Концентрация продуктов износа подшипников качения

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрено изменение концентрации продуктов износа подшипниковых узлов в зависимости от размера и концентрации абразивных частиц.

ABSTRACT

This article discusses the change in the concentration of wear products of bearing assemblies depending on the size and concentration of abrasive particles.

Ключевые слова: подшипник, агрегат, абразивный износ, концентрация, трения.

Keywords: bearing, unit, abrasive wear, concentration, friction.

Результаты проведенных исследований показывают, что размер и концентрация абразивных частиц, проникающих в клиновидный зазор и участвующих в процессе изнашивания, существенное влияние оказывают на концентрацию продуктов износа в масле агрегата. На рис. 1 приведена зависимость изменения концентрации продуктов износа подшипника № 313 в масле дополнительной конечной передачи трактора ТТЗ -100К от размера абразивных частиц [1].

Здесь экспериментальные исследования проводились в солидоле С. Концентрация абразивных частиц в смазке составила 2,7% по массе. При испытании частота вращения внутреннего кольца подшипника составила 1000 об/мин и нормальная нагрузка 2000 Н. В процессе испытания размеры абразивных частиц изменялись в пределах от 4 до 40 мкм с интервалом 5 мкм. Результаты испытания свидетельствуют о том, что до среднего размера абразивных частиц 22-26 мкм рост концентрации продуктов износа происходит более интенсивно от размера абразивных частиц. Это обстоятельство объясняется следующим образом. Повышение размера абразивных частиц приводит к увеличению объёма деформации поверхностей трения, находящихся в клиновидном зазоре. При достижении среднего размера абразивных частиц 26-30 мкм наблюдается некоторое снижение роста накопления продуктов износа. Дальнейшее повышение размера абразивных частиц не существенно влияет на накопление продуктов износа, и оно имеет некоторое постоянное значение. Данное обстоятельство объясняется следующим образом. Повышение среднего размера абразивных частиц приводит к увеличению количества крупных частиц, что связано с  уменьшением вероятности их попадания в клиновидный зазор, вследствие чего эти частицы не могут участвовать в процессе изнашивания. Если в процессе испытания средний размер абразивных частиц в смазке достигнет 30-40 мкм, по вышеуказанной причине количество частиц, участвующих в процессе изнашивания, становится еще меньше. [1].

Рисунок 1. Изменение концентрации продуктов износа подшипника качения в зависимости от размера абразивных частиц: ε₀ = 2,7%, n_под=1000 об/мин, Р=2000Н t=140 час

На рис. 1 приведена зависимость изменения концентрации продуктов износа, выпадающих в смазке подшипника №313, от концентрации абразивных частиц (продолжительности испытания) при их среднем размере d_а=11,2 мкм. В процессе испытания частота вращения внутреннего кольца составила 1000 об/мин, при этом нормальная нагрузка на узле нагружения 2000 Н. Испытания проводились в интервале концентрации абразивных частиц 0-4,0% [2].

При приближении условия испытания к эксплуатационным условиям концентрация абразивных частиц в смазке подшипника повышалась каждые 28 часов на 0,8%. В конце испытания общая концентрация присадки в масле составила 4% при продолжительности испытания 140 часов. Результаты проведенных испытаний свидетельствуют о том, что изменение концентрации продуктов износа, выпадающих в смазке от подшипника, в зависимости от концентрации абразивных частиц в смазке подчиняется линейной закономерности. Это объясняется постоянством размера абразивных частиц, увеличением их концентрации в смазке, приводит к пропорциональному повышению количества частиц деформируемых поверхностей трения. Если учитывать, что процесс изнашивания имеет поли деформационный характер, то можно убедиться, что изменение концентрации продуктов износа также происходит по линейной закономерности.

Рисунок 2. Изменение концентрации продуктов износа подшипника качения в масле в зависимости от концентрации абразивных частиц (продолжительности испытания): d_а =0,0000112 мм, n_под=1000 об/мин, Р=2000 Н, t=140 час

Изменение концентрации продуктов износа в зависимости от нормальной нагрузки. При трении качения нагрузка, приходящаяся на абразивную частицу, находящуюся в клиновидном зазоре, зависит от нормальной нагрузки, приложенной к элементам подшипника, с повышением которого глубина внедрения абразивных частиц к поверхностям трения увеличивается. При этом, согласно молекулярно-механической теории трения и изнашивания [3], износ поверхностей трения также возрастает.

Однако такая закономерность изнашивания происходит на некоторой границе нагрузки, так как её дальнейшее повышение приводит к интенсивному дроблению абразивных частиц, находящихся в клиновидном зазоре. При этом процесс дробления продолжается до сравнения размера измельченных частиц с толщиной масляной пленки, находящейся между поверхностями трения, т.е. до размера 4 мкм, так как толщина масляной пленки в зависимости от вязкости смазочного материала составляет 2-4 мкм [4]. Абразивные частицы, измельченные до такого размера, не имеют силового взаимодействия с поверхностями трения и с ними в дальнейшем не происходит процесса изнашивания.

Рисунок 3. Изменение концентрации продуктов износа подшипника качения в масле от нормальной нагрузки d_а =0,000012 мм, n_под=1000 об/мин, Р=2000 Н, t=7 час

На рис. 2 представлен график изменения концентрации продуктов износа подшипника №313 в зависимости от нормальной нагрузки. Для получения этой зависимости экспериментальные исследования проводились при концентрации абразивных частиц в смазке ε₀ = 2,7 % и их размере 11,2 мкм, продолжительность испытания при частоте вращения внутреннего кольца n_под=1000 об/мин составила 7 часов.

Анализ полученных результатов показал (рис. 3), что когда нагрузка, приложенная к подшипнику, составляет до 1000 Н, концентрации продуктов износа подшипника по нагрузке имеют наибольшее значение. При дальнейшем повышении нормальной нагрузки (до 2500-4000 Н) происходит снижение роста концентрации продуктов износа. Данное положение, происходящее в присутствии абразивных частиц, можно объяснить с их интенсивным дроблением в зоне контакта трущихся поверхностей.

Список литературы:
1. Барский И.Б. Конструирование и расчета тракторов. – М.: Машинострание, 1980. – 335с.
2. Величкин И.П. Ускоренные испытание в общей системе испытаний машин на надежность. // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1999. –№2. – С.27-31.
3. Иргашев А. И. Повышение износостойкости зубчатых передач –Т.: ТашГТУ, 2015 – 175с.
4. Иргашев А.И. Износостойкости зубчатых передач –Т.:ТашГТУ, 2013 – 165с.
5. Икрамов У.А., Иргашев А., Махкамов К.Х. Расчетная модель для оценки износостойкости зубчатых передач по концентрациям продуктов износа в масле. // Трение и износ. – 2003. – Том 24. – №6. – С.620-625.