WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Мзатяжки=mгр•L•10 (Н•м), где (1)

mгр – масса груза, кг;

L – длина основного плеча штанги (L=1 м).

Приведена конструкция и описан принцип работы трибометрического стенда маятникового типа для экспресс измерения момента, силы и коэффициента трения в паре трения, состоящей из различных материалов. На данное устройство (маятник Фруда – Подгоркова) получен Патент РФ № 54433. Преимущество использования маятника Фруда – Подгоркова перед другими трибометрическими устройствами: простота и ясность оценки получаемых результатов измерений; для применения устройства не требуется дополнительной энергии и сложных устройств.

В третьей главе приведены результаты поиска рациональных конструкций резьбовых соединений численными методами. Анализ результатов моделирования магнитных полей позволил найти рациональные магнитные системы для резьбовых соединений. Применение таких магнитных систем может обеспечить меньшие величины моментов трения в резьбовых соединениях, за счет наилучшего распределения магнитной смазки по поверхности резьбы. Исследования проводились с использованием пакета программ, реализующего метод конечных элементов для расчета магнитных полей.

Основными результатами расчета магнитного поля являются распределение магнитной индукции и картина магнитного поля в зазоре резьбового соединения. По этим параметрам расчета, проведен анализ рациональности магнитной системы резьбового соединения. Рациональность магнитной системы оценивалась величиной магнитной индукции в зазоре резьбового соединения, удерживающей МЖ на контактных поверхностях трения витков резьбы.

При расчетах принималось, что источниками магнитного поля являются постоянные магниты на основе сплава неодим-железо-бор марки N35S с коэрцитивной силой 880 кА/м. При выполнении расчетов было учтено наличие воздушной области в торцевой части винта, образующейся при нарезании резьбы метчиком в глухом отверстии, имеющим сбег резьбы, на котором витки резьбы имеют неполный профиль.

Эта воздушная область оказывает влияние на замыкание магнитного потока на торце винта по причине низкой магнитной проницаемости воздуха. Также, чтобы учесть падение магнитной индукции по профилю резьбы, вследствие наличия воздушных зазоров между витками резьбы, вдоль резьбы предусмотрена эквивалентная немагнитная область высотой 0.02 мм. Для всех рассмотренных вариантов конструкций магнитных систем выполнялось условие, что каждый постоянный магнит, установленный в теле резьбового соединения намагничен в осевом направлении. Для каждого варианта конструкции магнитной системы производилось два расчета: 1 – в случае, когда резьбовое соединение «открытого» («закрытого») типа находится в немагнитной среде (вакуум, воздух); 2 – в случае, когда соединение «открытого»(«закрытого») типа окружено магнитопроводящими деталями.

В результате проведенных исследований были рассмотрены все возможные варианты конструкций магнитных систем. Из них оказались не рациональными следующие варианты: 1- при расположении одного постоянного магнита в осевом отверстие винта в его торцевой части. В этом случае наблюдаются значительные потоки рассеяния на торце винта, а максимальное значение величины магнитной индукции находится на торцевой поверхности винта; 2 – при расположении одного постоянного магнита с дополнительным магнитопроводом в осевом отверстие винта в его торцевой части. В этом случае область максимальной индукции расположена лишь в непосредственной близости от магнита; 3 – когда стержень винта с осевым отверстием намагничен в радиальном направлении. В этом случае величина магнитной индукции в зазоре резьбового соединения будет составлять менее 0.01 Тл. 4- при установке в отверстие такого винта проставки в качестве дополнительного магнитопровода также не дает положительного результата; 5 – при установке в осевое отверстие винта 4-х магнитов через проставки в виде колец из немагнитного материала. Проставки необходимы для придания магнитам определенного положения в теле винта. Недостаток конструкции данной магнитной системы заключается в том, что величина напряженности магнитного поля на торцевой поверхности винта, больше чем на резьбовой. Также были рассмотрены и другие варианты конструкций магнитных систем, которые оказались не рациональными.

Рациональная конструкция магнитной системы представлена на рис. 1. Монолитная проставка необходима для снижения напряженности магнитного поля на торцевой части винта, так как линии магнитной индукции пронизывающие торец винта являются паразитными. Для наилучшего использования энергии постоянных магнитов они установлены одноименными полюсами по направлению к друг другу. Из графика на рис. 1-б видно, что напряженность магнитного поля в зазоре резьбового соединения составляет 0,35-0,4 Тл, а на торцевой поверхности до 0.3 Тл. Данной величины напряженности магнитного поля достаточно для удерживания магнитной жидкости в зазоре резьбового соединения в вакууме.

а)

б)

в)

Рис. 1. Винт с отверстием, и помещенными внутрь постоянными магнитами. Проставки магнитные. Винт ввернут в магнитную деталь: 1 винт; 2 деталь; 3 магниты постоянные; 4 линии магнитной индукции; 5 проставка -кольцо; 6- проставка цилиндр; 7-полость воздушная.

а картина распределения магнитного поля; б распределение магнитной индукции вдоль рабочей поверхности винта; в распределение магнитной индукции по торцевой поверхности винта.

Выполнен магнитный расчет для штуцера проходного. Штуцер относится к резьбовому соединению «закрытого» типа и его резьбовую часть можно рассматривать как участок резьбовой поверхности трибологически безопасного винта. В связи с этим картина распределения магнитной индукции в зазоре соединения сходна с картиной распределения магнитного поля в зазоре винт-гайка.

Для поиска рациональной конструкции резьбового соединения «открытого» типа также рассмотрены различные варианты расположения магнитной системы и найдена рациональная конструкция. Во всех рассмотренных ниже вариантах гайка имеет следующую конструкцию: тело гайки состоит из двух одинаковых половинок, выполненных из магнитного материала, между которыми установлен постоянный кольцевой магнит. Для выполнения расчетов рассмотрен случай, когда резьбовое соединение представляет собой гайку, навернутую на винт, который ввернут в деталь из магнитного (или немагнитного) материала.

Не рациональными оказались следующие варианты: 1 – когда в теле гайки установлен кольцевой магнит из группы ферритов; 2- когда объем магнита на основе сплава NdFeB уменьшен в два раза по сравнению с первоначальным размером; 3- при увеличении внутреннего диаметра кольцевого магнита на 6 мм; 4- при использовании в конструкции дополнительного магнитопровода, что приводит к насыщению стали и расслаиванию магнитной жидкости; 5- при вынесении магнитной системы за пределы тела гайки и другие.

Рациональная конструкция была получена, когда между магнитными половинками корпуса гайки был установлен слой магнитного изолятора. Этот слой необходим для создания области с низкой магнитной проницаемостью. В этом случае основная часть магнитного потока от постоянного магнита проходит через тело винта, а не через тело гайки. В такой конструкции величина напряженности магнитного поля в зазоре соединения составляет 0.2-0.25 Тл., а на внешней поверхности гайки 0.05-0.1 Тл, что обеспечивает надежное удерживание, нанесенной магнитной жидкости в рабочем зазоре резьбового соединения в условиях вакуума.

В результате поиска рациональной конструкции магнитной системы для резьбовых соединений «закрытого» типа установлена следующая зависимость: уменьшение величины магнитной индукции в зазоре резьбового соединения при нахождении его в немагнитной среде (на воздухе, в вакууме) связано с тем, что магнитная проницаемость тела винта приближается к магнитной проницаемости окружающей среды. Поэтому основной магнитный поток, от магнита, окруженного средой (или материалом) с низкой магнитной проницаемостью стремиться замкнуться по кротчайшему пути в непосредственной близости от источника магнитного поля. В том случае, когда немагнитный винт ввернут в деталь из магнитного материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью, основной магнитный поток, замыкается через магнитную деталь и лишь незначительная часть магнитного протока через тело винта.

Исследовано распределение магнитной индукции по профилю метрической резьбы. Для расчетов были применены параметры профиля витка метрической резьбы М20 с шагом 2мм. Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы: В случае, когда винт окружен немагнитной средой (вакуум, воздух), линии магнитной индукции концентрируются у вершин профиля резьбы. Напряженность магнитного поля на вершинах витков достигает значений до 1.5 Тл, а во впадинах 0,5 Тл. Таким образом, градиент магнитного поля будет направлен к вершинам профиля, поэтому именно в этой области и будет концентрироваться, нанесенная магнитная жидкость. В случае, когда винт ввернут в деталь из магнитного материала, то области с низкой магнитной проницаемостью (воздушные зазоры) имеются лишь на выступах и впадинах витков резьбы. В этом случае основной магнитный поток проходит через боковые поверхности профиля вершины зубца. Поэтому, нанесенная магнитная жидкость будет концентрироваться на боковых поверхностях витков резьбы, так как в этом месте реализуется наибольшая напряженность магнитного поля.

Исследовано влияние материалов постоянных магнитов на магнитные характеристики трибологически безопасных резьбовых соединений «закрытого» типа. Для расчетов выбраны 4 типа постоянных магнитов: самарий- кобальт S24H с Hcj=1441 кА/м, неодим- железо- бор N34A и N50 с Hcj=2706 кА/м и Hcj=880 кА/м соответственно, альнико А5.05В с Hcb=147 кА/м, ферритовый F3.2С с Hcj=380 кА/м. При одинаковых параметрах системы получены идентичные картины распределения магнитного поля в резьбовом соединении «закрытого» типа с различными магнитами. Результаты расчетов выявили, что материал постоянного магнита не влияет на картину распределения магнитной индукции. Установлено, что существует прямая зависимость коэрцитивной силы магнита и создаваемой им напряженности магнитного поля в зазоре соединения. Выявлено, что наилучшими магнитами для создания магнитных систем в резьбовых соединениях являются магниты из группы «закритических» на основе сплавов самарий-кобальт и неодим-железо- бор.

Измерена реальная напряженность магнитного поля в зазоре резьбового соединения «закрытого» типа М20х2 при помощи тесламетра ПИЭ МГ Р-2. Напряженность магнитного поля в зазоре резьбового соединения распределена неравномерно, а её значения колеблются в интервале 0,19-0,26 Тл.

Рассчитаны прочностные характеристики стержня винта М20х2 с осевым отверстием 10 мм при различных видах нагружения. Потеря прочности стержня винта с осевым отверстием оценивалась относительно прочности стандартного винта М20х2, прочность которого взята за 100%. Винт м20х2 с осевым отверстием 10 мм теряет 30% прочности при растягивающей нагрузке и 25% прочности при нагрузке на срез. При действии нагрузки на смятие на стержень винта с отверстием он не будет уступать по прочности стандартному винту. Снижение прочности стержня винта с осевым отверстием частично может компенсироваться облегченными условиями работы резьбового соединения или за счет уменьшения диаметра осевого отверстия и установки в винт более мощного магнита.

Выполнен расчет и экономическое обоснование себестоимости изготовления резьбового соединения «закрытого» типа.

В четвертой главе изложены результаты исследования работоспособности резьбовых соединений.

Сравнительными исследованиями установлено, что резьбовые соединения, выполненные из стали 12Х18Н10Т обладают лучшими трибологическими характеристиками, чем образцы из стали 45 (рис. 2).

Исследовано влияние смазочной способности магнитной жидкости на основе ПЭС-5 в среде вакуума и нормального атмосферного давления на момент трения в резьбовых соединениях. Установлено, что МЖ на основе ПЭС-5 надёжно удерживается в зазоре резьбового соединения, как в условиях вакуума, так и при атмосферном давлении и способствует снижению момента трения в резьбовых соединениях за счет образования на контактах трения смазочных слоёв и пленок (рис. 2). Об этом свидетельствует неизменность моментов трения в резьбовых соединениях до и после выдержки резьбового соединения в вакууме.

Рис. 2. Величины моментов трения в резьбовых соединениях, изготовленных из стали 45 и 12Х18Н10Т:

А момент трения в резьбовых соединениях в среде атмосферного давления;

Б момент трения в резьбовых соединениях после выдержки в вакууме.

Рис. 3. Зависимость момента трения в резьбовом соединении с МЖ на основе ПЭС-5 от материала постоянных магнитов.

Описаны возможные причины изменения величины моментов затяжки винта и моментов трения, возникающих при его отвинчивании. Выявлено, что увеличение крутящего момента при отвинчивании винта связано с деформацией витков резьбы, их окислением, а также со старением, засорением и высыханием смазки. Уменьшение величины момента отвинчивания винта по сравнению с моментом затяжки происходит по причине сглаживания микронеровностей на поверхности витков резьбы и увеличения твердости их поверхностных слоев в результате пластической деформации при трении с другими элементами резьбового соединения.

Pages:     | 1 || 3 |






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