Оценка износостойкости модифицированной конструкции радиального подшипника при учете сжимаемости и вязкости смазочного материала
Автор: Болгова Е.А., Мукутадзе М.А., Приходько В.М., Колобов И.А.
Журнал: Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don) @vestnik-donstu
Рубрика: Механика
Статья в выпуске: 4 т.24, 2024 года.
Бесплатный доступ
Введение. Актуальная проблема качества смазочных материалов обусловила как масштабные, так и узкопрофильные теоретические и прикладные исследования, которые касаются эксплуатационных свойств смазок. В частности, авторов публикаций интересует взаимодействие подшипника и смазки, так как эти элементы присутствуют во многих видах машин и оборудования. В литературе сопоставляются композиты, которыми упрочняют поверхность подшипников, определяются наиболее эффективные составы, анализируются достоинства и недостатки компонентов. По некоторым процессам рассматриваемого взаимодействия предложены и протестированы математические модели, и для некоторых из них доказана приемлемая адекватность. Однако совершенствование таких решений требует учитывать специфику трибосистемы. Данный вопрос проработан слабо, и представленная статья призвана восполнить этот пробел. При оценке износостойкости радиального подшипника принимается во внимание сжимаемость истинно вязкого смазочного материала.Материалы и методы. Исследование базируется на схеме трибоконтакта, в которую включаются радиус вала с полимерным покрытием, радиус подшипниковой втулки, высота канавки для смазки и толщина смазочного слоя. Для создания новых математических моделей, учитывающих сжимаемость смазочного материала, авторы задействовали три уравнения: движения жидкого смазочного материала, неразрывности и состояния. Для верификации модели сопоставили итоги расчетов и лабораторных испытаний. В экспериментах использовали подшипник с канавкой для сохранения смазки. Меняли скорость его вращения, нагрузки и температурные условия. Трение измеряли традиционными методами и современными инструментами.Результаты исследования. Конструкция подшипника модифицирована с учетом дополнительного фактора - сжимаемости смазочного материала. Новая модель на 8-10 % точнее прогнозирует несущую способность детали и на 7-9 % - коэффициент трения. Обнаружены и получили объяснение колебания коэффициента трения до 45 МПа (эквивалент пятикратного роста нагрузки). Это связано с динамическими изменениями в условиях контакта поверхностей и воздействиями внешних параметров. Определены оптимальные области применения антифрикционных покрытий на основе гибридных композиционных материалов. Расширены возможности практического использования расчетных моделей радиального подшипника скольжения. Оценены на практике его критически важные эксплуатационные характеристики.Обсуждение и заключение. Результаты научных изысканий, описанных в данной статье, дают возможность на этапе проектирования устанавливать эксплуатационные характеристики подшипника. Выявлен значимый потенциал данного подхода в плане повышения надежности и долговечности исследованной детали, и это представляется важным шагом в развитии технологий подшипников и смазочных материалов. В перспективе авторы намерены изучить такие факторы, как температурные условия, динамические нагрузки и взаимодействие с различными смазочными материалами. Это позволит совершенствовать конструкции подшипников и расширять области их применения.
Радиальный подшипник скольжения, сжимаемость смазочного материала, истинно вязкий смазочный материал, оценка износостойкости, специфика трибосистемы, гибридный композит
Короткий адрес: https://sciup.org/142243747
IDR: 142243747 | УДК: 621.822.17 | DOI: 10.23947/2687-1653-2024-24-4-328-338
Evaluation of wear resistance of a modified radial bearing design taking into account compressibility and viscosity of the lubricant
Introduction. The challenge problem of the quality of lubricants has led to both large-scale and narrow-focused theoretical and applied studies that relate to the operational properties of lubricants. In particular, the authors of the publications are interested in the interaction of bearing and lubrication, since numerous types of machinery and equipment contain these elements. In the literature, the composites used to strengthen the bearing surface are compared, the most effective compositions are determined, and the advantages and disadvantages of the components are analyzed. Mathematical models have been proposed and tested for some of the processes of the interaction under consideration, and acceptable adequacy has been proved for some of them. However, the improvement of such solutions requires taking into account the specifics of the tribosystem. This issue has been poorly worked out, and the presented article is intended to fill this gap. When evaluating the wear resistance of a radial bearing, the compressibility of a high viscosity lubricant is taken into account.Materials and Methods. The study was based on the tribocontact scheme, which included the radius of the polymer-coated shaft, the radius of the bearing sleeve, the height of the lubrication groove, and the thickness of the lubricating layer. To create new mathematical models that took into account the compressibility of the lubricant, the authors used three equations: motion of the liquid lubricant, continuity, and state. To verify the model, the results of calculations and laboratory tests were compared. In the experiments, a bearing with a groove to preserve lubrication was used. Its rotation speed, loads and temperature conditions were changed. Friction was measured using traditional methods and modern instruments.Results. The bearing design was modified to take into account an additional factor - the compressibility of the lubricant. The new model predicted the bearing capacity of the part by 8-10% more accurately, and the coefficient of friction - by 7-9%. Fluctuations in the coefficient of friction up to 45 MPa (equivalent to a five-fold increase in load) were detected and explained. This was due to dynamic changes in the surface contact conditions and the effects of external parameters. Optimal applications of antifriction coatings based on hybrid composite materials were determined. The possibilities of practical use of calculation models of a journal bearing were expanded. Its critically important operational characteristics were evaluated in practice.Discussion and Conclusion. The scientific research results described in this article make it possible to establish the performance characteristics of the bearing at the design stage. The significant potential of this approach has been identified in terms of increasing the reliability and durability of the studied part, and this seems to be an important step in the development of bearing and lubricant technologies. In the future, the authors intend to study such factors as temperature conditions, dynamic loads, and interaction with various lubricants. This will allow us to improve bearing designs and expand their application areas.
Список литературы Оценка износостойкости модифицированной конструкции радиального подшипника при учете сжимаемости и вязкости смазочного материала
- Глушко С.П. Исследование технологии электроискрового нанесения покрытий, легирования и упрочнения. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2021;21(3):253–259. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-3-253-259 Glushko SP. Investigation of the Electrospark Coating, Alloying and Strengthening Technology. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2021;21(3):253–259. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-3-253-259
- Тамаркин М.А., Тищенко Э.Э., Верченко А.В., Троицкий В.М. Формирование качества поверхностного слоя при абразивной обработке полимеркомпозитных материалов. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2020;20(3):235–242. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2020-20-3-235-242 Tamarkin MA, Tishchenko EhEh, Verchenko AV, Troitskii VM. Formation of Surface Layer Quality under Abrasive Treatment of Polymer-Composite Materials. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2020;20(3):235–242. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2020-20-3-235-242
- Негматов С.С., Абед Н.С., Саидахмедов Р.Х, Ульмасов Т.У., Григорьев А.Я., Сергиенко В.П. и др. Исследование вязкоупругих и адгезионно-прочностных свойств и разработка эффективных вибропоглощающих композиционных полимерных материалов и покрытий машиностроительного назначения. Пластические массы. 2020;(7–8):32–36. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2020-7-8-32-36 Negmatov SS, Abed NS, Saidakhmedov RKh, Ulmasov TU, Grigoriev AYa, Sergienko VP, et al. Research of Viscoelastic and Adhesion-Strength Property and Development of Effective Vibration Absorbing Composite Polymeric Materials and Coatings of Mechanical Engineering Purpose. Plasticheskie massy. 2020;(7–8):32–36. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2020-7-8-32-36
- Павлычева Е.А. Разработка полимерной композиции для получения защитного покрытия на металлических поверхностях. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2022;(2):33–36. https://doi.org/10.17513/mjpfi.13355 Pavlycheva EA. Development of Polymer Composition for Obtaining a Protective Coating on Metal Surfaces. International Journal of Applied and Fundamental Research. 2022;(2):33–36. https://doi.org/10.17513/mjpfi.13355
- Харламов П.В. Применение физико-химического подхода для изучения механизма образования вторичных структур фрикционного переноса на поверхности контртела. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2021;83(3):37–44. https://doi.org/10.46973/0201-727X_2021_3_37 Kharlamov PV. Application of the Physico-Chemical Approach to Study the Mechanism of Formation of Secondary Frictional Transfer Structures on the Control Surface. Vestnik RGUPS. 2021;83(3):37–44. https://doi.org/10.46973/0201-727X_2021_3_37
- Кохановский В.А., Петров Ю.А. Трение и изнашивание фторопластсодержащих композитов. Вестник Донского государственного технического университета. 2009;9(1):30–35. Kohanovsky VA, Petroff IA. Friction and Wear of Composites with Polytetrafluorethilene. Vestnik of Don State Technical University. 2009;9(1):30–35.
- Петухов Д.С., Адамов А.А., Келлер И.Э. Выбор и идентификация модели упруговязкопластичности наполненного фторкомпозита по данным испытаний на свободное и стесненное сжатие. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2022;22(3):180–192. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2022-22-3-180-192 Petukhov DS, Adamov AA, Keller IE. Selection and Identification of a Model of Elasto-Viscoplasticity of the Filled Fluorocomposite according to Free and Constrained Compression Tests. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2022;22(3):180–192. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2022-22-3-180-192
- Брянский А.А., Башков О.В., Белова И.В., Башкова Т.И. Исследование развивающихся повреждений при изгибном нагружении полимерных композиционных материалов и их идентификация методом акустической эмиссии. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2022;(2):7–16. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-7-16 Bryansky AA, Bashkov OV, Belova IV, Bashkova TI. Investigation of Damages Formed in Polymer Composite Materials under Bending Loading and Their Identification by the Acoustic Emission Technique. Frontier Materials and Technologies. 2022;(2):7–16. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-7-16
- Shizheng Wen, Si-Dan Zhong, Wei-Qiu Kan, Pu-Su Zhao, Yuan-Chun He. Experimental and Theoretical Investigation on the Hydrochromic Property of Ni(II)-Containing Coordination Polymer with an Inclined 2D→3D Polycatenation Architecture. Journal of Molecular Structure. 2022;1269(12):133753. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.133753
- Liyuan Jin, Wenjing Cao, Pei Wang, Na Song, Peng Ding. Interconnected MXene/Graphene Network Constructed by Soft Template for Multi-Performance Improvement of Polymer Composites. Nano-Micro Letters. 2022;14:133. https://doi.org/10.1007/s40820-022-00877-7
- Robertson BP, Calabrese MA. Evaporation-Controlled Dripping-onto-Substrate (DoS) Extensional Rheology of Viscoelastic Polymer Solutions. Scientific Reports. 2022;12(1):4697. https://doi.org/10.1038/s41598-022-08448-x
- Иваночкин П.Г., Больших И.В., Талахадзе Т.З., Больших Е.П. Применение антифрикционных полимерных композиционных покрытий в тормозной рычажной передаче локомотивов. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2022;85(1):16–22. https://doi.org/10.46973/0201-727X_2022_1_16 Ivanochkin PG, Bolshikh IV, Talakhadze TZ, Bolshikh EP. Application of Antifriction Polymer Composite Coatings in the Brake Lever Transmission of Locomotive. Vestnik RGUPS. 2022;85(1):16–22. https://doi.org/10.46973/0201-727X_2022_1_16
- Ivanochkin PG, Manturov DS, Danilchenko SA, Karpenko KI. Study on the Effect of the Sealers on the Steel Surface Layer Modified by Electrical Discharge Machining. Solid State Phenomena. 2021;316:713–719. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.713
- Брянский А.А., Башков О.В. Идентификация источников акустической эмиссии в полимерном композиционном материале в условиях циклического растяжения. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021;(3):19–27. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-19-27 Bryansky AA, Bashkov OV. Identification of Acoustic Emission Sources in a Polymer Composite Material under the Cycle Tension Loading. Frontier Materials and Technologies. 2021;(3):19–27. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-19-27
- Santanu Saha, Yasuhisa Adachi. Shielding Behavior of Electrokinetic Properties of Polystyrene Latex Particle by the Adsorption of Neutral Poly(ethylene Oxide). Journal of Colloid and Interface Science. 2022;626:930–938. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.06.154
- Кохановский В.А., Камерова Э.А. Фторопластсодержащие композиционные покрытия в смазочных средах. Трение и смазка в машинах и механизмах. 2014;(1):34–37. Kohanovsky VA, Kamerova EA. Composites Cover Content Fluor Ethylene in the Liquid Lubricants. Friction & Lubrication in Machines and Mechanisms. 2014;(1):34–37.
- Кохановский В.А., Камерова Э.А. Трение полимерных покрытий в жидких смазочных средах. Трение и смазка в машинах и механизмах. 2014;(4):17–20. Kohanovsky VA, Kamerova EA. Friction of the Polymeric Cover in the Liquid Lubricants. Friction & Lubrication in Machines and Mechanisms. 2014;(4):17–20.
- Камерова Э.А., Власенко И.Б., Снежина Н.Г., Оганесян П.А. Методика исследования влияния жидких сред на фторопластсодержащие антифрикционные покрытия. Уральский научный вестник. 2014;100(21);137–142. Kamerova EA, Vlasenko IB, Snezhina NG, Oganesyan PA. Methodology for Studying the Effect of Liquid Media on Fluoroplastic-Containing Antifriction Coatings. Ural'skii nauchnyi vestnik. 2014;100(21);137–142. (In Russ.)
- Egghe T, Ghobeira R, Morent R, Hoogen-Boom R, De Geyter N. Comparative Study of the Aging Behavior of Plasma Activated Hexamethyldisiloxane-Based Plasma Polymers and Silicone Elastomer Thin Films. Progress in Organic Coatings. 2022;172:107091. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2022.107091
- Peng Hu, Ru Xie, Qingyi Xie, Chunfeng Ma, Guangzhao Zhang. Simultaneous Realization of Antifouling, Self-Healing, and Strong Substrate Adhesion via a Bioinspired Self-Stratification Strategy. Chemical Engineering Journal. 2022;449:137875. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137875
- Хасьянова Д.У., Мукутадзе М.А. Установление закономерности повышения износостойкости модифицированного радиального подшипника скольжения. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2023;(2):71–81. https://doi.org/10.31857/S0235711923010066 Khasyanova DU, Mukutadze MA. The Regularity of Increasing the Wear Resistance of a Modified Radial Slide Bearing. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2023;(2):71–81. https://doi.org/10.31857/S0235711923010066
- Кирищиева В.И., Лагунова Е.О., Мукутадзе М.А. Повышение износостойкости радиального подшипника c нестандартным опорным профилем и полимерным покрытием на поверхности вала. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2023;27(2):15–23. https://doi.org/10.54708/ 19926502_2023_27210015 Kirishchieva VI, Lagunova EO, Mukutadze MA. Increasing the Wear Resistance of the Radial Bearing with a Non-Standard Support Profile and Polymer Coating on the Shaft Surface. Vestnik UGATU. 2023;27(2):15–23. https://doi.org/10.54708/19926502_2023_27210015
