Расчетная оценка возможности применения подшипников скольжения из пористого стеклопластика в составе опорного катка гусеничного движителя

Александр Викторович Безмельницын

Аннотация


В настоящее время в опорных катках тихоходных гусеничных движителей применяются подшипники скольжения с антифрикционными втулками из дорогостоящих сплавов цветных металлов. Возможной альтернативой могут стать более дешевые композитные втулки на основе пористого стеклопластика, полученные радиальной намоткой. Они выдерживают высокие нагрузки и могут работать в условиях ограниченной маслоподачи, используя смазочный материал, содержащийся в открытых порах втулки. Из-за пористой структуры втулки имеют низкую жесткость в радиальном направлении, что способствует
образованию развитой площадки контакта со стальным валом. Низкие контактные нормальные и касательные напряжения приводят к снижению износа вала. Фактором, ограничивающим применение композитной втулки, является ее низкая межслойная прочность. По этой причине актуальной становится задача определения максимальных радиальных и сдвиговых напряжений, возникающих в процессе эксплуатации узла трения для расчетной оценки его работоспособности.
В экспериментальной части работы для композитной втулки из пористого стеклопластика были найдены коэффициенты трения покоя и скольжения. Используя расчетно-экспериментальный метод, найдено критическое межслойное сдвиговое напряжение, приводящее к разрушению стеклопластика.
В расчетной части представлена разработанная численная модель, позволяющая определить напряженно-деформированное состояние антифрикционных втулок в составе опорного катка трубоукладчика ТР-20. Используя численное моделирование в пакете ANSYS Workbench, для втулок из стеклопластика и бронзы были найдены картины распределения нормальных напряжений по поверхности контакта с валом. Получены зависимости значения максимального нормального напряжения от величины радиального зазора между валом и втулкой. Установлено, что на величину локальных нормальных напряжений существенное влияние оказывают сама кососимметричность нагружения подшипникового узла, зазоры, обусловленные его сборкой, и зазоры, образующиеся в процессе эксплуатации. Определена максимально допустимая величина радиального зазора между ва-лом и втулками из бронзы и стеклопластика. Расчетным путем установлено, что применение антифрикционных композитных втулок в катках тихоходных гусеничных движителей не только возможно, но и позволяет увеличить значение максимального допускаемого зазора в узле трения.


Ключевые слова


стеклопластик; намотка; прочность на сдвиг; МКЭ; самосмазывающиеся подшипники скольжения; опорный каток

Полный текст:

PDF

Литература


Платонов, В.Ф. Динамика и надежность гусеничного движителя/ В.Ф. Платонов. – М.: Машиностроение, 1973. – 232 с.

Чернавский, С.А. Подшипники скольжения/ С.А. Чернавский. – М.: Машгиз, 1963. – 244 с.

Neale, M.J. The tribology handbook / M.J. Neale. – 2nd ed. – Butterworth-Heinemann, Oxford, 2001. – 582 p.

Полимеры в узлах трения машин и приборов: справ. / Е.В. Зиновьев, A.Л. Левин, М.М. Бо-родулин. – М.: Машиностроение, 1980. – 203 с.

McKeen, L.W. Fatigue and tribological properties of plastics and elastomers / L.W. McKeen. – 2nd ed. – Butterworth-Heinemann, Oxford, 2010. – 312 p.

Влияние технологических условий намотки на свойства полимерных композиционных материалов/ С.П. Захарычев, В.А. Иванов, Д.В. Отмахов и др. // Вестник ТОГУ. Технические науки. – 2010. – №1 (16). – С. 55–64.

Analysis and control of the compaction force in the composite prepreg tape winding process for rocket motor nozzles / X. He, Y. Shi, C. Kang, T. Yu // Chinese Journal of Aeronautics. – 2017. – Vol. 30. – P. 836–845. DOI: 10.1016/j.cja.2016.07.004

Справочник по композитным материалам в двух книгах/ под ред. Дж. Любина. – М.: Машиностроение, 1988. – Кн. 1. – 447 с.

Vasiliev, V.V. Advanced Mechanics of Composite Materials and Structural Elements / V.V. Vasiliev, E.V. Morozov. – 3rd ed. – Elsevier, 2013. – 816 p.

Основы трибологии(трение, износ, смазка) / А.В. Чичинадзе, Э.Д. Браун, Н.А. Буше и др. – 2-е изд. перераб., и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 664 с.

Когаев, В.П. Прочность и износостойкость деталей машин/ В.П. Когаев, Ю.Н. Дроздов. – М.: Высш. шк., 1991. – 319 с.

Litwin, W. Influence of local bush wear on water lubricated sliding bearing load carrying capacity / W. Litwin // Tribology International. – 2016. – Vol. 103. – P. 352–358. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.06.044

Abdelbary, A. Wear of polymers and composites / A. Abdelbary. – Elsevier, Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2014. – 223 p.

Исследование характеристик армированных реактопластов при изготовлении подшипников скольжения методом послойной намотки/ Р.С. Зиновьев, В.Я. Савицкий, Ю.А. Мережко, В.С. Ивановский// Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. Машиностроение и машиноведение.– 2013. – №4 (28). – С. 140–155.

Delamination analysis of multi-angle composite curved beams using an out-of-autoclave material / K.-H. Nguyen, H.-W. Ju, V.-H. Truong, J.-H. Kweon // Composite Structures. – 2018. – Vol. 183. – P. 320–330. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.03.078

Experimental research into interlaminar tensile strength of carbon/epoxy laminated curved beams / D. Ranza, J. Cuarterob, A.Miravetec, R. Miralbesa // Composite Structures. – 2017. – Vol. 164. – P. 189–197. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.12.010

Аношкин, А.Н. Теория и технология намотки конструкций из полимерных композицион-ных материалов/ А.Н. Аношкин. – Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, 2003. – 118 с.

Тарнопольский, Ю.М. Методы статических испытаний армированных пластиков/ Ю.М. Тарнопольский, Т.Я. Кинцис. – М.: Химия, 1981. – 272 с.

Зиновьев, Р.С. Оценка прочности и жесткости вкладышей подшипников скольжения из стеклопластика/ Р.С. Зиновьев, С.Б. Сапожников, А.В. Безмельницын// Композиты и наноструктуры. – 2012. – №3. – С. 10–18.

Безмельницын, А.В. Многомасштабное моделирование и анализ механизма возникновения технологических межслойных напряжений в толстостенных кольцах из стеклопластика/ А.В. Безмельницын, С.Б. Сапожников// Вестник ПНИПУ. Механика. – 2017. – №2. – С. 5–22.

Машиностроение: энцикл. в сорока томах. Т. II-3: Цветные металлы и сплавы. Компо-зитные металлические материалы/ К.В. Фролов[и др.]. – М.: Машиностроение, 2001.– 780 с.

Сорокин, В.Г. Стали и сплавы. Марочник/ В.Г. Сорокин, М.А. Гервасьев. – М.: Интермет Инжиниринг, 2001. – 608 с.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.