В статье рассматривается проблемы нагрузок на подшипники и метод повышения устойчивости подшипников применяя примеси биметаллических материалов.
Ключевые слова: машиностроение, детали машин, подшипники, нагрузки и устойчивость, биметаллический материал.
Главной особенностью подшипников коленчатого вала транспортных дизелей является то, что они работают в условиях динамических деформаций шеек вала и вкладышей под действием знакопеременных меняющихся нагрузок. Так, например, изменение диаметрального размера подшипника при действии максимальных сил инерции превышает половину величины рабочего зазора. Радиальная деформация эквивалентна динамическому изменению кривизны рабочей поверхности подшипника. Это, как правило, приводит к увеличению толщины масляного слоя и, следовательно, к повышению запаса несущей способности подшипника; с другой стороны, вызывает дополнительные динамические напряжения в материале антифрикционного слоя, снижающие запас усталостной прочности. Силы гидродинамического давления и деформация изгиба кривошипной головки шатуна создает в материале антифрикционного слоя подшипника сложное напряженное состояние. Силы давления вызывают знако-постоянные пульсирующие напряжения сжатия, деформация изгиба — появление тангенциальных знакопеременных напряжений. Таким образом, антифрикционный слой испытывает плоское напряженное состояние, компоненты которого изменяются во времени по сложным законам [4].
В этом случае наступление опасного состояния антифрикционного материала подшипника может быть вызвано различными значениями главных напряжений в зависимости от их взаимосвязи между собой. Каждой взаимосвязи будут соответствовать определенные опасные значения главных напряжений, при которых наступит опасное состояние антифрикционного материала, связанное с возникновением больших начальных остаточных напряжений или поверхностных усталостных трещин. Появление последних вызывает качественно иные гидродинамические силы, создающие расклинивающий эффект, ускоряющий процесс разрушения подшипника.
Антифрикционные материалы на основе меди получили широкое распространение в связи с их высокими антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, электропроводностью. Это графитовые и бронзографитовые материалы на основе высоко-оловянистых и свинцовистых бронз. Их применяют в узлах трения машин и механизмов в электротехнике в качестве скользящих токосъемных контактов. Наибольшее распространение получили материалы на стальной подложке с напеченным бронзовым слоем, пористая бронза, пропитанная смазкой и бронзографитовые материалы [2,3].
Свинцовистые бронзы являются мягким антифрикционным материалом с хорошей прирабатываемостью и относительно низкой несущей способностью, которая значительно повышается при нанесении тонкого слоя материала на стальную подложку. Сплавы на медно-свинцовой основе предназначены для работы в масле, но в случае прекращения подачи смазки роль последней начинает выполнять свинец, который покрывает пленкой поверхность контртела. Изделия из них изготовляются в виде тонкостенных вкладышей, у которых антифрикционный слой нанесен на стальную подложку напеканием, накатыванием, пропиткой и другими методами. Для улучшения свойств антифрикционных материалов в состав последних вводят компоненты, образующие мягкую структурную составляющую, например, свинец, а также твердые смазки, такие, как графит, так как он вводится наиболее просто и дешево. Для повышения несущей способности в материалы добавляют фосфаты или сульфаты железа, сульфиды марганца, гексагональный нитрид бора [1].
Подшипники из углеграфитовых материалов изза малого износа с достаточно низким коэффициентом трения, высокой теплостойкости и теплопроводности, повышенной коррозионной стойкости получили распространение в различных областях машиностроения. Графитовые подшипники способны работать в агрессивных средах с плохой смазывающей способностью: в нефтепродуктах, морской воде, сжиженных газах, в кислотах и щелочах [1].
Биметаллический материал для подшипников скольжения состоит из металлической основы с нанесенным антифрикционным слоем на основе меди, содержащем олово, свинец и графит при следующем соотношении компонентов антифрикционного слоя, мас. %: олово 3,73,9; свинец 13,8, 14,4 графит 1,71,9; медь остальное.
Пример. Биметаллический материал для подшипников скольжения изготавливают следующим образом.
На внутреннюю поверхность металлического корпуса наносят антифрикционный слой из порошковой смеси, содержащей олово, свинец, графит и медь. Порошковую смесь напрессовывают на внутреннюю поверхность металлического корпуса и спекают в контейнере в среде природного газа. Подшипник устанавливают с натягом в поршневую головку шатуна, а отверстие в подшипнике окончательно формируют пропусканием через него пуансона. При этом происходит уплотнение антифрикционного слоя, уплотнение пор на его поверхности, достигается необходимая чистота микрогеометрии поверхности и стабильность геометрических размеров [1,2].
Несущую способность подшипника скольжения оценивают по минимальной толщине масляного смазочного слоя ݄мин и запасу несущей способности
Таким образом, постоянно развивающаяся подшипниковая промышленность стимулирует создание новых, нужных ей порошковых материалов. Их применение позволит значительно снизить массу изделий, повысить их качество и эксплуатационную надежность, сократить расход цветных металлов и легированных сталей.
Литература:
- Кузьмин А. В. и др. Расчеты деталей машин: Справ.пособие/А. В. Кузьмин, И. М. Чернин, Б. С. Козинцов.— 3-е изд., перераб. и доп.— Мн.: Высш. шк., 2006. 400 с.
- Ряховский О.А «Детали машин». М.: Изд-во МГТУ 1999
- Разумов, М. С. Повышение производительности формообразования многогранных наружных поверхностей посредством планетарного механизма [Текст]: автореферат дисс. канд. техн. наук / М. С. Разумов. — Курск. — 2011. — 18 с.
- Электронный ресурс, режим доступа http://studopedia.net/10_164951_lektsiya-planetarnie-i-volnovie-peredachi.html
