Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния вопроса и задачи исследований 13
2 Гидродинамический расчет ненагруженных сплошных и пористых конических подшипников 27
2.1. Расчет ненагруженного конического подшипника с нелинейной образующей при осевой подаче смазки 27
2.1.1 Постановка задачи 27
2.1.2 Основные уравнения и граничные условия 28
2.1.3 Точное автомодельное решение задачи 29
2.1.4 Определение выражения для расхода силы трения и силы сопротивления осевому трению 29
2.2 Нелинейная задача об установившемся движении смазки в ненагруженном коническом подшипнике при его осевой подаче смазки 30
2.2.1 Постановка задачи 30
2.2.2 Основные уравнения и граничные условия 32
2.2.3 Точное автомодельное решение задачи 33
2.2.4 Определение основных рабочих характеристик подшипника 34
2.3 Стратифицированное течение двухслойной смазки в ненагруженном коническом подшипнике при его осевой подаче 34
2.3.1 Постановка задачи 34
2.3.2 Основные уравнения и граничные условия 36
2.3.3 Точное автомодельное решение задачи 37
2.3.4 Определение осевых рабочих характеристик подшипника 39
2.4 Нелинейная задача о стратифицированном течении двухслойной смазки в ненагруженном коническом подшипнике при его осевой подаче 41
2.4.1 Постановка задачи 41
2.4.2 Основные уравнения и граничные условия 41
2.4.3 Точное автомодельное решение задачи 42
2.4.4 Определение основных рабочих характеристик подшипника 44
2.5 Математическая модель расчета соосного конического подшипника скольжения с учетом его конструктивной особенности 45
2.5.1 Постановка задачи 45
2.5.2 Основные уравнения и граничные условия 47
2.5.3 Точное автомодельное решение задачи 47
2.5.4 Частные выводы 49
2.6 Гидродинамический расчет ненагруженного пористого подшипника полубесконечной длины 50
2.6.1 Постановка задачи 50
2.6.2 Основные уравнения и граничные условия 51
2.6.3 Решение задачи в виде ряда Тейлора 53
2.7 Расчет ненагруженного конического подшипника с линейной образующей работающего в нестационарном режиме 62
2.7.1 Постановка задачи 62
2.7.2 Основные уравнения и предельные условия 62
3 Разработка математической модели гидродинамического расчета сложнонагруженных сплошных и пористых конических подшипников 66
3.1 Разработка математической модели гидродинамического расчета конических подшипников 66
3.1.1 Постановка задачи 66
3.1.2 Асимптотическое решение задачи 70
3.1.3 Определение воздействия смазки на вал подшипника 72
3.1.4 Основные выводы 74
3.2 Математическая модель расчета пористого конического подшипника 74
3.2.1 Постановка задачи 75
3.2.2 Основные уравнения и граничные условия 77
3.2.3 Определение поля скоростей и поля давлений в плоской линейной задаче о сплошном подшипнике 79
3.2.4 Аналитическое решение задачи 81
3.2.5 Определение первого приближения 84
3.2.6 Определение воздействия смазки на подшипник и шип 89
3.2.7 Анализ результатов теоретического исследования 91
3.2.8 Общие выводы 92
3.3 Точное автомодельное решение задачи гидродинамического расчета сложнонагруженного конического подшипника, содержащего на рабочей поврехности пористый слой 94
3.3.1 Постановка задачи 94
3.3.2 Основные уравнения и граничные условия 94
3.3.3 Точное автомодельное решение задачи 97
3.3.4 Воздействие смазки на подшипник и шип 99
3.3.5 Устойчивость движения шипа в коническом подшипнике с пористым слоем на рабочей поверхности 104
3.3.6 Определение гидродинамического давления в пористом и смазочном слоях 108
3.3.7 Нелинейные эффекты воздействия смазки на шип конического подшипника с пористым слоем на рабочей поверхности 114
3.3.8 Гидродинамический расчет сложнонагруженного конического подшипника, работающего в нестационарном режиме при наличии на его рабочей поверхности пористого слоя 118
4 Определение передаточных характеристик конического демпфера со сдавливаемой пленкой и пористой конической обоймой 122
4.1 Постановка задачи 122
4.2 Уравнения движения ротора 125
4.3 Определение давления в смазочном и пористом слоях 128
4.4 Определение усилий масляной пленки 129
4.5 Определение коэффициента передачи 131
4.6 Решение уравнения нестационарного движения шипа 133
4.7 Основные выводы 133
5. Экспериментальные исследования сплошных конических подшипников и конических подшипников с пористым слоем на их рабочей поверхности 136
5.1 Цель эксперимента 136
5.2 Оборудование для испытания 136
5.3 Разработка промышленного способа изготовления пористых подшипников 138
5.4 Выбор способа нанесения пористых покрытий 139
5.5 Модернизированный конический роликовый подшипник 151
5.6 Анализ полученных экспериментальных результатов 153
Общие выводы 154
Библиографический список 157
Технический акт внедрения 169
- Определение осевых рабочих характеристик подшипника
- Определение поля скоростей и поля давлений в плоской линейной задаче о сплошном подшипнике
- Устойчивость движения шипа в коническом подшипнике с пористым слоем на рабочей поверхности
- Разработка промышленного способа изготовления пористых подшипников
Введение к работе
Для увеличения срока эксплуатации машин и механизмов был произведен анализ причин выхода из строя оборудования, который показал, что 85% поломок происходит по причине выхода из строя узлов трения, что отрицательно сказывается на непрерывных технологических процессах, так как расходы, вызванные преждевременным износом изделия, не ограничиваются стоимостью заменяемых частей и ремонта.
Работа машин и механизмов, их долговечность, экономичность и надежность зависят в значительной степени от конструкции и качества подшипниковых узлов. Подшипники жидкостного трения давно применяются как в тяжелонагруженных узлах машин и механизмов, так и в качестве конструктивного использования опорных узлов высокоскоростных роторных машин.
В настоящее время традиционным выбором компоновочной схемы опорных узлов высокоскоростных роторных машин (компрессоров, детандеров, насосов и т.д.) является сочетание радиальных подшипников и осевой пяты, компенсирующих передаваемую нагрузку соответственно в радиальном и осевом направлениях. Данная схема хорошо отработана, но не всегда приводит к нужным результатам. Это обусловлено большими габаритами таких опор и большими энергетическими потерями в осевом опорном подшипнике (пяте). Применение конических радиально-упорных подшипников в опорных узлах высокоскоростных роторных машинах позволяет уменьшить габаритные размеры опор, упростить технологию, снизить энергетические потери и улучшить динамические характеристики опорных узлов [87].
Создание подшипников скольжения, отвечающих высоким требованиям невозможно без постоянного усовершенствования методов их расчета. Гидродинамическому расчету подшипников, как сплошных, так и пористых посвящено значительное количество работ. Анализ существующих
7 работ показывает, что в основном эти работы посвящены разработке методов гидродинамического расчета цилиндрических подшипников скольжения, в том числе буксовых узлов с цилиндрическими роликовыми подшипниками. Работа конических подшипников скольжения, а также конических роликовых подшипников, используемых в колесных парах в замен серийных буксовых узлов с цилиндрическими роликовыми подшипниками недостаточно изучена.
Суть использования конических подшипников скольжения, в том числе конических роликовых подшипников заключается не только более сложной их конструкцией, по сравнению с цилиндрическими, но и связана с относительно более высокими температурными нагревами.
Существующие в настоящее время работы не могут быть использованы для глубокого анализа работы конических подшипников, а также роликовых конических подшипников, так как не учитывают многие физические факторы, влияющие на работу этих подшипников. Отсутствуют научно-обоснованные аналитические методы расчета конических подшипников с пористым слоем на рабочей поверхности для прогнозирования оптимального по несущей способности выбора значения угла, характеризующего конусность подшипника. Проблема, связанная с разработкой надежных методов расчета конических сплошных и пористых подшипников скольжения, в том числе создание роликовых конических подшипников буксовых узлов колесных пар, способных для обеспечения безопасности движения работать в экстремальных случаях в режиме подшипников скольжения, является наиболее актуальной. Решению этой проблемы посвящена данная диссертационная работа.
Работа состоит из введения и пяти глав.
В первой главе приводится анализ современного состояния вопроса и ставятся задачи исследований.
Во второй главе приводится метод расчета ненагруженных сплошных и пористых подшипников. Вначале приводится метод расчета ненагруженного конического подшипника при осевой подаче смазки. На
8 основе линейных уравнений Навье-Стокса найдено точное автомодельное решение задачи. Дана оценка влияния конусности подшипника на основные рабочие характеристики. Далее задача решена в нелинейной постановке и дана оценка влияния нелинейных факторов на основные рабочие характеристики подшипника. В дальнейшем, в линейной и нелинейной постановке решена задача о стратифицированном течении двухслойной смазки в ненагруженном коническом подшипнике при его осевой подаче. В заключении этой главы в начале предлагается и обосновывается метод гидродинамического расчета конического подшипника, основанный на принципах конструктивной суперпозиции. Для оценки корректности и надежности предложенного метода в начале находится точное автомодельное решение задачи расчета ненагруженного конического подшипника с осевой подачей смазки. Затем данная задача решается для двух цилиндрических подшипников с радиусами, соответствующими радиусам конического подшипника в начальном и конечном сечениях. В результате приближенное решение рассматриваемой задачи представляется в виде суперпозиции двух решений для цилиндрического подшипника конечной длины. Полученное приближенное решение в пределе совпадает с точным решением. Таким образом, полученные результаты подтверждают корректность и обоснованность использования предложенного метода для расчета конического подшипника с осевой подачей смазки. В заключении этой главы приводится расчет ненагруженного пористого подшипника полубесконечной длины. Полученные здесь результаты могут быть использованы для модернизации сложнонагруженных подшипников, предназначенных для использования в узлах, где на них воздействует нагрузка только в осевом направлении, в частности, в узлах с касательным движением (ТНН ТТС без сепаратора и ТНН TTSP с сепаратором) и в узлах, испытывающих значительные осевые нагрузки при относительно высоких скоростях (ТНН ТТНД).
В третьей главе приводится разработка математической модели гидродинамического расчета сложнонагруженных сплошных и пористых конических подшипников. Вначале приводится метод расчета сплошных конических подшипников скольжения на основе уравнений «тонкого слоя» для ньютоновской смазки. Получены аналитические выражения для основных рабочих характеристик подшипника. Дана оценка влияния угла конусности на основные рабочие характеристики подшипника. Далее в этой главе на основе линейных уравнений Навье-Стокса, уравнения неразрывности, уравнения Дарси приводится метод расчета пористого конического подшипника.
Здесь предлагается следующая модель расчета:
Рассматриваемая задача решается для цилиндрического подшипника с радиусом вала а, радиусом вкладыша Ъ и толщиной пористого слоя h.
Рассматриваемая задача решается для цилиндрического подшипника с радиусом вала a + Itga, радиусом пористого вкладыша Ъ + itga и толщиной пористого слоя h.
Решение рассматриваемой задачи для случая пористого конического подшипника представляется в виде суперпозиции решений задачи 1 и 2.
На основе численного анализа найденных аналитических выражений для осевых рабочих характеристик подшипника установлено, что оптимальным по несущей способности является значение угла конусности а є [4 - 6]. В этой же главе решена задача об устойчивости движения вала в коническом подшипнике скольжения при наличии на рабочей поверхности вкладыша пористого слоя. Дана оценка влияния значения угла конусности и проницаемости пористого слоя на зависимости, определяющие границы области устойчивости работы подшипника. Для случая «тонкого слоя» приводится точное автомодельное решение рассматриваемой задачи в линейной и нелинейной постановке. В заключении этой главы в нестационарной постановке рассмотрен случай, когда на постоянную
10 угловую скорость конического шипа накладываются заданные возмущения. Приводится решение рассматриваемых задач в нестационарной постановке.
В четвертой главе решена задача об определении передаточных характеристик конического демпфера со сдавливаемой пленкой и пористой конической обоймой. Используя модифицированное уравнение Рейнольдса, а также уравнение Дарси, найдено гидродинамическое давление в смазочном и пористом слоях. В результате найдены усилия масляной пленки и записаны уравнения, описывающие нестационарное движение ротора. Решена задача об устойчивости, поскольку неустановившиеся колебания ротора зависят от начальных условий, то сравнение сплошных и пористых демпферов по коэффициентам ослабления проводились при одних и тех же начальных условиях. В результате установлено: конические демпферы с пористой обоймой эффективнее ослабляют передаваемые усилия дисбаланса, чем цилиндрические демпферы со сплошной и пористой обоймой; увеличение проницаемости обоймы сдвигает вправо «скачок» зависимости коэффициента передачи от эксцентриситета дисбаланса; при сравнительно больших значениях проницаемости «скачок» в зависимости коэффициента передачи от дисбаланса отсутствует; линия векторов отстает от вектора силы дисбаланса и при одинаковых условиях работы значение фазового сдвига для пористых конических демпферов больше, чем для центрических демпферов со сплошной и пористой обоймой; переход от заданного начального возмущения к стационарному режиму как для пористых, цилиндрических, так и для конических демпферов происходит дольше, чем для сплошных демпферов.
В пятой главе дается экспериментальная оценка полученным и теоретическим результатам по коэффициенту трения, несущей способности и температурному ; режиму. Излагаются методика и результаты экспериментальных исследований, приводятся рекомендации для практического внедрения. В этой же главе приведены общие выводы.
В приложении приводится технический акт внедрения.
Основными положениями диссертации, выносимыми на защиту,
являются:
Разработка метода гидродинамического расчета сложнонагруженных сплошных и пористых конических подшипников. Прогнозирование их конструктивных, структурных и режимных параметров, обеспечивающих повышенную несущую способность при низком трении.
Метод гидродинамического расчета устойчивых режимов работы сложнонагруженных сплошных и пористых конических подшипников.
3. Метод прогнозирования работы и передаточных характеристик
конического демпфера со сдавливаемой пленкой и пористой конической
обоймой.
4. Новая конструкция конического роликового подшипника,
используемая в колесных парах, содержащего пористый слой на внутренней
поверхности наружного кольца и обеспечивающая увеличение
демпферирующей способности наружного конического кольца роликового
подшипника и его работу в режиме подшипника скольжения в случае
заклинивания роликов.
Научная новизна:
Разработка метода прогнозирования и расчета функциональных, структурных и конструктивных параметров сплошных и пористых конических подшипников, обеспечивающих их повышенную несущую способность при низком коэффициенте трения.
Определение границ области устойчивости движения шипа в сплошном и пористом коническом подшипниках скольжения.
3. Разработка метода расчета устойчивых режимов работы и
передаточных характеристик конического демпфера со сдавливаемой
пленкой и конической пористой обоймой.
4. Прогнозирование работы конического роликового подшипника,
обеспечивающего повышение демпфирующей способности нагруженного
12 кольца и предупреждение отвала шейки оси колесной пары в случае заклинивания роликов и разработка новой конструкции конического роликового подшипника, путем придания ему способности работать определенное время в режиме подшипника скольжения.
Определение осевых рабочих характеристик подшипника
Идею описания динамических характеристик радиального подшипника посредством коэффициента жесткости и демпфирования впервые выдвинули Моухэн и Хан [29], которые пытались уточнить расчет критической скорости ротора с учетом податливости масляной пленки. Ньюдкерк описал пораждаемое подшипником явление неустойчивости, названное «биением в масляной пленке».
Таратин В.М. [30] провел теоретическое и экспериментальное исследование обращенной подшипниковой пары с металлизационным пористым покрытием на валу. Задача решается в рамках уравнения Рейнольдса. Разработаны рекомендации по расчету обращенной подшипниковой пары по изготовлению и восстановлению валов с пористым покрытием.
Экспериментальные исследования гидравлической смазки пористых подшипников встречают ряд технических трудностей. Такие исследования начались в 50-х годах. Среди работ по экспериментальному исследованию пористых подшипников в первую очередь следует отметить работы Снеговского Ф.П. [31-33], в которых разработаны наиболее совершенные методы измерения параметров пористого подшипника. Подобные работы проводили Морган и Камерон [34], Мошков А.Д., Бершадский СМ. [35], Кьюзано, Фелан [36].
Никитиным А.К. и Савченковой С.С. [37- 41] проведено теоретическое и экспериментальное исследование пористого подшипника конечной длины с подачей смазки через поры вкладыша под давлением. Впервые применяются линейные уравнения Навье-Стокса для описания движения смазки в зазоре. Исходя из этих уравнений и закона Дарси для течения смазки в пористом вкладыше, решается линейная задача для пористого подшипника конечной длины в предположении, что скорость смазки на торцах, открытых в атмосферу, равна скорости смазки в сплошном подшипнике бесконечной длины. Получены зависимости несущей способности, сопротивления вращению, потерь на трение и угла Ф между линией центров и нагрузкой от безразмерных параметров подшипника. Полученные автором теоретические и экспериментальные результаты находятся в хорошем согласии. Однако для угла между линией действия нагрузки и линией центров не получено совпадение. Поэтому возникает вопрос о справедливости предложения о граничных условиях на торцах подшипника и необходимость решения нелинейной задачи для пористого подшипника конечной длины.
В предыдущих теоретических исследованиях предполагалось, что скольжение на границе между смазочной пленкой и пористым подшипником отсутствует. Биверс и Джозеф [42] предложили модель скольжения смазки относительно поверхности пористой стенки. Мурти [43], Пракаш и Видж [44] получили модифицированные уравнения Рейнольдса с учетом этих условий. Другие авторы [45-49] внесли ценный вклад в решение этого вопроса, однако рассматривали стационарные задачи. Мурти, Чандра, Малик и другие [49] определили жесткостные и демпфирующие свойства пористых радиальных подшипников с учетом скольжения. Решение задач для гидро- и аэродинамических пористых радиальных подшипников с учетом условий Биверса-Джозефа дают в работах [50-53] Чатгорадьян, Маджимуар, РАО, Сингх. Однако условие Биверса-Джозефа экспериментально подтверждается только для плоскопараллельного течения. Поэтому нет веских обоснований справедливости этого условия для трехмерного сечения. Впервые в нелинейной постановке гидродинамический расчет однородного пористого подшипника конечной длины был рассмотрен Тол пинской Н.М., Никитиным А.К. и Савченковой С.С. в работах [54-59]. Решена нелинейная задача о гидродинамическом расчете пористого подшипника конечной длины с подачей смазки под давлением через поры вкладыша. Расчету неоднородных пористых подшипников конечной длины посвящены работы К.С. Ахвердиева и его учеников [60-71]. Рассматриваемые здесь задачи решаются на основе полных нелинейных уравнений Навье-Стокса и уравнений Дарси.
В работах [72, 73] рассматриваются демпферы со сдавливаемой пленкой. Здесь исследуются передаточные характеристики центрально нагруженных демпферов с цилиндрической пористой обоймой цилиндрических роликовых подшипников. Проблемам повышения надежности работы буксовых узлов с цилиндрическими роликовыми подшипниками посвящены работы Волкова Н.Н. [74-76], Газарова Л.А. [77]. Выбором оптимальных значений радиальных зазоров подшипников подвижного состава и соблюдением температурного режима при монтаже цилиндрических роликовых подшипников посвящены работы Петрова В.А. и Мотовилова К.В. [78-79]. Работы [80-81] посвящены разработкам цилиндрических роликовых подшипников и методам их расчета. Разработки Рабинера [82], Родзевича Н.В. [83-85] посвящены увеличению работоспособности роликовых подшипников букс вагонов и локомотивов.
Анализ существующих работ показывает, что если работа цилиндрических подшипников скольжения и роликовых цилиндрических подшипников достаточно надежно изучена, то этого нельзя сказать относительно конических подшипников скольжения и конических роликовых подшипников.
В известных работах [86-90], посвященных расчету характеристик конических опор жидкостного трения, даны численные алгоритмы расчета, которые требуют большого машинного времени для анализа данных опор, работы которых зависят от большого количества факторов. Расчетная схема гладкого гидродинамического (а) и гидростатодинамического (б) конических подшипников приведена на рис. 1.4 [86-90]. Схема дискретизации опорной поверхности и граничные условия для конических подшипников приведена нарис. 1.5 [86-90].
В качестве метода решения используется МКР. Метод заключается в сеточной дискретизации опорной поверхности и замены частных производных, входящих в исходные уравнения, конечно-разностными
Определение поля скоростей и поля давлений в плоской линейной задаче о сплошном подшипнике
Как известно [72, 73], при определенных условиях демпферы со сдавливаемой пленкой могут улучшить работу как жидкостных подшипников, так и подшипников качения [74-77]. Правильно спроектированные демпферы со сдавливаемой пленкой могут не только уменьшить колебания и силы, передаваемые подшипниками на опоры, но и снизить неустойчивость роторов, опирающихся на жидкостные подшипники.
Целью проведенного исследования в данном разделе является определение усилий, передаваемых на опоры и создаваемых неуравновешенным жестким коническим ротором, установленным на конических подшипниках качения. Поскольку дисбаланс ротора может вызвать резонанс опорной конструкции и даже возбудить колебания ротора на критических скоростях, целесообразно как можно сильнее снизить передачу воздействия дисбаланса на корпус. Кроме того, уменьшение передаваемых сил повышает долговечность подшипников качения. Такое уменьшение сможет .быть достигнуто установкой конических подшипников качения и надлежащим образом спроектированные демпферы со сдавливаемой пленкой, выполненные с пористыми коническими обоймами.
На рис. 4.1 и 4.2 даны схемы конического демпфера со сдавливаемой пленкой и пористой конической обоймой для ротора, устанавливаемого на конических подшипниках качения, а также приведены силы, действующие в цилиндрическом демпфере со сдавливаемой пленкой и пористой обоймой с радиусом демпфера, соответствующим радиусу сечения конического демпфера при z = О. Исследование этой системы основывается на следующих допущениях [74]: 1. Исследуется цилиндрический демпфер со сдавливаемой пленкой и пористой цилиндрической обоймой сначала с внутренним радиусом демпфера г—tga, а затем r +—tga, где - длина конической обоймы демпфера, а - характеризует конусность конического подшипника, г - радиус сечения при z — О конического демпфера. 2. Решение уравнений движения, составляющие усилия пленки вдоль линии центров и нормально к линии центров, коэффициент передачи представляются в виде суперпозиции соответствующих характеристик рассматриваемых цилиндрических демпферов. 3. Протяженность области положительного давления масляной пленки и в пористой обойме, и в зазоре равна не более 180. 4. Движение ротора на двух его опорных подшипниках симметрично. 5. Ротор относительно жесткий. Это допущение справедливо, если первая критическая скорость ротора, соответствующая изгибным колебаниям свободного ротора, т. е. опорам нулевой жесткости, превышает расчетную скорость. 6. Подшипники качения - самоустанавливающиеся, так что опорные моменты на ротор не действуют. 7. Реакции подшипников качения равны реакциям опорной конструкции. Это значит, что мы пренебрегаем массой корпусов подшипников. 8. Подшипники качения предварительно нагружены таким образом, что зазоры выбраны. Подшипники считаются гораздо более жесткими, чем демпфер со сдавливаемой пленкой, поэтому смещения ротора можно считать равными смещениям в демпфере. 9. Возмущающие силы, создаваемые подшипниками качения, малы по сравнению с силой дисбаланса ротора. Остальные допущения будут вводиться по мере надобности. Здесь m - масса ротора, приходящаяся на подшипник, кг; е -эксцентриситет, ъс чр— угол между линиями центров и положительным направлением оси х, отсчитываемой против часовой стрелки, рад; Ft - составляющая усилия пленки, нормальная к линии центров, Н; Fr - составляющая усилия пленки вдоль линии центров, Н; W - вес ротора, приходящийся на подшипник, Н; Кх, KY - жесткость пружин, удерживающих подшипник в направлении X и Y соответственно, Н/м; дх, dY - начальные смещения удерживающих пружин соответственно в направлениях X и Y, м; со - угловая частота ротора, рад/с; t - время, с; : —- радиальный зазор в демпфере, Є = относительный эксцентриситет.
Устойчивость движения шипа в коническом подшипнике с пористым слоем на рабочей поверхности
В данных исследованиях использовалась установка, смонтированная на базе агрегата УПУ-ЗД. Она снабжена необходимым количеством приборов для контроля параметров процесса напыления. В качестве вращателя применен токарный станок типа 1К62 со ступенчатой регулировкой частоты вращения шпинделя. В качестве источника тока установки используется выпрямитель ИПН-160/600 с падающей внешней вольтамперной характеристикой [113].
Расход плазмообразующего газа устанавливается по оттарированным и пересчитанным на применяемые газы и давления, а в качестве ротаметров на установке использованы ротаметры РС-3. Регулирование окружной скорости и величины подачи при напылении осуществляется переключениями в коробке скоростей и коробке подач токарного станка. Важным элементом при напылении многослойных пористых покрытий является дозирующий порошковый питатель пневматического типа, который показал надежную работу с порошками различной грануляции. Питатель обеспечивает расход порошка от 2,4-10"3 кг/с ( бЗ йг/ч) до 0,11740 кг/с (0,63 кг/ч). Расход порошка устанавливается по шкале, оттарированной на используемый порошок (табл. 5.1) [113].
Для получения пористого покрытия использовалась аргоно-аммиачная смесь. Приемлемая стойкость сопла плазмотрона может быть достигнута применением специального плазмотрона. Его конструкция и общий вид показаны на рис. 5.2 - 5.3. Плазматрон является разработкой Ростовского государственного университета путей сообщения кафедры «Эксплуатация и ремонт машин» [113]. Плазмотрон содержит корпус катода 1, в который вставляется катододержатель 2 с катодом 3. Накидная гайка 4 служит для поджатия и удержания катододержателя в корпусе катода. Штуцер 5 служит для присоединения корпуса катода к охлаждаемому токоподводу. Корпус катода соединяется с корпусом анода 6 с помощью изоляционной втулки 7. В корпус анода вставляется спиралеобразная трубка 8, служащая анодом. Накидные гайки 5 и 9 служат для присоединения трубки к водяной магистрали. Через ввинчиваемый в корпус анода штуцер 13 между витками спирали подается напыляемый материал. Винт предназначен для заглушки отверстия ввода напыляемого материала в нерабочую зону канала сопла. Соединительный шланг предназначен для циркуляции воды через трубку 8 и корпус катода» Корпус анода составной и крепится к изоляционной втулке винтами 12. Наличие спиралеобразного анода обеспечивает устойчивую и надежную работу плазмотрона.
Газотермические методы нанесения покрытий являются наиболее перспективными для получения многослойных пористых покрытий [113]. Из признанных газотермических методов по существующей классификации. .предпочтение следует отдать плазменному и газоплазменному способам нанесения покрытий. По техническим и экономическим показателям эти способы наиболее просты и дешевы. Кроме того, осуществляя нанесение покрытий этими способами, можно варьировать различными параметрами процесса, что позволяет расширить технические возможности этих технологий. При разработке конструкции установки для газотермического нанесения пористых покрытий учитывалась возможность применения обоих методов на одном технологическом месте. Надежность и воспроизводимость свойств наносимых слоев во многом зависит от конструкции плазмотрона, поэтому ему придавалось важное значение. Среди требований, предъявляемых к плазмотронам, наиболее важными являются [113]: - надежность конструкции; стабильность параметров при напылении; - высокий ресурс непрерывной работы; - простота в эксплуатации; -возможность использования широкой номенклатуры плазмообразующих газов и их смесей; - легкость ввода наносимых материалов в плазменную струю и высокая энергетическая эффективность. При прочих равных параметрах плазмотрон установки УПУ-ЗД обладает низким "ресурсом работы и, прежде всего, таких основных деталей как катод и сопло. С целью повышения ресурса работы в анод запрессовывался стержень диаметром 10 мм из лантронированного вольфрама по СТУ45М-1150-83 ОАО «Победит». В процессе получения покрытий в качестве плазмообразующего газа использовалась смесь аммиака и аргона - плазменная горелка [113]. С целью повышения химической активности и для увеличения контактной температуры основы перед напылением проводилась ее предварительная абразивно-струйная обработка. Обработка велась на пескоструйной установкеукомплектованной пневмопистолетом эжекционного типа и компрессором с производительностью 5 м /мин (при давлении в сети 0,5 МПа). Абразивным материалом служил электрокорунд марки Э14А с зерном № 100 [113]. Помимо эксплуатационных характеристик, наносимые порошкообразные материалы должны обладать и определенной технологичностью. Эти свойства в большей мере присущи гранулированным порошкам типа ПГ-ХН80СР4 (табл. 5.2) [113].
Разработка промышленного способа изготовления пористых подшипников
Экспериментально подтверждена обоснованность и корректность выдвинутой в диссертации концепции о возможности использования метода конструктивной суперпозиции для расчета конических подшипников скольжения. 2. Результаты теории и эксперимента достаточно хорошо согласуются по прогнозированию оптимального по несущей способности угла конусности сплошного и пористого конического подшипника. Находит экспериментальное подтверждение то, что оптимальным значением угла конусности является интервал (4; 6). 3. При значениях угла конусности больше 6 имеет место резкое повышение коэффициента трения. 4. При наличии пористого слоя на рабочей поверхности вкладыша протяженность рабочей зоны и толщина смазочной пленки увеличивается на 10-15%. 5. Предполагаем, что роликовый конический подшипник, содержащий-на-рабочей поверхности внешнего кольца пористый слой обеспечивает увеличение демпфирующей способности наружного конического кольца роликового подшипника, а в экстремальных случаях (в случае заклинивания роликов) способен некоторое время работать в режиме подшипника скольжения. 1. Обосновано применение принципа конструктивной суперпозиции для гидродинамического расчета сплошных и пористых конических подшипников скольжения с углом конусности конического подшипника в интервале [2; 10]. 2. В линейной и нелинейной постановке задачи разработан метод расчета однослойной и двухслойной смазки в соосном коническом подшипнике скольжения при осевой подаче смазки. Вначале найдено точное автомодельное решение рассматриваемых задач, а затем приближенное в виде суперпозиции двух соосных цилиндрических подшипников .. конечной... длины..-с - радиусами, соответствующими радиусам конического подшипника в начальном и конечном сечениях. Доказана корректность и обоснованность использования предложенного метода конструктивной суперпозиции для расчета конического подшипника с осевой подачей смазки. 3. В конической системе координат в нелинейной постановке задач решена задача о гидродинамическом расчете соосного пористого конического подшипника. Дана оценка влияния безразмерного параметра, обусловленного наличием пористого слоя на распределение скоростей и давления в смазочном слое. 4. Разработана методика гидродинамического расчета нагруженных сплошных и пористых конических подшипников. Получены аналитические зависимости для основных рабочих характеристик сплошных и пористых подшипников, позволяющих прогнозировать конструктивные и режимные параметры, обеспечивающие их повышенную несущую способность при низком коэффициенте трения. Установлено, что оптимальным значением угла конусности конического подшипника является интервал (4; 6). При значениях угла конусности больше 6 имеет место резкое увеличение коэффициента трения и уменьшение коэффициента нагруженности. 5. Разработан метод гидродинамического расчета устойчивого режима работы конического подшипника с пористым слоем на рабочей поверхности. 6. Дана оценка влияния угла конусности и конструктивного параметра, обусловленного наличием пористого слоя на рабочей поверхности, на устойчивость его работы. В результате установлены оптимальные значения указанных параметров, при которых конический подшипник с пористой обоймой работает более устойчиво по сравнению со сплошным и пористым цилиндрическим подшипником. 7. Разработан метод расчета устойчивых режимов работы и передаточных характеристик конического демпфера со сдавливаемой пленкой и конической пористой обоймой. В результате найдены условия, при которых конические демпферы с пористой обоймой эффективнее ослабляют передаваемые усилия дисбаланса, чем цилиндрические демпферы со сплошной и пористой обоймой. На основе анализа полученных результатов установлено, что: - существует «скачок» в зависимости коэффициента передачи от эксцентриситета дисбаланса. При сравнительно больших " " значениях проницаемости этот «скачок» в зависимости коэффициента передачи от эксцентриситета дисбаланса отсутствует; - линия центров отстает от вектора силы дисбаланса и при одинаковых условиях работы значения фазового сдвига для пористых конических демпферов больше, чем для цилиндрических со сплошной и пористой обоймой; - переход от заданного начального возмущения к стационарному режиму для пористых как цилиндрических, так и конических демпферов, происходит дольше, чем для сплошных демпферов. 8. Представлена экспериментальная оценка полученным теоретическим результатам.
