Способ создания несущей способности в узле трения

 

Изобретение относится к точному приборостроению, в частности к узлам трения с малым сопротивлением трению при длительном ресурсе работы. Цель изобретения - уменьшение трения, повышение несущей способности и ресурса узла трения и упрощение дозировки жидкости в зазор между рабочими поверхностями узла трения. Осуществляют заполнение упомянутого зазора жидкостью с краевым углом смачивания менее 90°. Присоединяют к зазору капилляр, диаметр которого выбирают, исходя из геометрических размеров пары трения и поверхностных свойств жидкости. При смазывании узла трения в зазор подается доза масла (жидкости), объем которой больше критической дозы. После этого сопротивление трению в узле трения автоматически снижается. 1 з.п.ф-лы, 11 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

7 А1 (19) (И) (594 F 6С 200

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4294043/31-27 (гг) 04.08.87 (46) 30.12.89, Б л. Р 48 (71) Таллиннский политехнический институт (72) М.Э.Аяотс, P.À.Лаанеотс и Х.П.иельдре (53) 621.822.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

4 553583, кл. С 04 В 31/00, 1975. (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ В УЗДЕ ТРЕНИЯ (57) Изобретение относится к точному приборостроению, в частности к узлам. трения с малым сопротивлением трению при длительном ресурсе работы. Цель

Изобретение относится к точному приборостроению, в частности к парам трения вращательного и поступательного движения с малым сопротивлением трению при длительном ресурсе работы, и может быть использовано в приборах времени, s микроэлектромашинах, измерительных приборах и в радиоэлектронной аппаратуре.

Цель изобретения — уменьшение трения и повышение несущей способности, а также повышение ресурса узла трения и упрощение дозировки жидкости в эа" зор между рабочими поверхностями узла трения.

На фиг.1 показан узел трения, в аксонометрии; на фиг.2 - узел трения без капилляра; на фиг.3 - сечение

А-А на фиг.2; на фиг.4 - узел трения, 2 изобретения - уменьшение трения, повышение несущей способности и ресурса узла трения и упрощение дозировки жидкости в зазор между рабочими поверхностями узла трения. Осуществляют заполнение упомянутого зазора жидкостью с краевым углом смачивания менее

90 . Присоединяют к зазору капилляр, диаметр которого выбирают, исходя из геометрических размеров пары трения и поверхностных свойств жидкости ° При смазывании узла трения в зазор подается доза масла (жидкости), объем которой больше критической дозы. После этого сопротивление трению в узле трения автоматически снижается. 1 з.п. g ф-лы, 11 ил. где капилляр присоединен к втулке; на на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.б - узел трения, где капилляр выполнен в валу; на фиг.7 - сечение В-В на фиг.б; на фиг.8 - зависимости силы, .и коэффициента трения от дозы жидкости (масла) в зазоре узла трения; на

Фй(.9 - 11 - взаимное расположение вала и втулки при разных дозах рабо- чей жидкости в зазоре.

Узел трения состоит иэ втулки 1 и вала 2. Во втулке 1 выполнен вырез

3. К одному из элементов 1 или 2 узла трения присоединен капилляр 4, который одним концом сообщен с зазором 5, заполненным рабочей жидкостью. Другой конец капилляра сообщен с окружающей средой.

1532737

Способ создания несущей способности реализуется следующим образом.

При смазывании пары трения подается жидкость в зазор 5 между втулкой 1 и валом 2 (фиг.2). В случае отсутствия капилляра сила трения покоя при пс>ступательном движении втулки 1 по неподвижному валу 2 зависит от дозы жидкости в зазоре 5 образом, приведенным на фиг.8 (кривая 6). Такая зависимость 6 силы трения от дозы жидкости обусловлена следующими причинами. Жидкость образует на поверхн сти твердого тела краевой угол.

О раэование краевого угла приводит к искривлению поверхности, в данном случае к искривлению поверхности жидк >сти в зазоре между валом и втулкой.

В результате искривленной (вогнутой) поверхности жидкости в зазоре в жид.кости появляется отрицательное капиллйрное давление.

Для обеспечения отрицательного ка" п1лллярного давления жидкости в зазоре необходимо использовать жидкость с ! о краевым углом смачивания менее 90 поскольку в жидкостях, у.которых крае вой угол больше 90, возникает полож лтельное капилляриое давление. Отрицвтельное капиллярное давление в зазоре обуславливает дополнительную силу Р, противодействующую внешней нагрузке Рк (фиг.9). Дополнительная сила Р определяется как произведение папиллярного давления на площадь его влияния. Сила трения 1 в узле трения пропорциональна к общей нагрузке о6 н

При дозах смазочного масла (>нидкости) до „ (фиг.8), когда F r F т.е. дополнительная сила F> превышает нагрузку F, втулка 1 и вал 2 расположены относительно друг друга в соответствии с фиг,9. По мере увепичения дозы масла радиусы кривизны менисков в зазоре узла трения увеличиваются, в результате чего уменьшаются капиллярное давление, дополнительная

Сила F и общая нагрузка 1 =Г„ -Г

К дозе масла соответствует условие

К

Р„ Ф Р (т.е. узел трения раэгружается), втулка 1 опускается на вал 2, принимая приведенное на фиг.10 поло>нение. Доза масла „ соответствует, мин минимальной силе трения покоя У на графике сила трения покоя — доза масла (фиг.8). Сравнительно со случаями, когда дозы масла =0 или ) „, наблюдается десятикратное снижение силы и коэффициента трения покоя

=F /1, . Дальнейшее увеличение дозы масла приводит опять к повышению силы трения, поскольку увеличиваются радиусы менисков масла (фиг.10), уменьшаются капиллярное давление и дополнительная сила F, причем F c F„ . При дозе масла свыше доз масла „ (см. фиг.8) кривизна менисков практически не увеличивается и поэтому сила трения не зависит от дозы масла, так как F>=const и общая нагрузка F

=F -F не изменяется. Масло фиксирун ется в зазоре описанного узла трения и не вытекает оттуда за счет поверхностных сил.

Максимальное значение силы F, 20 которая противодействует нагрузке Fн обеспечив разгрузку узла трения, учитывая, что максимальное капиллярное давление - в зазоре, равняется

"<"Н 8 (COS Ол+СОЗ 81)

25 Р (1)

pd где G — поверхностное натяжение жидкости

В„.В1 - краевые углы смачивания жидкости материалами втулки и

30 вала;

d - диаметрический зазор в узле трения, вычисляя по формуле о 4

ffff> - —, =0 5 Р Я1 1 cosoM4 =

-- Bo 0 и, о

0 5б(сов 8 +сов 81) 01 (d соэ х1 Ц

40 >во где d — диаметр вала;

1 — длина выреза втулки; центральный угол относительно внутреннего диаметра втулки, 45 характеризующий глубину выреза.

Если определены геометрические размеры 1 и d, известны поверхностные характеристики жидкости 6, 8,, Bz u нагрузка Гц то для разгрузки узла трения (условие F = F> на фиг.4) диаметральный зазор необходимо на основании уровня (2) выбирать (cos 8 +cps 8z)8dl >

Qd cos Û . (3

Fff g o

- < о

8 случае применения капилляра 4, один торец которого соединен с зазо5 1532 ром 5 между втулкой и валом 2, а другой с окружающей средой (Фиг.8), зависимость силы трения покоя от дозы масла имеет вид, показанный на фиг.8 кривой 7, т.е. после дозы

5 к сила трения не повышается, а остается на минимальном значении F . П и т!> этом необходимо обеспечить (например, конфигурацией Фасок), чтобы все ради- !g усы кривизны поверхностей масла в узле трения зависели от дозы масла.

В этом случае цилиндрический капил-. ляр, в котором кривизна мениска не зависит от положения масла в капилляре, выполняет роль регулятора капиллярного давления в зазоре 5 между втулкой 1 и валом 2. Для обеспечения минимума силы трения покоя необходимо ввести в зазор 5 любую дозу масла, 20 объем которой больше объема „, Лишнее масло движется в этом случае за счет капиллярных сил, т ° е. разницы

Лапласовских давлений в капилляре 4 и в зазоре 5, в капилляр, а в зазоре. 25 устанавливается капиллярное давление, величина которого определяется капиллярным давлением в капилляре:

737 смазочного материала следует учитывать то обстоятельство, если капил лярное давление д Р в капилляре 4 превышает максимальное капиллярное давление P " в зазоре 5,то весь смазочный материал поступает из зазора

5 в капилляр 4. Поэтому необходимо, чтобы h P Л P . Поскольку d Рж "

1 определяется уравнением (1), получим

4Bcos 6 G(cos 8i+cos 8r)

------ (--------------, !к pd откуда (7) 4дд cos В (cos Р,+cos 9

Выбирая диаметр капилляра пб формулам (5) и (7) и подавая в зазор узла трения любую дозу масла, объем которой больше (фиг.8), в узле трения устанавливается автоматически минимальная сила трения F ".Äëèíà Ф капилляра должна быть при этом такой, чтобы объем масла, превышающий дозу у, поместился бы в капилляре.

К1

Предлагаемый способ создания не" сущей способности осуществлен в узле трения с номинальным диаметром d=

=2 мм при поступательном движении втулки по неподвижному валу. Примене" но масло НИИЧП-НС-бп с поверхностным натяжением 6 =0,030 н/м. Остальные параметры приняты 1 =17 мм, Ы =180

8,= 8 =9=0, г„ =0,068 Н.

Экспериментально установлено, что в узле трения без капилляра (фиг.2), где по Формуле (3) pd =030 мкм, коэффициенты трения покоя имеют значения

0,008-0,01. Вариант узла трения с капилляром испытан при нагрузке F = н

=0,022 Н, причем диаметр капилляра й„=185 мкм определен по формулам (5) и (7). Получены коэффициенты трения покоя 0,01-0,015.

Таким образом, экспериментально доказано, что предлагаемый способ создания несущей способности позволяет сравнительно с прототипом снизить трение покоя в 10-15 раэ.

Техническое применение предлагаемого изобретения позволяет повысить грузоподъемность узла трения, посколь. ку за счет разгрузки снижаются контактные давления в зоне трения, уменьшаются сопротивление трению и износ. Повышается ресурс узла трения, так как, кроме регулятора капиллярного давления в зазоре пары трения, капилляр выполняет также роль реэер"

55 (62

46сояО Р„ (4) З0

К где 9 - краевой угол смачивания масла (жидкости) на материале капилляра, d< — диаметр капилляра.

Следовательно, заданием диаметра

35 капилляра 4 возможно задать давление масла в зазоре 5 узла трения, определив тем величину дополнительной силы

Р . Для обеспечения минимума силы трения, если заранее определены геометрические размеры узла трения, а также известны поверхностные свойства масла (жидкости) и нагрузка F диаметр капилляра выбирают по формуле о Ри

2cosBGd 1

d = — — — — — cosXdl (5)

Xkz - и

Формула (5) для определения диаметра капилляра выведена из условия

F„=F npa ew

1М -— ,! г

F„=F = Р„- 1 ) cosgdg = н ф а (0 — -яо йО-—

?QcosQdl

=- — — — — „coscM Û ° (Ф о — - %0

При выборе геометрических размеров узла трения, диаметр капилляра и

1«12737,вуара масла. По мере расходования масла в узле трения новое масло поступает за счет капиллярных сил автоматически из капилляра в зазор. Объем 5 масла в капилляре выбирается иэ требуемого ресурса пары трения. При этом не снижается надежность фиксации масла в зазоре пары трения, так как увеличение дозы масла происходит с помощью капилляра. Непосредственное увеличение дозы в зазоре увеличивало бы ресурс узла трения, но снижало бы надежность фиксации масла.

В случае больших перемещений втул15 ки по валу возможно неравномерное рас пределение смазочного масла по длине вала. При движении втулки на участках вала, где слой смазочного масла более толстый, увеличивается радиусы менис20 ,ков масла, в зазоре снижается капиллярное давление, и масло поступает с поверхности вала в капилляр. На участках, где слой масла более тонкий,.5 масло поступает из капилляра на вал.

Таким образом, в описанной паре трения обеспечено равномерное распределение масла по длине вала.

Формула изобретения

1. Способ создания несущей способности в узле трения с цилиндрическими рабочими поверхностями путем заполнения зазора между рабочими поверхностя-З5 ми рабочей жидкостью, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения трения и повышения несущей способности, в качестве рабочей жидкости

1 40 используют жидкость с краевым углом смачивания меньше 90, а диаметральный зазор между рабочими поверхностями для размещения рабочей жидкости определяют по формуле

180- в 0 5d16(cos Юг+сов Oz) t (1 c os è1, н — Во о где p d — диаметральный зазор;

d — диаметр вала;

О - поверхностное натяжение жидкости; б,, 9 - краевые углы смачивания жидкости материалами втулки и вала;

1 — центральный угол относитель" но внутреннего диаметра втулки и длина, характеризующие площадь смачивания;

F нагрузка.

2. Способ по и.1, о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью упрощения дозировки жидкости в зазор и повышения ресурса узла трения, для заполнения зазора рабочей жидкостью используют капилляр, диаметр которого выбирают исходя иэ условия: що а у

26d1cos8 1

d K cos 6(К р

Ф -<ВО

4gd сов в

Д ) ьл

cose +cos9

1 где d < —. диаметр капилляра; краевой угол смачивания жидкости с материалом капил-. ляра.

1532737

1532/37

Фiц, lt

Составитель Т.Хромова

Редактор M.Òîíòèí Техред M.Xoäàíè÷ Корректор М.Максимишинец

Заказ 8084/44 Тираж 699 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101