Пояснительная записка (1220304), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

- обладать достаточной прирабатываемостью;

- обладать температуростойкостью;

- обладать работоспособностью в особо тяжелых условиях (граничной смазки);

- материалы шейки и вкладыша должны быть совместимы.

Из анализа требований, предъявляемым к антифрикционным материалам, видно, что эти требования противоречивы. Так, для обеспечения сопротивляемости пластической деформации и усталостным разрушениям антифрикционный материал должен обладать высокой прочностью и твердостью. Однако такой материал будет обладать пониженной прирабатываемостью и будет быстрее изнашивать сопряженные шейки коленчатых валов, чем мягкие пластичные материалы типа баббитов. В связи с этим задача выбора материалов пары сводится к нахождению оптимального сочетания основных свойств, обеспечивающих надежную работу дизеля.

Для обоснованного выбора материалов применительно к вкладышам подшипников судовых дизелей был проведен сравнительный анализ свойств материалов и их композиций, традиционно применяемых для вкладышей подшипников, обладающих высокими триботехническими характеристиками и нанесенных различными способами.

Исследования усталостной прочности антифрикционных материалов позволили установить следующее:

- наименьшей прочностью обладают литые баббиты;

- напыленные баббиты обладают в 2 раза большей усталостной прочностью по сравнению с литым баббитом;

- напыленные бронзы БрО8С12 и БрОСА обладают низкой усталостной прочностью;

- наибольшей усталостной прочностью обладают алюминиевые сплавы, причем сплав АО6 обладает наиболее высокой усталостной прочностью;

- изменение усталостной прочности напыленных покрытий в значительной степени зависит от типа установки и плазмотрона.

Для определения степени влияния свойств материала, способа его нанесения и материала сопряженной детали на износ пары трения в условиях эксплуатации при граничной смазке была проведена математическая обработка с использованием метода множественной регрессии результатов триботехнических испытаний следующих групп материалов: баббита Б83, алюминиевых сплавов и бронз и получены зависимости:

ИΣ = 0,0044ex, x = 20,46 Kтр + 0,038 Uk +11,63 Иk + 0,0025HB (3.1)

Иa = 0,0044ex, x = 17,01 Kтр + 0,047 Uk +14,9 Иk + 0,003HB (3.2)

Иc = 0,0044ex, x = 38,92 Kтр + 0,047 Uk - 6,39 Иk (3.3)

где ИΣ - суммарная величина износа пары трения, мм; Иa - величина износа антифрикционного покрытия, мм; Иc - величина износа сопряженной детали (стали), мм; Kтр - коэффициент трения (определяется на машинах трения); Uk - потенциал коррозии в мВ; Иk - кавитационный износ, г; НВ - твердость покрытия по Бринеллю.

По результатам регрессионного анализа (1-3) было определено, что наибольшее влияние на износ сопряженных поверхностей трибоузла ИΣ и сопряжения в целом оказывает коэффициент трения Kтр (1), см. рис. 4-1, график 3. Несколько меньшее влияние коэффициент трения оказывает на износ сопряженной детали (стали) Ис, ввиду ее значительно большей прочности, см. рис. 4-1, график 1. Для оценки влияния остальных факторов на величину износа степень их влияния приведена в процентах от коэффициента трения (1). По степени влияния на величину износа факторы приведены в порядке уменьшения их значимости: кавитационная износостойкость антифрикционного материала (34,6 %) потенциал коррозии (26,2 %) и твердость антифрикционного покрытия (9,4 %). Температура на поверхности трения и нагрузка схватывания не оказывают влияния на величину износа в рассматриваемом диапазоне их значений. Уменьшение коэффициента трения, потенциала коррозии и твердости антифрикционного материала и увеличение кавитационной износостойкости антифрикционного материала снижают суммарный износ и повышают, соответственно, долговечность сопряжения;

Рисунок 4.1 Влияние коэффициента трения антифрикционных материалов в парах со сталями 35, 45 на износ при граничной смазке (масло М14) в течение 12 ч при нагрузке 2 кН, скорость скольжения 0,66 м/с: 1 - сопряженной детали (стали); 2 - антифрикционного покрытия, 3 - суммарный износ трибозула

Что наибольшее влияние на износ антифрикционного слоя Иа оказывает коэффициент трения Kтр (2), (см. рис.4 1, график 2), затем в порядке убывания рассчитана степень влияния от коэффициента трения: величина кавитационного износа (53,4 %), потенциал коррозии (38,9 %), твердость антифрикционного материала (13,9 %). Уменьшение коэффициента трения Kтр, потенциала коррозии Uk и твердости НВ антифрикционного материала и увеличение кавитационного износа Иk повышают износостойкость материала. Между износостойкостью при трении и кавитационным износом существует прямопропорциональная зависимость, поэтому экономически целесообразно проводить недорогие и требующие значительно меньше времени испытания кавитационного износа;

на величину износа сопряженной детали (стали) Иc трибоузла (3) наибольшее влияние оказывает коэффициент трения Kтр (рис. 3-1, график 2), незначительное - величина кавитационного износа Иk антифрикционного материала (10 % от коэффициента трения). Увеличение кавитационного износа Иk антифрикционного материала приводит к возрастанию износа шейки и снижению, соответственно, ее долговечности.

На основании уравнений регрессии (1–3) можно осуществлять как выбор марки антифрикционного материала, его оптимального химического состава, так и метода его нанесения. Во всех случаях необходимо стремиться получить минимальный суммарный износ пары трения при минимальном износе сопряженной детали (вала), так как замена вкладыша обходится намного дешевле, чем восстановление вала. При этом следует выбирать материал с учетом его усталостной прочности.

Полученные модели (1–7) также позволяют определять оптимальные триботехнические параметры антифрикционного слоя вкладышей, разрабатывать новые материалы и технологии их нанесения и упрочнения. Идеальным следует считать антифрикционный материал, имеющий следующие триботехнические и механические свойства: коэффициент трения в пределах 0,01 - 0,02; нагрузка схватывания 3 - 4 кН; потенциал коррозии 5 -8 мВ и количество циклов до разрушения не менее 10. Однако технологические возможности пока не позволяют получить материал с такими свойствами. Поэтому следует применять различные многослойные комбинации или изменять триботехнические и механические свойства по высоте слоя, например, при восстановлении вкладышей плазменным напылением основная часть слоя толщиной 0,3 - 0,45 мм может быть напылена сплавом АО6 с высокими механическими свойствами, а рабочая часть толщиной 0,02 - 0,06 мм - сплавом АО20 с высокими триботехническими свойствами (табл. 4.1).

Таблица 4.1 Условия работы подшипника, основные критерии и рекомендуемые марки антифрикционных материалов и способов их нанесения.

При выборе материала следует исходить из того, что коэффициент трения в условиях граничной смазки должен быть минимальным, а усталостная прочность максимальна для обеспечения долговечности трибоузла. Оптимальным сочетанием указанных свойств, влияющих на надежность, обладают вкладыши, напыленные различными методами следующими материалами: баббит Б83 и сплавы АО20 и АО6. В зависимости от условий работы вкладышей (по критерию рm) для обеспечения их надежной работы ориентировочно выбирают материал и технологию его нанесения, которые должны обеспечить рекомендованные коэффициент трения и количество циклов до разрушения, приведенные в табл. 4.1

На сегодняшний день наиболее перспективным для нанесения антифрикционного слоя на вкладыши при их изготовлении и восстановлении является плазменный способ благодаря его универсальности, возможности полной автоматизации процесса и минимальному загрязнению экологической среды. Причем усталостная прочность напыленных алюминиевых сплавов и баббитов выше, чем литых, а коэффициент трения ниже.

Долговечность вкладышей определяется как износостойкостью, так и усталостной прочностью антифрикционного материала, т.е. его

физико-механическими и триботехническими свойствами, а также структурой и фазовым составом. Основные характеристики покрытий при напылении (адгезионная, когезионная, усталостная прочности, износостойкость и др.) определяются не только правильным выбором материалов, но и многими технологическими факторами.

Для обеспечения требуемого ресурса вкладышей подшипников при их восстановлении или изготовлении методом плазменного напыления антифрикционного слоя необходимо знать: какие физико-механические и триботехническими свойства, а также типы структур позволяют получить требуемую износостойкость и усталостную прочность, а также в каких пределах они могут изменяться и как их обеспечить в проектируемом ТП. Следовательно, необходимо получить математические модели, связывающие служебные свойства детали с параметрами ТП. Для выявления влияния различных факторов на износ антифрикционных материалов и получения зависимостей на первом этапе исследований были взяты следующие факторы, которые могут оказывать существенное влияние: когезионная прочность напыленного покрытия, нагрузка схватывания, уровень остаточных напряжений, диаметр частиц напыляемого порошка, пористость покрытия, угол смачивания покрытия маслом, потенциал коррозии и коэффициент трения. Анализ факторов проводился отдельно для каждого сплава АО20 и АО6, так как ранее было установлено доминирующее влияние химического состава и коэффициента трения на износ антифрикционного покрытия. Были получены математические модели износа покрытия:

ИАО20 = 0,051 – 3,6*10–4 σк + 0,525kтр + 0,1*10-3Dч. (3.4)

ИАО6 = 0,069 – 4,5*10–4 σк + 0,273kтр + 1,5–4Dч + 1,3*10–4 – 0,001П. (3.5)

где И - величина износа антифрикционного покрытия, мм; σк - когезионная прочность напыленного покрытия, МПа; kтр - коэффициент трения (определяется на машинах трения);Dч - средний диаметр напыляемых частиц, мкм; угол смачивания покрытия маслом, град.; П - пористость покрытия, %. Более высокая износостойкость сплава АО20 в условиях трения при граничной смазке объясняется повышенным содержанием олова.

Доминирующее влияние на износостойкость напылённых алюминиевых сплавов оказывает когезионная прочность покрытия: с увеличением когезионной прочности износ покрытия уменьшается, поэтому при нанесении покрытия необходимо выбирать оборудование и параметры режима, обеспечивающие наибольшую когезионную прочность. Следующим по значимости влияния на износ следует коэффициент трения, причем большее влияние он оказывает на износ сплава АО20 , чем на АО6, вследствие меньшей его прочности. Величина коэффициента трения для конкретной марки сплава изменяется в узком диапазоне, поэтому управлять ее величиной путем изменения технологических параметров невозможно. Диаметр напыляемых частиц также влияет на величину износа алюминиевых сплавов, причем с увеличением их диаметра величина износа возрастает. Отделение частиц при трении происходит слоем, а при напылении наиболее слабая связь наблюдается между слоями, поэтому, чем меньше толщина напыленного слоя и больше степень деформации частиц в слое, тем меньше величина износа. Толщина слоя определяется диаметром напыляемых частиц и степенью их деформации. При напылении сплавов на алюминиевой основе следует выбирать диаметр частиц в пределах 40 - 80 мкм для обеспечения формирования оптимальной структуры и минимальной пористости.

На износ покрытия АО6 оказывает влияние величина пористости покрытия, причем с ее увеличением уменьшается величина износа. Однако увеличение пористости снижает усталостную прочность покрытия.

На износ сплава АО6 оказывает влияние угол смачивания покрытия смазкой, причем с увеличением угла смачивания износ возрастает, так как чем больше угол смачивания, тем хуже смазка растекается по поверхности покрытия. Величина остаточных напряжений в покрытии и их вид (напряжения растяжения или сжатия) также оказывают свое влияние на износостойкость, но косвенно, через величину когезионной прочности (с увеличением величины растягивающих напряжений когезионная прочность уменьшается).

Характеристики

Список файлов ВКР