Материал: Основы создания полимерных композитов

шипники скольжения работали в паре со стальными контробразцами (сталь 45) в течение 140 ч. Путь трения за этот период составлял 15850 м.

Из рис. 22 видно, что зависимость износа подшипников сколь­ жения из спеченного материала на основе железа в условиях вибра­ ции от пути трения носит линейный характер и может быть описана аналитическим выражением вида: / = а + bS, где а и Ь - параметры, зависящие от материала и давления, - определялись методом наи­ меньших квадратов.

/, мг/км

Рис. 22. Износ подшипников из спеченного материала наоснове железа в зависимости от путитрения приразличныхдавлениях:

Р (в МПа) равно: 1- 30,0; 2 - 15,0; 3 - 5,0

Как показали исследования, с увеличением нагрузки от 5,0 до 15,0 МПа износ подшипников повышается в 3,2 раза, а с увеличением нагрузки от 15,0 до 30,0 МПа - в 3,9 раза. Повышение износа сопря­ жения спеченный пористый материал - стальной вал вызвано тем, что при нагрузках выше 15,0 МПа наблюдаются частичное закрытие пор и пластическое деформирование контактной поверхности; при этом доступ масла к поверхности трения уменьшается. На поверхно­ сти трения подшипника скольжения из спеченного материала видно, что вибрация способствует образованию трещин усталостного харак­ тера (рис. 23).

Количественная (рис. 24) и качественная (рис. 25) оценки износо­ стойкости композитных подшипников показывают, что введение демпфера снижает износ пары трения композитный материал - сталь в 1,7 - 2,0 раза. Из рис. 24 видно, что с увеличением нагрузки от 5,0 до 15,0 МПа износ подшипников из композита возрастает в 3,3 раза, а с увеличением нагрузки от 15,0 до 30,0 МПа - в 3,7 раза, что гово­ рит о стабильности процесса износа в широком диапазоне нагрузок.

516

Рис. 23. Подшипник из спеченного материала после 140 ч работы стенда (V —0,025 м/с, Р = 15,0 МПа). Общий вид

/, мг/км

Рис. 24. Зависимость износа подшипников из композита с улучшенными ан­ тифрикционными и демпфирующими свойствами от путитрения

при различных нагрузках:

Р (в МПа) равно: / - 30,0; 2- 15,0; 3 - 5,0

517

Рис. 25. Подшипник из композита сулучшенными антифрикционными и демпфирующими свойствами после 140 ч работы стенда

(У = 0,025 м/с, Р= 15,0 МПа). Общий вид

Проведенный наружный осмотр подшипников из композита по­ казал, что разрушения (продольные и поперечные трещины, отколы краев), наблюдаемые ранее в подшипниках из спеченных материалов, при вибрационном воздействии отсутствуют. Анализ зависимости износа сопряжения подшипник из композита - сталь 45 показал, что износостойкость данного сопряжения в 1,5 раза выше, чем таковая сопряжения подшипника из спеченного материала, пропитанного И40А - сталь 45. За время испытания (140 ч работы узла трения) ни­ каких повреждений подшипников обнаружено не было. На поверх­ ности трения следы схватывания отсутствуют.

Экспериментальные исследования изнашивания подшипников скольжения различной конструкции показали, что наибольшей изно­ состойкостью в сильнонагруженных узлах трения, работающих в ус­ ловиях вибраций, обладают подшипники скольжения из композита с улучшенными антифрикционными и демпфирующими свойствами.

4.3.Расчет напряжений тонкого кольца из композита при действии динамической нагрузки

Вреальных машинах широко применяются детали с тонкими мо­ лекулярными покрытиями - это подшипники с вкладышами из ком­ позита, обрезиненные катки, которые при эксплуатации подверга­ ются нагрузкам, меняющимся во времени. Поэтому задача определе­ ния работоспособности композитного слоя должна быть рассмотрена с учетом динамических нагрузок.

518

Необходимо отметить, что если в статической задаче напряже­ ния, возникающие внутри тела, не превышают приложенную внеш­ нюю нагрузку, то при динамическом нагружении эти напряжения мо­ гут значительно превосходить установленные средние нагрузки. Из анализа физических и технологических свойств композитов следует, что работоспособность узла должна определяться механической прочностью, температурным режимом и стабильностью геометриче­ ских форм композита в сопряжении. В общей постановке решение данной задачи является весьма сложной. Поэтому для упрощения введем ряд допущений, не искажающих суть процесса:

1.Принимаем, что используемый материал - композит - явля­ ется линейно-упругим телом. Это позволяет при теоретическом ре­ шении задачи воспользоваться уравнениями линейной теории упру­ гости для определения напряжений в композитном слое.

2.Принимаем, что модуль упругости постоянный.

3.Считаем, что подшипниковый узел является бесконечно жест­ ким телом, а распределение напряжений во всех плоскостях, перпен­ дикулярных оси вала, одинаково.

Считаем, что трение в подшипнике является малой величиной, и его значение невелико, так что в композитном слое передается только радиальное напряжение, т.е.

° m a x = туЛи +TRcmm

Учитывая перечисленные выше допущения и основываясь на по­ нятии "тонкое кольцо", получим:

h

где г, и г2 - наружный и внутренний радиусы композитного кольца. При расчете указанных конструкций решают "контактную" за­

дачу для упругого кольца, одна из поверхностей которого опирается без трения или жестко соединена с недеформированной основой. Если толщина упругого кольца h < а, где а - полудлина дуги контакта и 5h < р, где р - наименьший из радиусов взаимодействующих тел, то вместо контактной задачи для кольца можно решать контактную за­ дачу для полосы, не подверженной трению и лежащей на жестком основании [174] или жестко защемленной по основанию [175].

4.3.1.Расчет напряжений в тонкой полимерной полосе

Сучетом перечисленных выше допущений возможно при реше­ нии данной задачи в первом приближении рассмотреть распределе­ ние напряжений не в кольце, а в бесконечно тонкой полосе, жестко закрепленной вдоль одной из граничных прямых и подверженной динамической нагрузке вдоль другой граничной прямой (рис. 26).

519