СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ Советский патент 1972 года по МПК F16N15/02 

Изобретение относится к телнике смазки трущейся пары и предназначе|но для иопользов,аиия в машинах и мехаиизмах, а также для обработки металлов и других материалюв.

Известны способы снижения сил сопротивления движению, па которым широко причиняются жидкие, 1консистепт1ные и твердью см,а:3ки, объединяемые обншм понятием «веществен«ы.е.

При примеИе.нии веществеиньгх смазОК в зависимости от режима работьг машины наблюдаются три вида трения. Граничное, которое всегда имеет место при пуске,, реверсе или остановке машины и при работе машины с большой на.груакой при м,алы,х числах оборотов. В таких .случаях масляная адсорбционная пленка чрезвычайно тонка и прерывиста, и поэтому смазка не протекает между трущи-мися поверхностями, что приводит к сильному разогреву и износу контактирующих поверхностей.

Полужидкостное трение устанавливается в местах непосредственного соприкосновения трущихся поверхностей. Сл-о-й см.азки не образует непрерывной масляной пленки и поэтому износ и нагрев, хотя и несколько меньше, чем при гранич:ном трений, однако остаются все еще большими.

Жидкостное трение появляет ся с того %омента, когда смазочный слой 1полностью разделяет трущиеся поверхности. В эт|ОМ случае сухое трение двух контактирующих твердых

пар заменяется внутренним трением в смазочном слое. Это са.мый выгодный режим трения как но расходам энергии на трение, так и по отсутствию износа.. Однако является крайне неустойчивЫМ и 1при изменении

зсловий работы (реверс, резкое изменение нагрузки, колебание температуры, вакуум, радиационное Облучение и т. д.) быстро может сменяться полужидкостным или гранич1ным трением. А при работе без смазки (граничное

и частично полужидкостное трение) любые сочетания металлов дают большой износ.

К основным факторам, отделяющи м износ, принято относить механическое зацепление неровностей поверхностей и их истирание,

местное сваривание, коррозионное и эрозионное воздействие смазки « абразивный износ.

|ПоэтОМу лучшими с физико-механической стороны Я1ВЛЯЮТСЯ такие вещественные смазки, которые обладают наибольшей капиллярной способностью (т. е. способностью проникать в узкий аазор между трущимися поверхностями), наибольшим сопротивлением выдавливанию из зазоров, высокими адгезией, расклинив адащиМ деЙ1Ствием и хим;ической стойкостью и которые при достаточной вя зкости

обеспечивают наимеиьший коэффициент трения.

Однако несмотря на большое количество. вещест,венных смазок, на сегодняшний день не имеется не только одной, но даже смазок, обеснечивающих вышеперечисленные требов ания для всех режимов (луок, рабочий режим, реверс, остановка) и всех условий работы машин. Такими условия являются весь возможный темтературиый диапазон работы (от криогенных температур до темпер.атур белого свечения), искусственный в естествеиный вакуум, радиационное и космическое облучение, химически агрессивные среды, высокие скорости движения и т. ДПредлагаемый оиособ снижения сил сонротивления движению заменяет наиооредственное контактное трение акустическим трением. Свойство невеш.ественности акустической смазки придает ей исключительно ценные качества абсолютных термической, химической, вакуумной и радиальной стойкостей и делает ее нанодверженной влиянию киием атичеокого и динамического факторов. Кроме того, при акустической смазке отсутствуют режимы, характерные для .граничного и полужидкостиого трения, и трущаяся :пара работает в самых выгодных условиях, ооответствуюш,их жидкостно-му Т|ре«ию.

Эффект снижения сил сопротивления движению возникает при контакте двух движущихся элементов, один из которых подвержен возмущающему воздействию ультразвуковото, электромагнитного и т. п. силового ноля, т. е. находится в динамическом состоянии. Этот элемент - .активный трущейся пары, а яругой, не подверженный действию пульсирующего ноля, т. е. находящийся в статическом состоянии, - пассивный элемент трущейся пары.

При кОНтакте активного и пассивного элементов даже при зиачнтельном давлении не происходит их свариваемости или схватывания. В этом случае сухие контактирующие активный и пассивный элементы оказываются как бы обильно смазанными и коэффициент трения скольжения «между ними резко сннжается. При этом не имеет соверЩешю никакого значения, какой тин колебаний (продольные, поперечные или крутильные), какой тип волны (бегущая или стоячая) существуют в активном элементе трущейся нары и ка,кая геометрическая форма придана элементу. Так например, если взять образец круглого или прямоугольного сечения и наложить на него продольные, поперечные или крутильные колебания, то поверхность образца как бы приобретает .свойство «масляяшстости и другое коитактирующее с этой новерХностъю тело легко по ней скользит.

стве пульсирующей э., налагаемой на активный элемент, зльтразвуковой.

Известно, что изменение амплитуды объемаюго смещения по длине акустической волны происходит но закону .косинусоиды. Тогда в любой точке по длине волны (см. фиг. 1) а.мнлитуда объемного смещения, включая 1св.о.е нулевое значение, может быть разложена на

три составляющие Лх, Ау и Л, которые имеют максимум в начале войны, а затем синхронно убывают и приходят к нулевому значению на расстоянии, равно.м Я/4. Указанные составляющие люгут быть заменены соответствующими усилиями РХ, Ру и PZ. РассмотрИ1М действие каждого .из этих усилий на не.которую материальную точку М, имеющую Maiccy dG. Усилие PZ стремится поднять точку. Одиако в связи с наличием сильи Р матернальиая точка М, поднятая силой РХ, будет перемещаться вдоль акустической вол.ны в направлении к точке В, где амплитуда смещения, а следовательно, и все ее соста1вля.ющие равны нулю. Описанное перемещение

точки М .было бы прямолинейны1М, если бы отсутствовала составляющая Ру, действие которой п.а материальную точку М сводится к вращению .последней вокруг направления аку-ст;иче.ской волны..

Бели векторную диаграмму представить в координатах y:z (см. фиг. 2), то нетрудно убедиться в том, что как составляющая PZ, так и со.ставля1ющая Ру .мо от мшновенного положения точки М относительно начала координат (оси акустической волны) всегда будут стремиться удалить от этого начала точку М. При этом равнодейст1ву1ющая этих .сил всегда будет радиально направлен.1ГОЙ и поэтому будет стремиться эксцентричную пару «вал-цапфа привести к KOHueHTpHситету (см. фиг. 3), создавая при этом равный зазор во всех направлениях. (При использовании крутильных или /поперечньж ультразвуковых колебаний происходит усиление

эффекта акустической смазки, так как при этих колебаниях составляющая РХ отсутствует, ,а следовательно .е акустической энергии используется на совдаиие эффекта, смазки (составляющие Ру иРг).

С применением вещественной см.азки описа.н.ное со1стояние концентриситета наступает при бесконечно большом (ЧИсле Оборотов, что практически пи.когда не мо.жет .быть достигнуто.

Так как при акустической смазке состояние концентриситета цапфы и подшипника наступает сразу же посл.е подачи ультразвука, то это позволяет исключить неиз1бе.жные для вещественной смазки граничное и нолужидкостное трение и сразу со.здать релсим, свойствен.ный для жидкостного трения. .При этом режим работы (ревер.с и изменение числа оборотов, удельного давления и других физических факторов) н.е будет влиять на хаОпосой осуществляется следующим образом.

К валу или цапфе, к Обрзбатываемому изделию или инструменту, т. е. к одному из элем.еитов трущейся пары присоединяется источник ультразвуковых колебаний, напри1мер магнитострикционньш преобразователь (магнитостриктор). Активный элемент трущейся пары должен иметь длину, кранную половиг(е длины волны звука в материале, из которого выоолиен этот элемент.

В каждОЛ конкретном случа е решают, какой из элементов трущейся иары по условиям колетР|укции может быть активным. Амплитуда, -колебаний должна быть вьибрана такой, чтобы она была несколько больше суммы высот микронер0:вностей поверхностей цапфы и вклады.ша, период - в отношении простых чисел к частоте собственных колебаний системы, а мощность - из условия поддержания этих масс во взвещеином одна, относителыю другой состоянии.

Для проверки предлагаемого способа смазки ультразвуком были проведены эксперименты, в которых использовалась пара, моделирующая цапфу и подшипнИ:К. С целью создания максимально неблагоприятных условий для трения скольжения и максимально благоприятных для схватывания оба элемен.та трущейся пары :были выполнены из титанового сплава ВТ-3.

Пршщиниальиая схема этой нростой устаповки изображена на фиг. 4, на которой также воспроизведена эпюра амплитуды смещения на длине резонансного образца, равного л/2, где К - длина акустической волиы в даниом материале. В изображенной акустической системе создается стоячая ультразвуковая волна. Так как в этом случае посредине о.бразца амплитуда с-мещения равняется нулю, то кольцо располагается (ближе к узлу ам1плитуды смещения. При бегущей акустическон волне место расположения кольца не имеет значения.

Посредством рычага 1, соотношение плеч которого АО: О В 2:1, втулка 8 усилием Р прижимается к образцу 3, который своим резьбовы.м хвостовиком ввинчивается в концентратор 4, жестко соединенный магнитострикторо.м 5. За счет жесткой резьбовой связи создается единая акустическая система, «образец-концентратор-преобразователь, которая в горизонтальном положении намертво крепится к основанию 6. Силопередающий рычаг АВ шарнирно 1соединяет1ся с опорой О. Это позволяет осуществлять его некоторое угловое перемещение. Поскольку последний шарнирно (посредством штифта и паза) связан со втулкой 2, то она при угловом перемещении рычага получает осевое смещение в ту или иную сторону (см. фиг. 1 вид А.

воздействии это перемещение осуществляется лелко или .даже происходит са.мопроизвольно в сторону узла амплитуды. Значительное облегчение осевого перемещения пассивного кольца, прижатого усилием Р к активному образцу, .можно объяснить только эффeктo i уменьшения коэффициента трения под действием пульсирующего потока энергии, например, ультразвукового.

10

Предмет и з об р е т е н и я

1. Способ снижения сил сопротивления движению в условиях сухого трения, отличающийся тем, что в пространство между трущимися поверхностями вводят пульсирующий поток энергии, амплитуду колебаний которого выбирают из условий Oi6pa3OBaHnfl между трущимися поверхиостями зазора, несколько превыщающсго их микранеровности, период - в отношеяши простых чисел к частоте Собствениых колебаний системы из взаимодействую1ЦИХ масс, а мощность - из условия поддержания этих масс во взвешенном одна относительно другой состоянии, для чего на одну или обе взаимодействующие массы (налагают возмущающее воздействие ультразвукового, электромагнитного и т.п. силового поля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при воздействии пульсирующим потоком эпергии на обе взаимодействующие массы колебания сдвигают по фазе на 180°.,

35

40

45

50

55

60 А

,,

Риг f