актуальной проблемы посвящена данная диссертационная работа.
Цель работы – прогнозирование значений безразмерных параметров для микрополярных смазочных материалов с вязкоупругопластичными свойствами, обеспечивающих повышенную несущую способность и устойчивый режим работы упорных и радиальных подшипников скольжения.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработаны методы расчета упорного подшипника, работающего на микрополярных смазочных материалах в ламинарном и турбулентном режимах трения. Определены оптимальные (по несущей способности и силе трения) значения теплового параметра и безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов. Оценено влияние геометрии опорной поверхности на основные рабочие характеристики подшипника, разработан малогабаритный упорный подшипник с нелинейным профилем опорной поверхности, обеспечивающий двукратно повышенную несущую способность подшипника, по сравнению с линейным профилем.
2. Разработаны методы гидродинамического расчета устойчивости движения направляющей при нестационарном движении микрополярных смазочных материалов в системе «ползун-направляющая». Дана оценка влияния значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на устойчивость работы упорного подшипника.
3. Разработан метод расчета упорного подшипника, работающего на вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами. Определены оптимальные значения безразмерных параметров данных микрополярных смазочных материалов.
4. Разработан метод расчета радиального подшипника, работающего в нестационарном режиме трения на микрополярных смазочных материалах с учетом зависимости вязкости от температуры, и дана оценка влияния теплового параметра и безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на устойчивость работы радиального подшипника. Установлено влияние геометрии опорной поверхности подшипника на его основные рабочие характеристики. Разработана конструкция радиального подшипника, близкого к круговому, обладающего двукратно повышенной несущей способностью по сравнению с круговым подшипником.
5. Разработан аналитический расчет радиального подшипника, работающего на вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами. Определены оптимальные (по несущей способности и силе трения) значения безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов, обладающих вязкоупругопластичными свойствами.
Предложен научно-обоснованный метод выбора присадок к смазочным материалам для подшипников скольжения, обеспечивающих смазочным материалам соответствующие вязкоупругопластичные и микрополярные свойства.
Научная новизна:
1. Разработка аналитического метода расчета упорных подшипников скольжения, работающих на микрополярных смазочных материалах в ламинарном и турбулентном режимах трения с минимальной потерей мощности. Разработка аналитического метода расчета малогабаритного упорного подшипника с нелинейным профилем опорной поверхности, обеспечивающего двукратно повышенную несущую способность по сравнению с линейным профилем.
2. Аналитическое прогнозирование значения теплового параметра, а также значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов, обеспечивающих устойчивый режим работы упорного подшипника.
3. Разработка аналитического метода расчета упорного подшипника, работающего на вязкоупругих смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами и прогнозирование значений безразмерных параметров вязкоупругих смазочных материалах с микрополярными свойствами, обеспечивающих повышенную несущую способность подшипника при низком коэффициенте трения.
4. Разработка аналитического метода расчета радиального подшипника, работающего в нестационарном режиме на микрополярных смазочных материалах с учетом зависимости вязкости от температуры, и дана оценка влияния значений теплового параметра и безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов на устойчивость работы радиального подшипника. Аналитическое прогнозирование профиля опорной поверхности подшипника, обладающего двукратно повышенной несущей способностью, по сравнению с круговым подшипником.
5. Разработка метода расчета радиального подшипника, работающего на вязкоупругопластичных смазочных материалах, обладающих микрополярными свойствами. Аналитическое прогнозирование оптимальных значений безразмерных параметров вязкоупругопластичных смазочных материалов с микрополярными свойствами. Разработка научно-обоснованного метода выбора присадок к смазочным материалам для подшипников скольжения, обеспечивающих им соответствующие вязкоупругопластичные и микрополярные свойства.
Практическая ценность
На основе разработанных методов расчета, получены аналитические зависимости для основных рабочих характеристик подшипника. Создана база для прогнозирования значений параметров микрополярных смазочных материалов с вязкоупругопластичными свойствами, обеспечивающих устойчивый гидродинамический режим работы подшипников скольжения.
Реализация результатов работы
Разработанная в диссертации методика прогнозирования значений безразмерных параметров микрополярных смазочных материалов, обладающих вязкоупругопластичными свойствами, позволила подобрать в качестве антифрикционной противозадирной присадки к смазкам Унирол-2М, ЛС-1П, Роботемп соединение, принадлежащее особому классу неорганических полимеров – фосфоромолибдат лития LiPMoO6. Использование этих смазочных материалов в опорах скольжения пакетеровочных прессов (ЗАО «Завод по выпуску КПО», г. Азов) обеспечило экономическую эффективность за счет повышения долговечности узлов трения и сокращения расхода смазочного материала.
Апробация работы
Основные результаты исследований были доложены на Международной научной конференции «Актуальность проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические» (г. Ростов-на-Дону 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2005» (г. Ростов-на-Дону 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» (г. Ростов-на-Дону 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2008» (г. Ростов-на-Дону 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009» (г. Ростов-на-Дону 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство» (г. Ростов-на-Дону 2009 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них пять, опубликованы в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Диссертация изложена на 167 страницах основного текста, содержит 62 рисунка, 10 таблиц, библиографический список на 13 страницах, приложение на 1 странице.
