Автореферат (Разработка метода обеспечения работоспособности винтовых сопряжений с твердосмазочными покрытиями)

На правах рукописиМЕДИНЦЕВ Станислав ВикторовичРАЗРАБОТКА МЕТОДА ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИВИНТОВЫХ СОПРЯЖЕНИЙ С ТВЕРДОСМАЗОЧНЫМИПОКРЫТИЯМИСпециальность: 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и деталимашинАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукТверь – 2018ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В машинах и механизмах распространѐннымиэлементами являются винтовые передачи и резьбовые сопряжения снанесенными на рабочие поверхности твѐрдосмазочными покрытиями (ТСП).В качестве материалов для ТСП применяют мягкие металлы, графит,полимеры и композиционные материалы, содержащие дисульфиды идиселениды тугоплавких металлов.

В настоящее время ряд компанийсерийно выпускают винтовые передачи с ТСП. Они имеют высокуюплавность хода, относительно низкий коэффициент трения и способныдлительно выдерживать нагрузки в широком диапазоне температур. Какправило, при проектировании винтовых пар с ТСП используют эмпирическиеметоды, недостатком которых является ограничение области примененияусловиями, в которых они получены.

Поэтому разработка методовобеспечения работоспособности винтовых пар с ТСП с учетом ихфункционального назначения открывает новые возможности повышениякачества и снижения себестоимости этих ответственных деталей машин припроектировании, что является актуальной научно-технической задачейсовременного машиностроения.Объект исследования. Винтовое сопряжение с ТСП на основе мягкихметаллов и полимеров с антифрикционными наполнителями.Предмет исследования. Методики оценки параметров, влияющих наработоспособность трибосопряжений типа винтовая пара с ТСП.Цель работы заключается в разработке методик обеспеченияработоспособности винтовых сопряжений с твердосмазочными покрытиямина этапе проектирования.Основные задачи исследования:1.Теоретическое исследование распределения нагрузки по виткамвинтовых сопряжений с ТСП;2.Разработка экспериментального оборудования и методики дляиспытаний материалов и покрытий на трение и износ;3.Экспериментальное исследование влияния шероховатости контртела наизносостойкость пар трения с ТСП;4.Экспериментальное исследование влияния шероховатости контртела насредний размер частиц износа ТСП и их распределение в зоне контакта;5.Экспериментальное исследование зависимости процесса приработки отшероховатости контробразца и толщины покрытия тела;6.Разработка методик обеспечения работоспособности винтовых передачи номинально неподвижных резьбовых сопряжений с ТСП на этапепроектирования.Научная новизна работы:Состоит в развитии методик оценки работоспособности и управленияфункциональными свойствами винтовых сопряжений с ТСП:- впервые получена теоретическая зависимость, позволяющаяопределять распределение нагрузки по виткам винтовых пар с ТСП приупругом и пластическом контактах;- экспериментально подтверждена зависимость долговечности винтовойпары с ТСП от параметров шероховатости контртела (шероховатого образца);2- разработана методика обеспечения работоспособности винтовыхпередач и номинально неподвижных резьбовых сопряжений с ТСП на этапепроектирования.Методология и методы исследованияМетодология исследования заключалась в проведении расчетов,экспериментальных испытаний и исследования поверхностей образцов намикроуровне.Для исследования использовались положения теории упругости ипластичности,методыэкспериментальнойтрибологии,методыматематической статистики.

Для проведения испытаний пар трений с ТСПбыло разработано устройство для испытания материалов на трение и износ,позволяющее определять фактическую нормальную нагрузку и моменттрения при торцевой схеме трения.Для исследования образцов были использованы контактные методы,методы оптической микроскопии и растровой электронной микроскопии свозможностью проведения химического анализа.Положения, выносимые на защиту•методика обеспечения работоспособности винтовых передач иноминально неподвижных резьбовых сопряжений с ТСП на этапепроектирования;•теоретические зависимости, позволяющие определять распределениенагрузки по виткам винтовых пар с ТСП при упругом и пластическомконтактах в зависимости от нагрузки, свойств материалов, толщиныпокрытия, шага и количества витков и параметров шероховатости контртела;•экспериментальные зависимости влияния шероховатости контртела надолговечность трибосопряжений с ТСП и распределение размера частицизноса ТСП в зоне контакта;•зависимость процесса приработки от шероховатости контртела итолщины ТСП.Теоретическая и практическая значимость работы.Теоретическая значимость работы состоит в развитии методологииоценки работоспособности и управления функциональными свойствамивинтовых сопряжений с ТСП на этапе проектирования.

Предложеннаяметодика оценки распределения нагрузки по виткам винтовых пар с ТСПрасширяет возможности оценки основных параметров, влияющих наработоспособность. Результаты исследований могут быть использованы припроектировании резьбовых сопряжений и винтовых пар с твердосмазочнымипокрытиями, а также нового экспериментального оборудования дляиспытания пар трения с ТСП.Обоснованность и достоверность результатов исследования.Обоснованность и достоверность результатов исследования базируетсяна последовательном анализе теоретических исследованиях и подтвержденииих данными испытаний для условий работы пар трения с твердосмазочнымипокрытиями.Припроведенииисследованийиспользовалисьстандартизованные, а также, принятые в научной практике методыстатистической обработки экспериментальных данных и планированияэкспериментов.3Основные положения работы докладывались и обсуждались наследующих конференциях и форумах:1.Х Всероссийская конференция по проблемам новых технологий(Миасс, 2013 г.);2.Десятая юбилейная Всероссийская научно-техническая конференция сучастием иностранных специалистов «Трибология - машиностроению»(Москва, 2014 г.);3.Московский международный салон изобретений и инновационныхтехнологий «Архимед» (Москва, 2015 г.)4.Конкурс инновационных проектов «ИнноМУВ-2015-осень» (Тверь,2015 г.)5.Международная научно – техническая конференция «Полимерныекомпозиты и трибология» (Республика Беларусь, Гомель 2015г.);6.Российско-китайский форум высоких технологий (Москва, 2015 г.)ПубликацииПо результатам выполненных исследований и практических разработокопубликовано 9 печатных работ (в том числе 1 патент на изобретение), изних 4 в изданиях, рекомендованных ВАК и входящих в международныесистемы цитирования Scopus.

Список работ, в которых отражено основноесодержание диссертации, приведѐн в конце автореферата.Структура и объем работыРабота состоит из введения, 5 глав, списка использованных источникови приложений. Диссертация написана на 116 страницах машинописноготекста, содержит 9 таблиц и 51 иллюстрации.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.Во введении обоснована актуальность работы, показана научнаяновизна, практическая ценность, цель и задачи диссертации.В первой главе представлен анализ исследований в области винтовыхпар, твердосмазочных покрытий, применяемых в винтовых сопряжениях иобзор современного оборудования для триботехнических исследований, атакже анализ объекта исследований.Впервые ТСП начали использовать в элементах космическихлетательных аппаратах. Новыми областямиприменения ТСП стали:авиационная, автомобильная промышленность, оборудование для нефтяной,химической, пищевой и фармакологической промышленности, и т.д.Внедрение винтовых пар с ТСП является перспективным напредприятиях химической отрасли.

Одним из таких предприятий являетсяООО «Альстром Тверь», в производственном цикле которого, в узлеформированиястеклохолстаиспользуетсявинтовоесопряжениеАТ052.000.00.000 СБ с жидкой смазкой. Основным недостатком данноговинтового сопряжения является использование жидкой смазки, т.к. она впроцессе производства при попадании на продукции, приводит квозникновению бракованных готовых изделий.Также к недостаткам данного винтового сопряжения можно отнести:1. При работе винтового сопряжения в условиях щелочных сред,жидкая смазка теряет свои антифрикционные свойства;2.

Повышенный износ в режиме старт-стоп;43. Высокая нагрузка на первый виток приводит к снижению несущейспособности винтового сопряжения и повышенному износу.Данные недостатки снижают надежность винтовой пары и повышаютвероятность отказа.В изучение функциональных свойств трибосопряжений с ТСП внесливклад отечественные ученые – Демкин Н.Б., Егоров, И.М., Крагельский И.В.,Матлин М.М., Михин Н.М., Сентюрихина Л.Н., и др., а также иностранныеисследователи – Р. Бартон, Ф. Боуден, С. Мюллер, Е.

Рабинович, Е. Робертс,К. Холберг, и др.В работах Мюллера исследована зависимость срока службы покрытияна основе MoS2 от его первоначальной толщины. Установлено, что чем толщепокрытие, тем больше его ресурс.В работах Робертса показано, что для покрытий на основе MoS2 ихдолговечность возрастает с увеличением шероховатости поверхностиконтробразца.В изучение распределения нагрузки по виткам трибосопряжений типавинтовая пара внесли свой вклад исследователи – Жуковский Н.Е., БиргерИ.А., Куклин В.Б., Иванов А.С., Егоров И.М. и другие.В работах А.С. Иванова были сделаны следующие выводы: увеличениешероховатости рабочей поверхности резьбы благоприятно сказывается нараспределении нагрузки по ее виткам; применение мелкой резьбы пристандартной высоте гайки способно существенно повысить равномерностьраспределения нагрузки по виткам резьбы, практически не снижая прочностирезьбы на срез и смятие; увеличение силы затяжки винта снижает долювнешней нагрузки, приходящуюся на первый виток резьбы гайки.В работах И.М.