Бабак Олег Петрович. Підвищення зносостійкості вузлів тертя шляхом застосування відцентрового змащування та мастильних канавок

Краткое описание

Бабак Олег Петрович. Підвищення зносостійкості вузлів тертя шляхом застосування відцентрового змащування та мастильних канавок : Дис... канд. наук: 05.02.04 - 2008.

Бабак О. П. Підвищення зносостійкості вузлів тертя шляхом застосування відцентрового змащування та мастильних канавок.- Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальностю 05.02.04 - Тертя й зношування в машинах. - Хмельницький національний університет, Хмельницький, 2007.
1. Вузли, що працюють у режимі гідродинамічного змащення (підшипники колінчатого і розподільного вала) під час пуску та зупинки двигуна працюють у режимі граничного змащення в умовах обмеженого доступу мастила.
2. У даній роботі пропонується подачу мастила в контакт та її відновлення виконувати за допомогою відцентрових сил, що діють на мастило, на поверхні валу при його обертанні. Розроблено елементи механіки відцентрового змащування поверхні, що включають як методику так результати визначення граничних напружень зрушення шару мастила на похилій площині та диску, що обертається.
3. Нанесення мастилоутримуючих канавок запропоновано виконувати методом накочування поверхні кульками. З метою обґрунтованого вибору режиму накочування розроблено метод розрахунку зусиль і глибини накатування на основі варіаційно-експериментального підходу.
4. Для оцінки ефективності відцентрового змащування та комбінованих профільних мастилоутримуючих канавок був розроблений метод випробувань на зношування. Сутність методу полягає у випробуваннях на зношування при змінній площадці контакту та змінному тиску з використанням на основі розв`язку зворотньої зносоконтактної задачі. Було встановлено, що застосування відцентрового змащування та профільних канавок дозволяє знизити знос поверхні в парі циліндр-площина в 1,5 - 2 рази.
5. Розроблена й реалізована методика розрахункової оцінки зносу та надійності елементів кулачкової пари тертя. Розрахункові значення ефективності канавок і відцентрового мащення стосовно до кулачків газорозподільного механізму дають зниження зносу в 2 рази і зменшення ймовірністі відмови кулачків по зносу в 2,13 рази. Для оцінки надійності використовували розподіл Ерланга 3-го порядку. Стендові випробування на знос виконані на спеціально розробленому стенді з використанням двигуна автомобіля ВАЗ. Встановлено, що знос кулачків з канавками нижче зносу кулачків без канавок в 1,46 рази.

1. Розроблено методику розрахунку параметрів руху тонкого шару мастила в мастильних канавках під дією сили ваги та відцентрових сил на поверхні тіла, що обертається. Методика розрахунку режиму змащування на поверхні включає пристрій та порядок визначення величини основної характеристики тонкого шару мастила на поверхні твердого тіла граничного напруження зрушення (tТ) матеріалу мастила. Визначено граничне напруження зрушення для деяких видів моторних мастил. Встановлено, що величина (tТ) має порядок 1 2 Па. Можливість визначення такої малої величини є перевагою розробленої методики.
2. Отримані теоретично й підтверджені експериментально залежності зусиль накатки поверхні кульками від величини заглиблення і властивостей матеріалу поверхні. Залежності отримані на основі розв‘язку контактної задачі для вдавлювання жорсткої кульки в пластично деформовану площину на основі варіаційно-експериментального методу. В основі розв`язку покладений вираз повної енергії деформування, який має екстремальні властивості. Залежність зовнішньої сили від величини заглиблення визначається з експерименту. Функція контактного тиску отримана у вигляді степеневого ряду.
Отримані залежності для визначення сили опору коченню кульки при обробці поверхні пластичним деформуванням від сили вдавлювання кульки, функції тиску під кулькою та твердості оброблюваної поверхні. Отримані залежності рекомендовано використовувати при виборі силового режиму обкочування поверхні. Проведено експериментальне визначення зусиль накатки. Порівняння розрахункових і експериментальних даних вказує на їх відповідність.
Розроблені, виготовлені і використані пристрої для накочування мастилоутримуючих канавок кульками.
3. Розроблений і використаний на практиці метод випробувань на знос за схемою циліндр-площина з визначенням параметрів моделі сталого зношування. В основу методу покладено розв‘язок зворотної контактної задачі з урахуванням зносу циліндра і площини. Рішення дозволяє при наявності залежності розміру площадки контакту від шляху тертя визначити параметриkw,mмоделі сталого зношування як для площини, так і для циліндра.
Практична реалізація методу випробувань для матеріалів кулачкових пар тертя підтвердила ефективність запропонованого методу випробувань і визначення параметрів моделі зношування. В результаті застосування методики випробувань встановлено, що в заданих умовах знос пари з чавуну СЧ-18 менше, ніж із сталі 40Х в 1,53 рази.
Для пари циліндр-площина з комбінованою канавкою за запропонованою методикою отримано зменшення зносу в 1,36-1,42 рази. Ефект пояснюється покращенням умов змащування за рахунок подачі мастила з канавки в зону контакту відцентровими силами від обертання циліндра.
4. Розроблено методику розрахунково-експериментальної оцінки зносу та надійності кулачкових пар тертя. Методика включає основні розрахункові залежності та способи визначення параметрів моделі зношування, шляхів тертя і контактних тисків. Методика оцінки надійності базується на розподілі Ерланга 3-го порядку.
Розрахунки зносу та надійності кулачків ГРМ двигунів ВАЗ для варіантів з канавками і без канавок показали, що середній знос кулачків з канавками майже в 2 рази менше зносу кулачків без канавок.
Ймовірність відмови кулачків по граничному зносу при пробігові 70 тис. км без канавок (F=0,5441) в 2,13 рази вище ймовірності відмови (F=0,2558) кулачків з канавками.
Стендові випробування показали, що на базі 1000 циклів пуску двигуна кулачки з канавкою мають знос (26 мкм), що в 1,46 рази менше зносу кулачка без канавок (38 мкм), що підтверджує висновок про ефективність застосування профільних канавок і відцентрового змащування.