2890

где n, обс - скорость скольжения; d, мм – диаметр вала.

По условию [2] подшипник должен работать без смазки, что и имеет место в данном случае.

Затем устанавливается температурное поле в подшипнике. В начале определяем мощность теплового потока в единицу времени на поверхности контакта вал – втулка по формуле:

k=0,7 учитывает прерывистый цикл работы шарнирных соединений лесных манипуляторов;

Вт

7,5 м2 - коэффициент теплообмена от стали к воздуху

в зависимости от влажности;

D1, мм – наружный диаметр корпуса; k0 – коэффициент взаимного перекрытия.

где D, мм – внутренний диаметр корпуса.

Рабочая температура корпуса устанавливается по формуле:

173

Средняя температура втулки будет равна:

Для определения рабочей температуры шарнирных соединений с антифрикционными втулками из пластика АМАН – 13 исходные данные будут такими же, что и в случае с ЭСТЕРАНом – 29, за исключением коэффициента разделения потоков тепла

Результаты расчета рабочей температуры рассматриваемых шарнирных соединений с антифрикционными пластиками ЭСТЕРАН – 29 и АМАН – 13 представлены, соответственно, в таблицах 1 и 2.

174

Таблица 2. Рабочая температура шарнирных соединений с пластиком

АМАН – 13.

Как видно из таблиц 1 и 2 рабочая температура шарнирных соединений с антифрикционными пластиками ЭСТЕРАН – 29 и АМАН –13 находится в пределах 30…600С. Это не превышает критического значения температуры для этих пластиков, при которой они начинают плавиться.

Экспериментальные исследования температуры трения были проведены на стенде и по методике, представленной в работах [3;4;5]. В данных исследованиях определялась температура трения при различных значениях нагрузки и скорости скольжения. Исходя из нагрузочно – скоростных режимов работы реальных шарнирных соединений манипуляторов были выбраны следующие нагрузочно – скоростные режимы экспериментов: V=0,08…0,13 м/с; Р= 0,8…2,65 Мпа; в случае динамического нагружения частота действия динамической нагрузки принимается =10 Гц. Полученные

результаты исследований были сведены в таблицы 3 и 4, для сравнения представлены результаты исследований пластика ВИЛАН – 9.Графическое изображение зависимости температуры трения от скорости скольжения и удельной нагрузки при статическом и динамическом нагружении представлено на рис. 1 и 2.

175

Таблица 3. Зависимость температуры трения от удельной нагрузки и скорости

скольжения при статическом нагружении.

Как показывают данные исследований, увеличение скорости скольжения и удельной нагрузки приводит к возрастанию температуры вблизи поверхности трения. Из рис. 1 и 2 видно, что кривые, характеризующие температуру вблизи поверхности трения, при динамическом нагружении на несколько градусов выше, чем при статическом нагружении, это говорит о том, что динамическое нагружение

Таблица 4. Зависимость температуры трения от удельной нагрузки и скорости

скольжения при динамическом нагружении.

176

177

интенсифицирует процессы, повышающие рабочую температуру узла трения. Характер изменения температуры, при динамическом и статическом нагружении, в принципе, одинаков. С увеличением нагрузки и скорости скольжения – увеличивается температура вблизи поверхности трения. Кривые температуры при скорости скольжения 0,8 м/с лежат ниже, чем при скорости скольжения 0,13 м/с, причем во всех случаях кривая, характеризующая температуру трения ВИЛАНа – 9 располагается выше, чем кривая, характеризующая температуру трения ЭСТЕРАНа – 29, а та, в свою очередь, выше кривой, характеризующей температуру трения АМАНа – 13. Это объясняется индивидуальными особенностями состава пластиков (марка связующего, процентное отношение

178

связующего и наполнителя). В целом же, при повышении скорости скольжения температура вблизи поверхности трения увеличивается.

В ходе проведенных исследований был получен диапазон рабочих температур вблизи поверхности трения антифрикционных пластиков ВИЛАН – 9,ЭСТЕРАН – 29 и АМАН – 13, составляющий 37…610С. Такие значения температуры находятся в зоне допустимых рабочих температур для этих пластиков и находятся далеко от верхней границы этого диапазона, который для разных пластиков составляет 170…3000.

Основываясь на проведенных теоретических и экспериментальных исследованиях, можно сделать вывод, что антифрикционные пластики типа АМАН с точки зрения рабочих температур вблизи поверхности трения вполне работоспособны в качестве антифрикционного материала в шарнирных соединениях манипуляторов.

Литература:

1.Шевченко В.П. Восстановление шарнирных соединений лесосечных машин электродуговой металлизацией. Автореф. дисс.

…канд. техн. наук. Химки 1986. 20 с.

2.Ремизов Д.Д. Пластмассовые подшипниковые узлы. Харьков. 1982. 176 с.

3.Смогунов Н.С., Серебрянский А.И., Рубахин В.И. Экспериментальная установка для исследования подшипников скольжения, работающих в условиях реверсивного трения. ВИНИТИ. № 3576 – И98, 6 с.

4.Смогунов Н.С., Серебрянский А.И. Установка для исследования шарниров манипуляторов. В кн. Рациональное использование ресурсного потенциала в агропромышленном комплексе. Тезисы докладов Всероссийской научно – технической конференции. Воронеж 1998. с. 41.

5.Смогунов Н.С., Милых Н.И., Серебрянский А.И. Лабораторный стенд для исследования подшипников скольжения. В кн. Теория и практика машиностроительного оборудования. Тезисы докладов Четвертой региональной межвузовской конференции. Выпуск 4. Воронеж 1999.

179

УДК 630.323.113

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ФАКТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН НАПРЯЖЕНИЙ В ШАРНИРАХ C МАЛОЙ СКОРОСТЬЮ СКОЛЬЖЕНИЯ

Серебрянский А.И., Гурьев Ю.Т.

Изложена методика определения фактических величин напряжений в шарнирных соединениях с малой скоростью скольжения. В качестве примера представлены некоторые результаты расчетов.

В промышленности нашло широкое применение манипуляторное технологическое оборудование. Шарнирные соединения манипуляторов, вследствие высоких напряжений, выходят из строя. Для того, что бы повысить рабочий ресурс шарниров предлагается металлический антифрикционный материал заменить, на самосмазывающиеся антифрикционные пластики, а именно, применять ЭСТЕРАН – 29 и АМАН - 13 [1;2;3]. Так как, изменен антифрикционный материал в шарнирах манипуляторов то процесс трения и изнашивания будет происходить несколько иначе, чем в исходных шарнирных соединениях. Поэтому необходимо определить действительную величину фактора, имеющего наибольшее влияние на величину износостойкости – удельного давления Р с учетом проведенных изменений в шарнирных соединениях.

Расчет величин удельных давлений проводится с учетом рекомендаций Добычина М.Н. [4] и используются рекомендации, предложенные в [5;6].

Для определения величины среднего удельного давления Рср воспользуемся решением Г. Герца для внутреннего касания цилиндров, если выполняется условие:

где

R 103 (2)

l E1

180

где R, кН – расчетная нагрузка, действующая на подшипник; Е1, Мпа – модуль упругости пластика; l, мм – длина

антифрикционных втулок подшипника скольжения; - зазор сопряжения, предварительно принимается равным 0,4 мм.

где R, мм = внутренний радиус втулки; l, мм – длина подшипника скольжения.

181

Среднее давление на контакте определяется по формуле:

Далее необходимо уточнить размеры подшипника по найденному удельному давлению, при этом нужно, что бы соблюдалось неравенство:

P

При этом, учитывается, что размерность d и l не ―см‖, а ―мм‖,

кгс

размерность Р не ―кгс‖, а кН и размерность Рср не ― см2 ‖,а ―МПа‖.

Если условие выполняется, то необходимость в корректировке размеров конструктивных составляющих подшипника скольжения отпадает.

Результаты расчетов максимального давления в центре дуги

контакта Рm и среднего давления на контакт Р во всех рассматриваемых шарнирных соединениях для ЭСТЕРАНА – 29 сведены в таблицу 1, для АМАНА – 13 – в таблицу 2.

Результаты таблицы 1 получены при постоянных значениях

рассматриваемых шарнирных соединений, значениях Р, кН; l, мм и r1,мм. Результаты таблицы 2 получены при постоянных значениях

Е1=2450 МПа, =0,4 мм, Е2=210000 МПа, 1=0,335, 2=0,29, n0 =0,543 и индивидуальных, для каждого из рассматриваемых

шарнирных соединений, значениях Р, кН; l, мм и r1,мм.

Таким образом, значения, представленные в таблицах 1 и 2 характеризуют реальные давления в шарнирных соединениях лесных манипуляторов с антифрикционными пластиками ЭСТЕРАН

– 29 и АМАН -13. Эти значения давлений отличаются от давлений, которые возникают в шарнирах при использовании антифрикционных сталей, чугунов и бронз, они меньше. Уменьшение значений удельных давлений, по сравнению с прототипом, объясняется тем, что пластики более мягкие

182