книги из ГПНТБ / Мизери, А. А. Эксплуатация текстильного оборудования с деталями из пористых спеченных материалов

Конструкция узла трения скольжения с вращательным движе­ нием вала и вращательным движением шестерни с запрессованной в ней пористой втулкой на машине КЭ-250-И (рис. 22).

Явления, влияющие на процесс самосмазывания

Изучение работы самосмазывающихся подшипников, а также факторов, влияющих на процесс самосмазывания, позволяет вы­ сказать некоторые соображения о характере протекания этого процесса.

50

Не отрицая влияния температуры на выделение масла из пор подшипниковой втулки в период неустановившегося температур­ ного режима, необходимо отметить роль и влияние избыточного давления в зазоре как постоянно действующего фактора. Особое внимание следует обратить на избыточное «отрицательное» дав­ ление. Степень влияния этого давления на масловыделение раз­ лична и определяется условиями работы трущейся пары: ско­ ростью скольжения, диаметральным зазором, нагрузкой и др. Эффект масловыделения тем больше, чем выше скорость сколь­ жения и меньше диаметральный зазор. Циркуляция масла в толще пористой втулки по всему периметру не происходит, а перетека­ ние, как показали эксперименты, наблюдается в довольно ограни­ ченной зоне.

Выдвинутое автором данной работы предположение, объясняю­ щее механизм смазки пористых подшипников при отсутствии по­ дачи масла в зазор, подтверждается рядом проведенных исследо­ ваний. Значение компенсационных резервуаров, предусмотренных в корпусах пористых спеченных подшипников, состоит главным об­ разом в повышении ресурса работы подшипника. Вместе с тем масло, находящееся в резервуаре, омывая наружную поверхность пористой втулки, способствует некоторому улучшению масловы­ деления.

Это улучшение достигается благодаря двум факторам: во-пер­ вых, возрастает проницаемость наружной поверхности втулки, по­ скольку увеличивается количество активно действующих пор (имеются в виду сквозные поры); во-вторых, хотя и незначительно, но все же возрастает избыточное давление (в зоне отрицательного давления) за счет столба жидкости.

Отверстия, через которые производится заливка масла, должны быть закрыты пробкой.

Однако связь с атмосферой необходимо сохранить, что можно достичь при наличии небольшого отверстия в самой пробке или в корпусе чугунного подшипника. Герметичность компенсацион­ ного резервуара и нарушение его связи с атмосферой будут пре­ пятствовать поступлению масла в поры втулки.

Другие условия масловыделения имеют место в работе узла трения, представленного на рис. 16 и 17 (позиции IV и V) и полу­ чившего название «обратной пары».

В этом случае подача смазки к поверхности скольжения сти­ мулируется центробежной силой и таким образом улучшается ка­ чество смазки. При определенных благоприятных условиях вся наружная поверхность втулки может оказаться активной, и масло может выделяться из пор по всей этой поверхности.

Определенный интерес представляет рассмотрение работы узла трения скольжения, представленного на рис. 18 и 19 (пози­ ции V и VI). Этот вариант с точки зрения масловыделения яв­ ляется наименее благоприятным по сравнению с ранее рассмот­ ренными (позиции I, II, III и IV). Во время вращения детали с запрессованной пористой втулкой масло, находящееся в компен­

сационном резервуаре, отбрасывается центробежной силой к его стенкам, вследствие чего нарушается контакт между наружной по­ верхностью втулки и маслом. В результате подача масла в поры прекращается. Кроме того, условия масловыделения из пор втулки на трущиеся поверхности ухудшаются за счет действия центро­ бежной силы, которая препятствует течению масла в капиллярах по направлению к центру вращения. Тем не менее при работе данного узла с остановками применение пористых втулок с ком­ пенсационными резервуарами все же оправдано, так как во время остановок происходит дополнительное пропитывание втулки мас­ лом, находящимся в резервуаре.

Условия выделения масла из пор пористой втулки при работе узлов трения с возвратно-вращательным движением также зависят от ряда факторов (см. рис. 22 и 23). Несомненно, что одним из главных факторов является температура, действие которой наряду с влиянием других факторов сказывается в условиях нестацио­ нарного температурного режима.

В дальнейшем при установившейся температуре на условия масловыделения будут влиять только количество циклов и вели­ чина угла качания (при прочих равных условиях).

С увеличением количества циклов и угла качания условия мас­ ловыделения улучшаются.

При работе узла трения с возвратно-вращательным движением зона «отрицательного» избыточного давления в зазоре возникает синхронно количеству циклов попеременно то с одной, то с дру­ гой стороны зоны «положительного» давления. Это обеспечивает подачу масла из пор втулки к трущимся поверхностям. И в этом случае наличие компенсационного резервуара для подачи масла целесообразно.

Экспериментальные исследования зоны действия и величины избыточных давлений в зазоре

Для проведения экспериментальных исследований была раз­ работана специальная установка, смонтированная на токарно-вин­ торезном станке 1К62 (рис. 25).

В шпинделе станка устанавливали экспериментальный вал и с другой стороны подпирали вращающимся центром задней бабки. На поверхности вала протачивали цилиндрические пояски одина­ кового номинального диаметра, незначительно отличавшиеся между собой величиной допуска. На рабочую часть вала уста­ навливали отдельную обойму с запрессованной в ней исследуемой втулкой. В обойме и втулке было просверлено 30 отверстий диа­ метром 0,9 мм в трех поясах по длине и по 10 отверстий в каждом поясе.

В отверстия обоймы вворачивали ниппели, соединяющие вну­ треннюю щель между втулкой и валом с помощью шлангов с бата­ рейным ртутным манометром. Нагрузочное устройство, представ­ ляющее собой двуплечий рычаг с шарнирной призмой на одном

52

конце и подвешенным грузом на другом, устанавливали в резце­ держателе суппорта. Давление в зазоре измеряли одновременно

в30 точках. С помощью батарейного манометра одновременно получали эпюру давлений в зазоре во всех трех поясах. Зазоры б

всопряжениях вал ■— подшипниковая втулка, принятые равными 0,05; 0,075 и 0,1, обеспечивали ходовую посадку по третьему классу точности. Трущиеся поверхности вала и подшипниковой втулки

обрабатывали по седьмому классу чистоты в соответствии с ГОСТ

2789—59.

«положительного» давления, достигающего 130 мм рт. ст. при за­ зоре 6 = 0,1 мм и 290 мм рт. ст. при зазоре 6= 0,05 мм.

На рис. 28 представлен график изменения величины «отрица­ тельного» давления при различных значениях би п.

Из приведенного графика видно следующее:

1.С увеличением частоты вращения величина «отрицательного» давления возрастает.

2.На интенсивность роста отрицательного давления при про­ чих равных условиях влияет величина зазора. Чем меньше зазор, тем больше величина отрицательного давления. Так, давление, равное 82 мм рт. ст., достигается при п=1000 об/мин и при зазоре

всопряжении вал — подшипник 6= 0,1 мм, в то же время этого

давления можно достичь при п=400 об/мин и при зазоре

6 = 0,05 мм.

53

Для проведения второй серии экспериментов применяли специ­ альную установку, представленную на рис. 29. На вал, закреплен­ ный на шпинделе станка, устанавливается стальная обойма с за­ прессованной в ней пористой железографитовой втулкой. На вну­

тренней поверхности обоймы прорезаются параллельно ее оси 10 несквозных канавок, равномерно распределенных по окруж­

ниппелей и резиновых шлангов соединяются со стеклянными труб­ ками, смонтированными на общем диске, закрепленном на обойме.

54

Масло подкрашивают растворяющимися в нем красителями. В каж­ дой трубке уровень масла устанавливают по шкале. По изменению уровня масла в трубках, а следовательно, по выделению масла из емкостей можно дать качественную оценку отдельным участкам

«а gg0éB

Пористость втулки составляла 25%, зазор 6= 0,05 мм. При при­ менении обоймы с частично вскрытой опорной поверхностью в зоне

55

избыточного положительного давления удалось установить, что в этой зоне масло из зазора просачивается через поры втулки и вы­ деляется на ее наружной поверхности. Такое явление наблюдалось только в пределах зоны положительного давления. В результате проведенных исследований удалось сделать следующее:

1. Установить зону действия и определить величину отрицатель­ ного давления в зазоре между валом и подшипником в зависимости

от скорости скольжения и величины зазора.

2. Построить эпюры рас­ пределения отрицательных и положительных давлений в зазоре в плоскости, перпенди­ кулярной оси вала.

Частота вращения вала,ов/мин

интенсивного масловыделения

3.Установить, что большая часть внутренней поверхности пори­ стого подшипника не является масловыделяющей. Масло выде­ ляется только в зоне отрицательного давления.

4.Подтвердить при применении обоймы с частично вскрытой

опорной поверхностью наличие перетекания масла в порах втулки из зоны положительного давления в зону отрицательного давления. Как показали опыты, этот процесс наблюдается не только при по­ даче масла извне.

Применение метода радиоактивных индикаторов для исследования процесса перетекания масла

впорах стенки подшипника

Втретьей серии экспериментов исследовался процесс перетека­ ния масла в порах стенки подшипника с помощью метода радио­ активных индикаторов.

56

В. Т. Морган и А. Камерон считают, что если пропитать пори­ стый подшипник окрашенным маслом и установить внутрь подшип­ ника кольцо из войлока, пропитанного неокрашенным маслом, то в соответствии с нагрузкой и направлением войлок начинает пропи­ тываться смазкой. Этот эффект интерпретируется как пример воз­ никновения по направлению нагрузки гидродинамического давле­ ния, превосходящего давление в ненагруженной области. Вслед­ ствие этого возникает циркуляция смазки сквозь поры стенок подшипника из области давления в ненагруженную область.

Так как при испытании не было обнаружено значительного уменьшения или увеличения количества смазки в войлочном кольце или в подшипнике, то эти авторы считают, что подшипник погло­ щал из войлока в ненагруженной части такое количество смазки, которое поглощалось войлоком из подшипника.

Из этого сделан вывод, что «в области повышенного давления

вподшипнике смазка вводится в поры под давлением, а в ненагру­ женной области она извлекается из пор для компенсации ее убыли

вобласти давления».

Несмотря на то что эксперимент, проведенный В. Т. Морганом и А. Камероном, довольно примитивен, тем не менее в какой-то степени он подтверждает наличие перетекания масла в порах стенки подшипника из области давления в ненагруженную область.

Установление количественного равновесия поглощение — от­ дача масла вызывает, вообще говоря, сомнение. И конечно, экспе­ римент с применением войлочного кольца полностью не имитирует работы пары пористый подшипник — вал. Наши предварительные эксперименты с использованием обоймы со вскрытой частью опор­ ной поверхности в зоне положительного давления наглядно пока­ зали, что в этой зоне масло из зазора вдавливается в поры втулки.

Несмотря на то что вырезанная часть обоймы значительна по размеру, выделение масла из пор со стороны наружной поверх­ ности втулки происходило только в пределах зоны положительного давления.

Для исследования процесса перетекания масла в порах стенки подшипника автором данной работы был применен метод радио­ активных индикаторов.

Выбор радиоактивного вещества в значительной степени зави­ сит от двух характеристик: во-первых, от периода полураспада

ТI

радиоактивного вещества, т. е. интервала времени — , в течение

которого распадается половина начального числа атомов, и, во-вто­ рых, от энергии радиоактивного излучения.

Если период полураспада слишком Мал, то возможности при­ менения радиоактивного вещества сильно ограничиваются.

Применение радиоактивных индикаторов, излучающих частицы очень малой энергии, требует особо чувствительных способов ре­ гистрации излучения. Известно, что активность радиоизотопов убывает с течением времени по экспоненциальному закону Nt —

= N 0e~Kx, где Nt — число радиоактивных ядер, оставшихся к моменту

57

временит,N0— число радиоактивных ядер в начальный момент вре­ мени, когда т = 0 и К— постоянная распада, характерная для дан­ ного радиоизотопа и не зависящая от изменения в химическом составе или от изменения давления и температуры в доступных измерению пределах. X имеет размерность t~l и выражается в с-1. Чем больше X, тем быстрее препарат теряет активность |33, 34].

Проведение экспериментов без поправки на период полурас­ пада может продолжаться в течение промежутка времени, по исте­ чении которого активность изотопа уменьшается на Ѳ,1% исходной величины. Этот промежуток времени

ных изотопов (меченых атомов) объективно оценить характер пе­ ретекания масла в порах стенки подшипниковой втулки при отсутствии подачи масла извне. Железографитовая втулка пори­ стостью 25% была пропитана индустриальным маслом 12 и за­ прессована в алюминиевую обойму. Размеры втулки следующие: <%і = 55 мм, dB= 45 мм, 1 — 55 мм. На наружной поверхности оббймы в средней части ее был проточен кольцевой паз такой глуби­ ны, что толщина стенки обоймы в этом месте не превышала 0,5 мм. В паз со скользящей посадкой в радиальном направлении вводи­ лось несколько держателей счетчиков. В зависимости от необходи­ мости держатели счетчиков можно установить в любом положении по окружности и на различном расстоянии друг от друга.

Всего было установлено четыре счетчика. В качестве приемника излучения был использован торцевой бета-счетчик СБТ-9 с диамет­ ром слюдяного окна 5 мм. С помощью этого счетчика были произ­ ведены измерения. В качестве источника излучения применяли радиоактивный фосфор Р32 активностью 5 мкюри. Выбор фосфора обусловлен наличием ß-излучения с энергией, удобной для регист­ рации (1,7 МэВ). Радиоактивный изотоп Р32 вводили в зазор

58

между валом и внутренней поверхностью пористой втулки. Вели­ чина энергии была вполне достаточной для регистрации ß-излуче- ния через толщину алюминиевой обоймы и толщину стенки пори­ стой железографитовой втулки, заполненной маслом. Активность измерялась на стационарной отечественной установке типа Б-2, состоящей из пересчетного прибора, источника высокого напряже­ ния, электромеханического прибора, электромеханического счет­ чика и усилительного блока.

Счетчики, изготовленные из плексигласа, закреплялись в спе­ циальных держателях и устанавливались в пазу обоймы в опреде­

59