Підвищення надійності і збільшення строків служби як одне з першочергових завдань сучасного машинобудування. Розгляд особливостей розробки теоретичних положень механіки руху тонкого шару мастила по твердій поверхні під дією ваги та відцентрових сил.
Аннотация к работе
До числа найбільш навантажених та зношуваних відносяться вузли тертя з вищими кінематичними парами, зокрема, ексцентрикові та кулачкові механізми із схемою контакту циліндр - площина (наприклад, кулачок - штовхач газорозподільного механізму двигуна внутрішнього згоряння). Забезпечення високої зносостійкості ексцентрикових механізмів та кулачкових пар у більшості випадків визначає працездатність машин й устаткування в цілому, оскільки механізми такого роду використовуються в робочих і виконавчих органах, а їхній технічний стан є визначальним для виконання основних функцій машини в цілому. Робота проводилася відповідно до науково-дослідних робіт, фінансованих Державним бюджетом Міністерства освіти та науки України: "Створення системи розрахункових методів триботехнічної надійності конструкцій "(№ ДР 0199V003042), "Розробка й реалізація теоретичних основ принципово нових методів розрахунків і випробувань на зношування" (№ ДР 0107U000953). Основна ідея способу покращення умов змащування полягає у формуванні на поверхні деталей канавок зі спеціальним профілем, які забезпечують подачу мастила до зони контакту кулачка і штовхача відцентровими силами. Для досягнення цієї мети були поставлені та вирішувалися наступні завдання: 1) розробка теоретичних положень механіки руху тонкого шару мастила по твердій поверхні під дією ваги та відцентрових сил;Розроблено методику розрахунку параметрів руху тонкого шару мастила в мастильних канавках під дією сили ваги та відцентрових сил на поверхні тіла, що обертається. Методика розрахунку режиму змащування на поверхні включає пристрій та порядок визначення величини основної характеристики тонкого шару мастила на поверхні твердого тіла - граничного напруження зрушення (ТТ) матеріалу мастила. Визначено граничне напруження зрушення для деяких видів моторних мастил. Залежність зовнішньої сили від величини заглиблення визначається з експерименту. Рішення дозволяє при наявності залежності розміру площадки контакту від шляху тертя визначити параметри kw, m моделі сталого зношування як для площини, так і для циліндра.
Вывод
1. Розроблено методику розрахунку параметрів руху тонкого шару мастила в мастильних канавках під дією сили ваги та відцентрових сил на поверхні тіла, що обертається. Методика розрахунку режиму змащування на поверхні включає пристрій та порядок визначення величини основної характеристики тонкого шару мастила на поверхні твердого тіла - граничного напруження зрушення (ТТ) матеріалу мастила. Визначено граничне напруження зрушення для деяких видів моторних мастил. Встановлено, що величина (ТТ) має порядок 1 - 2 Па. Можливість визначення такої малої величини є перевагою розробленої методики.
2. Отримані теоретично й підтверджені експериментально залежності зусиль накатки поверхні кульками від величини заглиблення і властивостей матеріалу поверхні. Залежності отримані на основі розв‘язку контактної задачі для вдавлювання жорсткої кульки в пластично деформовану площину на основі варіаційно-експериментального методу. В основі розвязку покладений вираз повної енергії деформування, який має екстремальні властивості. Залежність зовнішньої сили від величини заглиблення визначається з експерименту. Функція контактного тиску отримана у вигляді степеневого ряду.
Отримані залежності для визначення сили опору коченню кульки при обробці поверхні пластичним деформуванням від сили вдавлювання кульки, функції тиску під кулькою та твердості оброблюваної поверхні. Отримані залежності рекомендовано використовувати при виборі силового режиму обкочування поверхні. Проведено експериментальне визначення зусиль накатки. Порівняння розрахункових і експериментальних даних вказує на їх відповідність.
Розроблені, виготовлені і використані пристрої для накочування мастилоутримуючих канавок кульками.
3. Розроблений і використаний на практиці метод випробувань на знос за схемою циліндр-площина з визначенням параметрів моделі сталого зношування. В основу методу покладено розв‘язок зворотної контактної задачі з урахуванням зносу циліндра і площини. Рішення дозволяє при наявності залежності розміру площадки контакту від шляху тертя визначити параметри kw, m моделі сталого зношування як для площини, так і для циліндра.
Практична реалізація методу випробувань для матеріалів кулачкових пар тертя підтвердила ефективність запропонованого методу випробувань і визначення параметрів моделі зношування. В результаті застосування методики випробувань встановлено, що в заданих умовах знос пари з чавуну СЧ-18 менше, ніж із сталі 40Х в 1,53 рази.
Для пари циліндр-площина з комбінованою канавкою за запропонованою методикою отримано зменшення зносу в 1,36-1,42 рази. Ефект пояснюється покращенням умов змащування за рахунок подачі мастила з канавки в зону контакту відцентровими силами від обертання циліндра.
4. Розроблено методику розрахунково-експериментальної оцінки зносу та надійності кулачкових пар тертя. Методика включає основні розрахункові залежності та способи визначення параметрів моделі зношування, шляхів тертя і контактних тисків. Методика оцінки надійності базується на розподілі Ерланга 3-го порядку.
Розрахунки зносу та надійності кулачків ГРМ двигунів ВАЗ для варіантів з канавками і без канавок показали, що середній знос кулачків з канавками майже в 2 рази менше зносу кулачків без канавок.
Ймовірність відмови кулачків по граничному зносу при пробігові 70 тис. км без канавок (F=0,5441) в 2,13 рази вище ймовірності відмови (F=0,2558) кулачків з канавками.
Стендові випробування показали, що на базі 1000 циклів пуску двигуна кулачки з канавкою мають знос (26 мкм), що в 1,46 рази менше зносу кулачка без канавок (38 мкм), що підтверджує висновок про ефективність застосування профільних канавок і відцентрового змащування.
Список литературы
1. Кузьменко А.Г., Кузьменко Г.А., Бабак О.П. Упругопластический контакт шара с плоскостью // Проблемы трибологии. - 1997. - №2 (14). - С. 3 - 29. (Здобувачем отримані розрахункові залежності для рішення задачі контактної взаємодії кулі із площиною при великих і малих переміщеннях при дії нормальних і дотичних навантажень із використанням діаграми вдавлювання).
2. Дыха А.В., Бабак О.П. Повышение несущей способности подшипника скольжения с маслоудерживающими канавками // Проблемы трибологии. - 1997. - №1. - С. 25 - 27. (Здобувачем запропонований спосіб нанесення мастилоутримуючих канавок).
3. Дыха А.В., Бабак О.П., Ильчишена А.В. Создание и экспериментальное исследование смазочной способности маслоудерживающих канавок переменной глубины // Проблемы трибологии. - 1999. - №2. - С. 26 - 29. (Здобувачем запропонована конструкція для нанесення профілю та проведена експериментальна апробація запропонованого пристрою).
4. Кузьменко А.Г., Бабак О.П. Метод испытаний на износ по схеме "вращающийся цилиндр-плоскость"// Проблемы трибологии. - 2000. - №2 (14). - С. 116 - 122. (Здобувачем запропонований метод випробувань на знос за схемою "обертового циліндра-площини. Отримано розрахункові залежності для визначення параметрів моделі зносу).
5. Бабак О.П., Кузьменко А.Г., Пасечник А.А. Лабораторные испытания по схеме "вращающийся цилиндр-плоскость" // Проблемы трибологии. - 2000. - № 3, 4 (15). - С. 87 - 89. (Здобувачем розроблена методика визначення параметрів закономірностей зношування, що включає спеціальний пристрій для універсальної машини тертя. Виконано експериментальну апробацію методики випробувань).
6. Кузьменко А.Г., Бабак О.П., Пасечник А.А. Выбор схемы лабораторных испытаний при оценке износа кулачковых пар // Проблемы трибологии. - 2001. - №1 (17). - С. 152 - 156. (Здобувачем виконане обґрунтування схеми й методики випробувань на знос кулачкових пар із плоским штовхачем).
7. Бабак О.П., Кузьменко А.Г., Пасечник А.А. Стенд для испытаний газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания // Проблемы трибологии. - 2002. - №2. - С. 107 - 110. (Здобувачем розроблений стенд для лабораторних випробувань розподільчих валів на знос. Виконано експериментальну апробацію стенда).
8. Бабак О.П., Кузьменко А.Г., Пасечник А.А. Повышение износостойкости трибосопряжений путем формирования маслоудерживающего профиля // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2002. - № 4 Ч.1 (42). - С. 7 - 12. (Здобувачем отримані оптимальні параметри формування мастилоутримуючого профілю).
9. Кузьменко А.Г., Бабак О.П., Пасічник О.А., Даньков А.Б. Експериментальні дослідження руху мастильного матеріалу із застосуванням комп‘ютерних технологій візуалізації та реєстрації. // Проблеми трибології. - 2007. - №1. - С. 135 - 139. (Здобувачем виконана експериментальна апробація пристрою).
10. Кузьменко А.Г., Бабак О.П., Пасічник О.А. Дослідження динаміки мастильної краплі по плоскій поверхні. // Проблеми трибології. - 2007. - № 2. - С. 91 - 94. (Здобувачем отримані кількісні і якісні параметри руху мастильного матеріалу для різних матеріалів. Побудовані номограми).