WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ПУЧКОВ ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ НОВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ И ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ НАНОЖИДКОСТЕЙ

Специальность: 05.02.04 – Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново – 2007

Работа выполнена в Ивановском государственном энергетическом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Подгорков Владимир Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сизов Александр Павлович

кандидат технических наук, доцент

Лапочкин Александр Иванович

Ведущая организация: Акционерное общество «ТОЧПРИБОР» г. Иваново

Защита диссертации состоится 25 мая 2007 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.062.03 при Ивановском государственном университете по адресу: 153325, г. Иваново, ул. Ермака 39, учебный корпус №3, ауд. 459.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного университета.

Автореферат разослан « ____» _____________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Г. Наумов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Проблема повышения работоспособности резьбовых соединений в настоящее время очень актуальна, особенно для механизмов и устройств, предназначенных для работы в условиях вакуума. К резьбовым соединениям, работающих, например, в космических аппаратах должны предъявляться высокие эксплуатационные требования.

Трение в вакууме отличается от трения при атмосферном давлении. Уменьшение давления окружающей среды изменяет фрикционные характеристики материалов пары трения. В связи с этим процесс трения металлов в вакууме усложняется, коэффициент трения несколько раз больше, чем при трении на воздухе, и достигает нескольких единиц. Сложность состоит в регенерации защитных пленок на поверхности контакта трения, так как в условиях вакуума жидкие смазки испаряются, а твердые смазочные покрытия сублимируются. Удержать смазочный материал в зоне контакта трения деталей в условиях вакуума крайне сложно.

Так же следует отметить, что резьбовые соединения, работающие в условиях ограниченной смазки, повышенной влажности или загрязненности, часто теряют свою подвижность из-за окисления поверхностей витков резьбы. В условиях сильного грунтового загрязнения грязь забивает зазор между витками наружной и внутренней резьбы, вытесняет из зазора смазочный материал и вызывает резкое возрастание коэффициента и момента трения в резьбовом соединении, что приводит к неподвижности резьбового соединения и делает его неразъёмным. Случаи сильного загрязнения и потери подвижности резьбовых соединений часто наблюдаются при работе землеройной, крановой и другой строительной техники.

Поэтому возникает необходимость повышения работоспособности резьбовых соединений, предназначенных для работы в тяжелых условиях. Повышение надёжности резьбовых соединений может быть обеспечена на основе применения магнитных жидкостей в качестве смазки и принудительного удерживания их в зоне контакта трения постоянным магнитным полем.

Цель работы. Целью настоящей работы является повышение работоспособности резьбовых соединений, предназначенных для работы в тяжелых условиях, на основе применения новых конструктивных решений и магнитоуправляемых наножидкостей в качестве смазочного материала.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

  1. Проведен анализ современного состояния вопроса по трибологической безопасности существующих резьбовых соединений.
  2. Разработаны конструкции трибологически безопасных резьбовых соединений, предназначенных для работы в тяжелых условиях (в вакууме, сильного грунтового загрязнения и обледенения резьбы, в условиях повышенной влажности), а также резьбовое соединение для равномерного нанесения смазки на ходовые винты.
  3. Сконструированы и изготовлены следующие экспериментальные установки: трибометрический стенд рычажного типа для измерения трения в резьбовых соединениях, оцениваемое величиной момента трения, возникающего при отвинчивании винта; устройство маятникового типа для экспресс оценки момента, силы и коэффициента трения в паре трения из различных материалов (маятник Фруда- Подгоркова).
  4. На основании исследований разработаны оптимальные магнитные системы для резьбовых соединений «открытого» и «закрытого» типов. Установлено, что данные магнитные системы обеспечивают наилучшее распределение магнитной смазки по резьбовым поверхностям, что в свою очередь приводит к снижению величин моментов трения, возникающих в резьбовых соединениях при их работе.
  5. Исследовано влияние напряженности магнитного поля на смазочное действие магнитоуправляемой смазки.
  6. Исследовано влияние окружающей среды на трибологические характеристики резьбовых соединений.

Объекты и методы исследования. Основным объектом исследований явились трибологические характеристики, разработанных резьбовых соединений. Теоретические исследования проводились на основе метода конечных элементов. Экспериментальные исследования выполнены на специальных трибометрических стендах. Для обработки и анализа данных экспериментов широко использовалась ЭВМ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. Исследовано влияние конфигурации магнитной системы резьбового соединения на распределение магнитоуправляемой смазки по резьбовой поверхности. Установлена взаимосвязь между параметрами магнитного поля и трибологическими характеристиками резьбового соединения.
  2. Разработано устройство маятникового типа для экспресс оценки коэффициента, момента и силы трения в паре трения из различных материалов (маятник Фруда - Подгоркова, Патент РФ №54433).
  3. Разработаны новые конструкции трибологически безопасных резьбовых соединений (Патенты РФ: №52619, №58640, №52622, №56527), предназначенные для работы в тяжелых условиях (в вакууме, при сильном грунтовом загрязнении резьбы, при обледенении резьбы, в условиях повышенной влажности).

Практическая ценность работы. Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили:

  1. Сконструировать триметрический стенд маятникового типа под названием маятник Фруда – Подгоркова, которое может применяться для экспресс оценки трибологических характеристик (коэффициента, момента и силы трения) пары трения из различных материалов.
  2. Разработать рациональные конструкции трибологически безопасных резьбовых соединений, которые могут использоваться в устройствах и механизмах, предназначенных для длительной работы в тяжелых условиях. Результаты исследований могут быть использованы для проектирования подобных устройств, для конкретных условий их применения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на межвузовском семинаре «Физика, химия и механика трибосистем» (Иваново, 2005, 2006), на 1-ом международном научно—практическом семинаре «Техника и технологии трибологических испытаний» (г. Иваново, 2006 г.); на Х Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2006 г.); на региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Электромеханика» (г. Иваново, 2006 г.); на Международной научно-практической конференции «Автоматизированная подготовка машиностроительного производства, технология и надёжность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2005 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе получено 5 Патентов РФ на полезные модели и 1 Патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 91 наименования и приложений. Содержит 188 страниц машинописного текста, 72 рисунка и 24 таблицы.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель диссертационной работы, научная новизна и практическая ценность поставленных задач.

В первой главе содержится литературный обзор о состоянии и проблемах трибологической безопасности резьбовых соединений в условиях вакуума (Космоса). Рассмотрены свойства, состав и области применения постоянных магнитов, твердосмазочных материалов, магнитных жидкостей и сталей 45 и 12Х18Н10Т.

Рассмотрены причины потери подвижности резьбовых соединений в зависимости от условий, в которых они работают. Выявлено, что основной причиной потери подвижности резьбовых соединений является деформация и окисление витков резьбы. Также снижение подвижности резьбовых соединений может быть вызвано удалением смазки из зоны трения, загрязнением витков резьбы частицами грунта и др.

Проблема использования резьбовых соединений в условиях вакуума (Космического) заключается в том, что они часто теряют свою подвижность из-за адгезионного взаимодействия трущихся частей, влияния вакуума, невесомости, воздействия радиации, сублимации смазочного материала, теплонапряженности, высокого градиента температур, космической радиации, влияния микрометеоритов, действия вибрационных и ударных нагрузок, сложности применения жидких масел. Актуальность проблемы безотказной работы пар трения винт-гайка при длительной работе в Космосе возрастает в связи с созданием сборных конструкций типа МКС, долговременно функционирующих в открытом космосе.

В работе рассмотрены основные параметры метрических резьб, которые позволили при расчетах получить точную картину микроградиентного распределения магнитного поля по профилю витков резьбы.

Анализ существующих смазочных материалов позволил сделать вывод, что существующие жидкие смазки и твердые смазочные покрытия очень сложно удержать на поверхности трения контактирующих деталей, работающих в условиях вакуума. Это связано с трудностью регенерации защитных пленок на поверхности трения, испарения жидкой смазки и сублимации твердых смазочных покрытий. По этой причине использование обычных смазочных материалов в устройствах, предназначенных для работы в условиях вакуума становится не эффективным. Поэтому перспективным направлением в решении этой проблемы является применение магнитоуправляемой смазки, которую можно принудительно удерживать в зоне контакта трения постоянным магнитным полем.

Изучению вопросов нетрадиционного применения магнитных жидкостей т.е. в качестве смазочных материалов посвящены работы Орлова Д.В., Лурикова П.А., Болотова А.Н., Павлова В.Г., Подгоркова В.В и др.

В работе описаны структура, свойства, состав и условия применения магнитоуправляемых наножидкостей. Отличительной особенностью магнитных жидкостей от любых других видов смазок является свойство их магнитовосприимчивости. Под влиянием магнитного поля они могут перемещаться в зону наибольшей его напряженности, удерживаться в ней и образовывать в зоне трения смазочные слои и пленки. Магнитные жидкости макроскопически однородны, не расслаиваются в магнитных и гравитационных полях неограниченное время.

Рассмотрены свойства постоянных магнитов, которые используются в резьбовых соединениях в качестве источника постоянного магнитного поля. Выявлены достоинства и существенные недостатки у каждого типа магнитов и области их применимости.

На основании литературного обзора обоснована актуальность, поставлены цели и задачи исследований.

Во второй главе приводятся теоретические исследования по разработке конструкций трибологически безопасных резьбовых соединений и трибометрических стендов для исследования трибологических характеристик резьбовых соединений.

Вводится классификация конструкций разработанных резьбовых соединений, согласно которой все резьбовые соединения по расположению магнитной системы можно условно разделить на соединения «открытого» и «закрытого» типов.

Разработаны конструкции резьбовых соединений для работы в тяжелых условиях: в условиях вакуума, сильного грунтового загрязнения и обледенения резьбы, повышенной влажности. На все разработанные резьбовые соединения (кроме «резьбового соединения с грязесъемником») получены Патенты РФ: устройство для смазывания ходовых винтов (Патент РФ №56527)сущность: конструкция соединения позволяет устанавливать его в любом месте ходового винта без разборки узлов его крепления и повышает качество нанесения смазки на ходовой винт; резьбовое соединение для механизмов, работающих в условиях сильного грунтового загрязнения (Патент РФ №58640) сущность: конструкция соединения содержит элемент «Нож», рабочая часть которого точно повторяет профиль канавки между витками резьбы винта, что позволяет в процессе его движения вычищать канавку между витками резьбы от грунтового загрязнения, что препятствует попаданию загрязнения в зазор резьбового соединения и вытеснению из него смазки; трибологически безопасное открытое резьбовое соединение (Патент РФ №52619)сущность: конструкция данного резьбового соединения работает по принципу магнитожидкостного уплотнения; штуцер проходной (Патент РФ №53622) сущность: магнитная жидкость в зазоре резьбового соединения обеспечивает его герметичность (отсутствие воздушных полостей на вершинах и впадинах витков) и тем самым препятствует попаданию в полость штуцера инородных сред; трибологически безопасное резьбовое соединение (Патент РФ №21079).

Описана конструкция каждого устройства и его принцип работы. Повышение работоспособности всех разработанных конструкций резьбовых соединений основано на принципе применения магнитоуправляемой жидкости в качестве смазочного материала. Магнитная жидкость принудительно удерживается в зоне контакта трения витков резьбы постоянным магнитным полем, что обеспечивает снижение моментов трения в резьбовых соединениях при работе в тяжелых условиях. Источником магнитного поля являются постоянные магниты, установленные в теле винта (гайки). Разработана конструкция трибометрического стенда рычажного типа для исследования трения в резьбовых соединениях. Данное устройство позволяет измерять величину момента трения, возникающего в резьбовом соединении при отвинчивании винта (гайки). Для создания первоначального нормированного момента затяжки резьбы использовалась следующая зависимость:

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»