СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВИБРОАКТИВНОСТИ МЕХАНИЗМОВ Российский патент 1997 года по МПК F16C17/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам снижения виброактивности механизмов для энергетического и транспортного машиностроения.

Известен способ снижения виброактивности конструированием подшипниковых узлов со встроенными виброгасящими элементами [1]
К недостаткам способа относится наличие изобретательных по частоте виброгасящих элементов, подверженных расстройке в процессе эксплуатации. Способ не увеличивает работоспособность и ресурс смазочных материалов, т.к. при его реализации обеспечивается наружная амортизация по отношению к элементам, находящимся во фрикционном взаимодействии.

Наиболее близким к заявляемому является способ снижения виброактивности механизмов путем обработки трущихся поверхностей смазочным материалом со свойствами вибродемпфирования, например, такими, как ЦИАТИМ-201, ВНИИМП-242, СВЭМ (ТУ 38.101282-86) [2]
К недостаткам способа относится невысокая эффективность снижения виброактивности механизмов. Кроме того, в процессе эксплуатации наблюдается постепенное увеличение виброактивности подшипниковых узлов в высокочастотной области спектра, которое составляет 15-23 дБ (3•10^-4 м/с²) при достижении наработки до 25% расчетного ресурса подшипников качения, что является следствием увеличения износа смазочного материала в пятне контакта фрикционных пар, а именно тел качения в подшипнике качения.

Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности снижения виброактивности механизмов.

Это решается тем, что в способе снижения виброактивности механизмов, включающем обработку поверхностей, находящихся во фрикционном взаимодействии, смазочным материалом, обработку осуществляют смазочным материалом, содержащим 0,05-25% политетрафторэтилена ПТФЭ с размером частиц 0,1 1,5 мкм.

Способ осуществляют следующим образом.

В штатный смазочный материал добавляют ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм в количестве 0,05-25 мас. и полученный смазочный материал вводят в механизм любым известным примером. Способ позволяет снизить виброактивность механизмов от 4,4 до 240 дБ (5•10^-8 м/с) в низкочастотной области спектра и от 7 до 54 дБ (3•10^-4 м/с²) в высокочастотной области спектра вибрации механизмов.

В качестве штатного смазочного материала (СМ) можно использовать любой смазочный материал, пригодный для данного механизма, например, пластические смазочные материалы типа Литол-24, ЦИАТИМ-201, солидол и др. жидкие виды смазочных масел типа И-12А, И-20А, ТП-22С, Б-3В и др.

Количество добавляемого в смазочный материал ПТФЭ определяется эффективностью снижения виброактивности механизма и изменяется от 0,05 до 25 мас. При его концентрации в смазочном материале менее 0,05% снижения виброакустических характеристик механизма не наблюдается, а увеличение концентрации свыше 25% не целесообразно, т.к. не происходит дальнейшего снижения виброактивности механизмов. При этом частицы ПТФЭ размером выше 1,5 мкм обладают меньшей подвижностью в электростатическом поле пятна контакта, создают менее плотную упаковку и в результате выносятся из зоны фрикционного взаимодействия преобладающими механическими силами гидродинамического взаимодействия потока смазочного материала. Частицы размером менее 0,1 мкм ПТФЭ образуют ассоциированные частицы значительно больших размеров, что не ведет к эффективному снижению виброактивности механизма.

Используемый в предлагаемом способе ПТФЭ представляет собой ультрадисперсный политетрафторэтилен с размером частиц 0,1-1,5 мкм, который можно получить, в частности, из низкомолекулярного фторопласта -4 (ТУ 6-05-810-76) отбором частиц нужного размера седиментационным методом.

Для этого навеску порошка ПТФЭ вносят в 10-кратный по объему избыток гексана. Тщательно диспергируют в высокооборотном миксере. Затем раствор сливают в мерный стакан и дают отстояться в течение 10 мин. На делительной воронке отделяют нижнюю фракцию. Верхнюю фракцию выпаривают и получают ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм. Размер частиц определяли методом электронной микроскопии на В-503. В качестве политетрафторэтиленовой добавки можно использовать и любой другой политетрафторэтилен с необходимым размером частиц.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

Объект испытаний машинный преобразователь питания АСУП мощностью 54 квт, частота вращения 1470 об/мин от генератора синхронного РС-65-93 ДУ 21М1001 и двигателя асинхронного А2-92-4У-3. Масса преобразователя в сборе с виброразвязанным от фундамента основанием 1300 кг. Общее время наработки в штатном режиме до начала испытаний 11000 ч.

Метод оценки вибрации по ГОСТ 12379-75.

На основании экспериментальных данных расчетным методом (Попков В.И. Мышинский Э. Л. Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении, Л. Судостроение, 1989, 256 с.) определяют интегральный уровень вибрации в полосе частот 20-100 Гц и 5-10 кГц, для всего преобразователя от времени наработки. С использованием стандартного оборудования фирмы Брюль и Къер измеряют виброускорение, дБ 3•10^-4 м/с².

Испытания проводили следующим образом.

Измеряют вибрацию преобразователя со штатным смазочным материалом ЦИАТИМ-201 в течение 264 ч через каждые 48 ч эксплуатации.

Вычислительный тренд в области частот 20-100 Гц составил 0,7 дБ/100 ч, а в области частот 5-10 кГц 0,14 дБ/100 ч.

Затем штатный смазочный материал (СМ) удаляют из подшипниковых узлов преобразователя без разработки механизма. В свежий СМ ЦИАТИМ-201 добавляют 5% ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм и вводят полученную смазку в подшипниковый узел преобразователя. Измеряют вибрацию преобразователя в течение 1036 ч через каждые 48 ч эксплуатации.

Тренд в области частот 20-100 Гц составил 0,12 дБ/100 ч, а тренд в области 5-10 Кгц 0,08 дБ/100 ч.

Снижение виброактивности за 3800 ч наблюдения по сравнению со штатным смазочным материалом составило для области частот 20-100 Гц минус 2,4 дБ, а для частот 5-10 кГц минус 7 дБ.

После этого в смазочный материал подшипникового узла дополнительно добавляют смесь ЦИАТИМ-201 с ПТФЭ из расчета доведения концентрации ПТФЭ в смазочном материале до 10% Время наблюдения, в течение которого измеряют вибрацию преобразователя, 2500 ч эксплуатации. Общее время наблюдения 3800 ч.

Тренд в области частот 20-100 кГц составил минус 0,04 дБ/100 ч, а в области частот 5-10 кГц минус 0,23 дБ/100 ч.

Снижение виброактивности на период 3800 ч по сравнению со штатным смазочным материалом составило для области частот 20-100 Гц (-28,3 дБ), а для 5-10 кГц (-19 дБ).

Таким образом, при обработке смазочным материалом на основе ЦИАТИМ-201, содержащим 5 и 10% ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм виброактивность преобразователя заметно снизилась по сравнению со штатным смазочным материалом ЦИАТИМ-201.

Пример 2.

Объект испытаний тяговый двигатель постоянного тока ДК 213 У2, мощность 115 кВт, частота вращения 1430 об/мин, масса 700 кг. Общее время наработки в штатном режиме до начала испытаний 100 ч.

Методы оценки вибрации по ГОСТ 12370-75 аналогичны описанным в примере 1. Интегральный уровень вибрации определяли в полосе частот 5-63 Гц и 2-10 кГц. Расчетным методом, аналогичным примеру 1, определяли тренды зависимости увеличения виброактивности двигателя от времени наработки. Измеряют виброускорение, дБ (3•10^-4 м/с²), аналогично примеру 1.

Результаты испытаний.

Измеряют вибрацию двигателя со штатным смазочным материалом ЦИАТИМ-201 в течение 25 ч. Тренд в области частот 5-63 Гц составил 3,25 дБ/100 ч, тренд в области 2-10 кГц составил + 4,26 дБ/100 ч. Затем в подшипниковый узел двигателя вводят ЦИАТИМ-201, содержащий 20% ПТФЭ относительно массы смазочного материала, загруженного первоначально в подшипниковый узел. Полную замену штатного смазочного материала на экспериментальный производят без разработки механизма. Общее время наблюдения 200 ч.

Тренд в области частот 5-63 Гц составляет (+4,94•10^-2 дБ/100 ч). Тренд в области частот 2-10 кГц составляет (8,48 дБ/100 ч).

Снижение виброактивности за 200 ч наблюдения по сравнению со штатным смазочным материалом за этот же период составляет для области частот 5-63 Гц
(-9,2 дБ 3•10^-4 м/с²), а для области частот 2-10 кГц - (-20,3) дБ (3•10^-4 м/с²).

Пример 3.

Объект испытаний центробежный питательный насос ПЭ-500-180-2 (ПЭН), мощность 3150 кВт, частота вращения 2985 об/мин.

Измерения интегрального уровня вибрации механизма по виброскорости проводили в полосе частот 10-1000 Гц, а интегрального уровня виброускорения механизма в полосе частот 10-40 кГц. Для этого использовались следующие измерительные средства: виброметр VU 032 (измерение виброскорости в полосе 10-1000 Гц) и модифицированный виброметр VU 032 М с акселерометром фирмы Брюль и Къер типа 4375 (измерение виброускорения в полосе частот 10-40 кГц), фирма изготовитель "ТОО Диамех".

Расчетным методом (см. пример 1) определяют тренды зависимости увеличения вибрации механизма от времени наработки.

Результаты испытаний: измерение виброактивности ПЭН со штатным смазочным материалом масло турбинное ТП-22С осуществляли в течение 1100 ч. Тренд в области частот 10-1000 Гц измерения виброускорения + 0,5 дБ/30 дней (5•10^-8 м/с).

Тренд в области частот 10-40 кГц измерения виброускорения + 12,7 дБ/30 суток (3•10^-4 м/с²).

Затем в ПЭН вводят экспериментальный смазочный материал, состоящий из Тп-22 и 0,3 мас. ПТФЭ. Смазочный материал готовят в расходной емкости и постепенно вводят в ПЭН. Общее время наблюдения 3700 ч.

Тренд в области частот 10-1000 Гц (-0,15) дБ/30 суток.

Тренд в области частот 10-40 кГц (+1,35) дБ/30 суток.

Снижение виброактивности за период 3700 ч по сравнению со штатным смазочным материалом за этот же период составляет для области частот 10-100 Гц (-4,4) дБ (5•10^-8 м/с) и для области частот 10-40 кГц (-54,1) дБ (3•10^-4 м/с²).

Пример 4.

Объект испытаний редуктор вальцового станка А1-БЗН размольной системы, мощность электродвигателя привода 18 кВт, зубцовая частота 180 Гц.

Измерения интегрального уровня вибрации редуктора по виброскорости проводили в полосе частот 10-1000 Гц. Измерения проводили виброметром VU 032. Расчетным методом (см. пример 1) определяли тренд зависимости увеличения вибрации редуктора от времени наблюдений.

Результаты наблюдений: измеряют виброактивность редуктора со штатным смазочным материалом И-20А в течение 1600 ч. Тренд в области частот 10-1000 Гц измерения виброскорости составляет +0,12 дБ/100 ч (5•10^-8 м/с).

Перед введением экспериментального смазочного материала редуктор вымыли по штатной технологии и ввели в него свежий смазочный материал, содержащий 1 мас. ПТФЭ. Затем проводят измерения виброактивности редуктора с экспериментальным смазочным материалом. Общее время наблюдения 7000 ч. Тренд в области частот 10-1000 Гц (5•10^-3) дБ/100 ч. Снижение виброактивности за 7000 ч по сравнению со штатным смазочным материалом на этот же период составляет (-10) дБ (5•10^-8 м/с).

Пример 5.

Объект испытаний электродвигатель АОЛ-12/Э, мощность 0,27 кВт, частота вращения 28000 об/мин, время наработки в штатном режиме 200 ч. Метод оценки вибрации по ГОСТ 12379-75 аналогичен описанным в примере 1. Интегральный уровень вибрации определяли в полосе частот 10-1000 Гц по виброскорости и 10-40 кГц по виброускорению. Расчетным методом, аналогичным примеру 1, определяли тренды зависимости увеличения виброактивности двигателя от времени наработки.

Результаты испытаний.

1. Проводят измерения виброактивности двигателя со штатным смазочным материалом ЦИАТИМ-201 в течение 1300 ч через каждые 24 ч эксплуатации.

Тренд в области частот 10-1000 Гц составил минус 0,07 дБ/100 ч (5•10^-8 мс^-1) и в области частот 10-40 кГц +0,03 дБ/100 ч (3•10^-4 мс^-2).

2. Вводят в ПУ двигателя готовый к употреблению смазочный материал SLJK-50, содержащий 25 мас. ПТФЭ. Размер частиц используемого ПТФЭ по данным фирмы изготовителя "SLIK-50 Product Corp" 2-6 мкм.

Время наблюдения в экспериментальном режиме 700 ч. Общее время наблюдения 2000 ч. Результаты введения в смазочный материал SLIK-50 следующие:
Тренд в области частот 10-1000 Гц (-0,03) дБ/100 ч, (5•10^-8 мс^-1).

Тренд в области частот 10-40 кГц (+0,4) дБ/100 ч, (3•10^-4мс^-2).

Снижение виброактивности за период 2000 ч по сравнению со штатным смазочным материалом за этот же период составляет для области частот 10-1000 Гц 0 дБ (5•10^-8 мс^-1), т.е. не наблюдается, и для области частот 10-40 кГц + 1 дБ (3•10^-4мс^-2).

Таким образом, обработка поверхностей, находящихся во фрикционном взаимодействии, смазочным материалом, содержащим 0,05-25 мас. ПТФЭ с размером частиц 0,1-1,5 мкм, позволяет значительно снизить виброактивность механизма, увеличить срок нахождения подшипников в своем номинальном классе малошумности. Условия и результаты испытаний механизмов по примерам 1-5 сведены в таблицу "Виброактивность механизмов".

Использование: для снижения виброактивности механизмов в энергетическом и транспортном машиностроении. Сущность: снижение виброактивности механизма происходит путем обработки фрикционных пар материалом, содержащим 0,05-25 мас. % политетрафторэтилена с размером частиц 0,1-1,5 мкм. Технический результат: способ позволяет снизить виброактивность механизмов от 4,4 до 24,0 дБ (5•10^-8 м/с) в низкочастотной области спектра и от 7 до 54 дБ (3•10^-4 м/c²) в высокочастотной области спектра вибрации механизмов. 1 табл.

Способ снижения виброактивности механизмов, включающий обработку поверхностей, находящихся во фрикционном взаимодействии, смазочным материалом, отличающийся тем, что обработку осуществляют смазочным материалом, содержащим 0,05 25 мас. политетрафторэтилена с размером частиц 0,1 1,5 мкм.