Способ минимизации износа трибоконтакта

 

Способ минимизации износа трибоконтакта предназначен для тяжелонагруженных пар трения в машиностроении. Пограничный слой трибоконтакта с заданными свойствами, имеющий способность к самозалечиванию микродеформаций, создают нанося на одну из поверхностей контакта антифрикционное покрытие. Активируя это покрытие и весь пограничный слой трибоконтакта каким-либо воздействием, получая тем самым условия динамического равновесия, управляя скоростью процесса залечивания повреждений путем дополнительных внешних воздействий, достигают минимизацию износа трибоконтакта, расширив области температурного, скоростного и нагрузочного интервалов работы пары трения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для тяжелонагруженных пар трения.

Существует несколько способов минимизации трения и износа. Известно полное разделение трущихся поверхностей слоем смазки, т.е. создание режима жидкостного трения [1]. Недостатком этого способа является сложность и высокая точность конструкции подшипников и сравнительно узкая область практического использования (t 80oC) таких подшипников.

Другим способом минимизации износа является создание условий аномально низкого трения в трибоконтакте. Известен способ обработки некоторых полимерных материалов -частицами [2]. Однако, этот эффект обнаружен только для полимерных материалов. Вследствие высокой стоимости способа и технологии обработки -частицами подшипники из таких материалов практически не используются.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ создания условий аномально низкого трения, основанный на избирательном переносе атомов некоторых металлов, в частности меди, на поверхность, подверженную изнашиванию [3]. При этом, в результате технической реакции смазки с молекулами одной из поверхностей трибоконтакта образуется сервовидная пленка, из которой и происходит высаживание меди на поверхность контакта, и тем самым минимизируется износ поверхности контакта. Однако в литературе описан избирательный перенос атомов только для меди. Кроме того, сервовидная пленка может образовываться в парах трения только при определенных интервалах скольжения и температур, а именно при скоростях скольжения менее 6 м/с и температурах, не превышающих 80oC [4]. Протекание избирательного переноса возможно только при смазке, содержащей соединения меди, обеспечивающей миграцию атомов меди на поверхность меди.

Предлагаемое изобретение позволяет достичь минимизации износа трибоконтакта, расширив область температурного, скоростного и нагрузочного интервалов работы пары трения, и возможность работы в некоторых случаях без антифрикционных смазок.

Сущность способа минимизации износа по изобретению заключается в том, что пограничный слой с заданными свойствами, в котором локализуются повреждения от микродеформаций и который имеет способность к регенерации, т.е. к самозалечиванию, в процессе работы трибоконтакта создают следующим образом. На одну из поверхностей контакта наносят покрытие, активируют пограничный слой трибоконтакта каким-либо воздействием, тем самым получают необходимые условия динамического равновесия в нем, т.е. условия залечивания микроповреждений и управляют скоростью процесса залечивания этих повреждений путем дополнительных внешних воздействий, соблюдая условия 0 1 , где - поврежденность, = *= const , где * - начальная поврежденность поверхности трения.

Это условие описывается формулой где i определяется решением дифференциального уравнения

где
i и (tn) - коэффициенты, характеризующие поверхность на i-ом цикле пластической деформации в пограничном слое контакта и накопленную за n циклов;
ai, - коэффициенты, характеризующие напряженное состояние в пограничном слое и скорость залечивания повреждений;
H(t) и (t) - интенсивность скоростей деформации и ресурс пластичности.

Если в любой момент времени

то i= 0 и (tn) = Const.

Первое слагаемое в формуле (2) учитывает скорость нарастания повреждений за счет пластической деформации пограничного слоя, второе - скорость залечивания их за счет диффузионных процессов. Поскольку определяющие величины и p для каждого материала свои и зависят от внешней активации, в частности от температуры в пограничном слое, то можно подобрать для заданной правой части уравнения материал подшипника или покрытия и температуру с требуемыми значениями и p , чтобы удовлетворялось условие (3). Предельным случаем равновесия накопления повреждений и их залечивания является наше техническое решение [5], подтвержденное экспериментально.

Пример. В подшипниковой опоре трехшарошечного долота был реализован радиальный подшипник скольжения с плавающей втулкой, т.е. относительное смещение осуществлялось по двум цилиндрическим поверхностям кольца. Диаметры кольца: наружный 62 мм, внутренний 52 мм; ширина кольца 11 мм, радиальная нагрузка - 4 104H.

На кольцо предварительно наносилось двойное антифрикционное покрытие: медный слой, поверх него - легкоплавкая композиция на основе цветных металлов, обладающих высокой пластичностью и высокой скоростью рекристаллизации при температурах порядка 180oC. Долото нагружали осевой нагрузкой до достижения радиальной нагрузки на подшипник 4 104H и вращали буровую колонку.

Активация осуществлялась за счет повышения температуры нанесенного покрытия. При этом охлаждение подшипника не производилось. Тем самым в пограничном слое контакта создавались условия динамического равновесия между возникновением повреждений и их залечиванием.

Далее для управления скоростью процесса залечивания повреждений управляли скоростью теплоотвода от подшипника путем изменения расхода охлаждающей жидкости.

После выработки ресурса долота и разрушения зубьев шарошки, опоры долота разбирались и оценивалось состояние подшипников. На опытных кольцах изменения размеров вследствие износа поверхностей трибоконтакта обнаружено не было, хотя условия работы трибоконтакта были настолько тяжелыми, что произошла пластическая деформация материала основы кольца.

Источники информации.

1. Колмогоров В.Л., Курилов А.М., Харламов В.В., Модель трения и износа тяжелонагруженной пары скольжения. Препринт. Свердловск: УрО АН СССР, 1991.

2. Гаркунов Д.Н. Триботехника. -М.: Машиностроение, 1989.

3. Эффект безызносности - новый этап в повышении износостойкости деталей / Геркунов Д.Н.// Вестник машиностроения. 1983. N 4. -c. 36-41.

4. Хайнике Г. Трибохимия, -М.: Мир, 1987.

5. Авторское свидетельство СССР N 1784773, кл. F 16 C 33/10, Подшипниковый узел скольжения / В.В.Харламов, В.Л.Колмогоров, С.В.Павлышко и др. (СССР) -4919407/27; Заяв. 14.03.91.


Формула изобретения

Способ минимизации износа трибоконтакта, заключающийся в создании пограничного слоя на поверхностях трения с заданными свойствами, в котором локализуются повреждения от микродеформаций, имеющего способность к залечиванию в процессе работы трибоконтакта, отличающийся тем, что на одну из поверхностей контакта наносят покрытие, активируют пограничный слой трибоконтакта, получают условия динамического равновесия в нем и управляют скоростью процесса залечивания повреждений путем дополнительных внешний воздействий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в опорах валов, эксплуатирующихся в условиях высоких радиальных нагрузок

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в высокоскоростных высоконагруженных устройствах: центробежных компрессорах, насосах, турбинах и других устройствах

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в скоростных высоконагруженных устройствах, центробежных компрессорах, насосах, турбинах и других устройствах

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам автомобильного сцепления, управляемого вилкой

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к строительству гидротурбин и может найти применение в других отраслях машиностроения

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях подшипников скольжения

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в нефтехимической промышленности и холодильной технике, где используются высокоскоростные винтовые и турбокомпрессорные агрегаты

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции подпятника гидрогенератора

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к упорным подшипникам скольжения с самоустанавливающимися сегментами и может быть использовано в разнообразных отраслях промышленности, и в частности в холодильной технике: для холодильных машин, для работы на маловязких жидкостях, смазываемый маловязкими жидкостями, работающий на хладагентах, работающий в условиях смазки маловязкими жидкостями

Изобретение относится к области автомобиле- и машиностроения

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях быстроходных компрессоров, газовых и паровых турбин насосов и других роторных машин

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к одному из важнейших узлов любого вагона или локомотива, а именно к буксовому узлу скоростного подвижного состава

Изобретение относится к подшипникам скольжения прокатного стана

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в нефтехимической промышленности и холодильной технике, где в качестве опоры вращающего вала установлен подшипник, использующий для смазки рабочую жидкость под давлением

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подшипниковым узлам

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к подшипниковым узлам
Наверх