Определение износа эластичных металлопластмассовых и баббитовых подшипников скольжения в условиях частых пусков и остановок под нагрузкой

УДК 621.822.5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗНОСА ЭЛАСТИЧНЫХ МЕТАЛЛОПЛАСТМАССОВЫХ И БАББИТОВЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЧАСТЫХ ПУСКОВ И ОСТАНОВОК ПОД НАГРУЗКОЙ

© 2007 Ю.И. Байбородов

Самарский государственный аэрокосмический университет

Приведены результаты экспериментальных исследований по определению износа баббитовых и эластичных металлопластмассовых (ЭМП) подшипников скольжения, работающих в условиях частых пусков и остановок ротора при высокой удельной нагрузке. Установлено физическое обоснование влияния эластоэффекта на повышение износостойкости ЭМП подшипников по сравнению с баббитовыми подшипниками скольжения. Указаны промышленные объекты, на которых были проведены натурные испытания ЭМП подшипников скольжения, доказавшие высокую работоспособность и износостойкость новых, «мягких» ЭМП подшипников скольжения.

Известно, что подшипники скольжения жидкостного трения при установившемся непрерывном режиме способны работать многие десятки тысяч часов без признаков существенного износа.

Однако долговечность опор скольжения в ряде случаев определяется не длительностью непрерывной работы, а числом пусков и остановов вала. Если учесть, что в первые мгновения пуска подшипник работает в режиме граничного трения, то естественно, что большое число пусков и остановов вала может оказывать большое влияние на износ и долговечность подшипника.

С целью определения пусковой работоспособности к износостойкости было проведено сравнительное испытание эластичных металлопластмассовых [1], [2], [3] и баббитовых подшипников скольжения при частых пусках и остановах под нагрузкой [4], [5], [6].

В данных испытаниях подшипник был самоустанавливающимся.

Удельная нагрузка в период пусков была 3,2 МПа, количество пусков п = 2000. Период пуска был строго установлен и составлял 10 секунд. За это время обороты вала изменялись от 0 до 2500.

После выхода на режим номинальных оборотов, что соответствовало режиму жидкостного трения, двигатель выключался и вал о станавливался.

Затем следовала выдержка под нагрузкой в течение 15-20 секунд для выдавливания

масла из зоны контакта.

Величина износа оценивалась методом мерных баз [7] с помощью большого инструментального микроскопа БИМ-2.

С этой целью на поверхности трения испытуемых подшипников были нанесены мерные базы (лунка) в трех диаметральных сечениях и семи сечениях вдоль образующей подшипников, расположенных с угловым интервалом 10°. Сечение №№ 4 располагалось в плоскости действия внешней нагрузки, как показано на рис. 1.

На рис. 2 приведены графики износа баббитового подшипника по окружности. На

Рис. 1. Схема расположения мерных баз для определения износа поверхности трения

Л И ллк

Рис. 2. График износа баббитового подшипника

рис. 3 приведены аналогичные графики износа эластичного металлопластмассового подшипника.

Анализ показывает, что абсолютный в наиболее нагруженном сечении, а также суммарный износ баббитового подшипника в 2,5-3 раза больше, чем у эластичного металлопластмассового. Вместе с тем из этих же графиков видно, что в сечениях наиболее удаленных от плоскости действия нагрузки величина износа эластичного металлопластмассового подшипника несколько больше, чем у баббитового.

Такая разница в величине максимального и суммарного износа объясняется разными физическими свойствами баббита и фторопласта.

Существенным фактором, определяющим эту разницу в величине износа, является значительная разница модулей упругости баббита и пластичного металлопластмассового подшипника.

Расчет показывает [8], что при данной схе-

Рис. 4. Схема работы баббитового подшипника при пусках под нагрузкой

Рис. 3. График износа эластичного подшипника

ме сопряжения трущихся пар контактные напряжения в эластичном металлопластмассовом подшипнике в 1,5-2 раза меньше контактных напряжений баббитового подшипника.

Вместе с тем Крагельским И.В. показано [9], что интенсивность износа есть нелинейная функция контактных напряжений:

I ~ рГ *3.

Таким образом, присутствие эластоэф-фекта в подшипниках скольжения положительно сказывается на их износостойкости при частых пусках и остановах вала.

Несколько больший износ эластичного подшипника по сравнению с баббитовым в наиболее удаленном сечении от плоскости действия нагрузки также объясняется деформацией эластичного вкладыша под действием внешней нагрузки, как показано на рис. 4 и 5.

В связи с тем, что модуль упругости эластичного подшипника на порядок меньше, чем у баббитового подшипника, угол контакта (ширина контактной площадки) у эластичного подшипника в несколько раз больше, чем у баббитового. Это обстоятельство при-

Рис. 5. Схема работы эластичного подшипника при пусках под нагрузкой

Таблица. Объекты испытаний и параметры

№ Объект Конструкция Коли- d L P, и т, Дата

опоры чество вала, под., МН/м м/с час.

опор мм мм 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 Редуктор Подшипник 2 170 180 2,403 17,8 350 июнь -

№ 1 МР+Фторо- октябрь

пласт 4Д 1965г.

2 Редуктор Подшипник 2 60 65 - 31,4 250 октябрь

№ 2 МР+Фторо- 4 90 65 2,766 14,2 250 1968г.

пласт 4Д 4 90 85 2,658 14,2 250 февраль

2 120 119 2,148 12,3 250 1969г.

3 Редуктор Подшипник 2 60 65 - 31,4 500 июнь

№ 3 МР+Фторо- 4 90 65 2,766 14,2 500 1969г.

пласт 4Д 4 90 85 2,658 14,2 500 декабрь

2 120 119 2,148 12,3 500 1970г.

4 Редуктор Подшипник 6 190 78 2,344 16,7 10 июнь

№ 4 МР+Фторо- 6 190 146 3,894 16,7 10 1971г.

пласт 4Д

5 Редуктор Подшипник 6 190 78 2,344 16,7 50 сентябрь

№ 5 МР+баббит 6 190 146 3,894 16,7 50 1971г.

6 Масло- Подшипник 2 52 52 3,021 50 март -

агрегат МР+Фторо- 2 52 52 3,021 5,55 50 апрель

пласт 4Д 1971г.

5,55

7 Масло- Подпятник 1 16x98 - 0,696 7,8 50 сентябрь

агрегат МР+ФТ-ст 1971г.

ФКН-7

8 Насос Подпятник 1 - 2,913 11,5 1680 ноябрь

откачки МР+Фт-ст 1 260x50 - 2,913 11,5 1680 1970г.

№ 4 4К-20 1 0 - 2,913 11,5 1680 март

1 - 2,913 11,5 1680 1971г.

9 Турбо- Подшипник 1 50 42 0,981 55 20 декабрь

компрессор МР+Фторо- 1 50 42 0,981 55 20 1971г.

ТК-38 пласт 4Д

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 Насос Подпятник 1 260x50 - 5,395 11,5 3866 октябрь

откачки МР+Фторо- 1 0 - 5,395 11,5 3866 1972г.

№ 3 пласт 4Д 1 - 5,395 11,5 3866 II

1 - 5,395 11,5 3866 1974г.

11 Эмальма- МР+ВНИИН 72 25 15 1,962 8600 1971-

шина К-20 П-207 0,05 1973г.

№ 3

12 Изолиро- МР+Брайт- 6 50 90 3,924 8000 1971-

ванная сток 0,20 1974г.

машина

ИЖ-32

13 Насос Подпятник 1 260x50 - 9,025 11,5 2024 июль

откачки открытого 1 0 - 9,025 11,5 2024 1973г.

№ 4 типа 1 - 9,025 11,5 2024 февраль

МР+фторо- 1 - 9,025 11,5 2024 1974г.

пласт

АМИМ-15М

Рис. 6. Интенсивность износа баббитового и эластичного металлопластмассового (ЭМП) подшипников скольжения при пусках под нагрузкой

водит к тому, что в момент трогания вала сечения №2 1 и №2 7 находятся в непосредственном контакте с валом и подвергаются износу, в то время как в баббитовом подшипнике сечения № 1 и № 7 практически не соприкасаются с валом.

Немаловажным фактором, определяющим пусковую долговечность и износостойкость подшипника, является интенсивность износа после приработки.

На рис. 6 показан график интенсивности износа баббитового и эластичного металлопластмассового подшипника в зависимости от количества пусков по сечению № 4.

Анализ показывает, что с увеличением приработки (количества пусков) интенсивность износа уменьшается и особенно резко в первые пуски после начала испытаний.

На основании проведенной работы в дальнейшем были разработаны, наготовлены и испытаны на натурных промышленных изделиях эластичные металлопластмассовые подшипники и подпятники скольжения. Полученные результаты приведены в табл.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.С. № 186225 СССР. Трехслойный под-

шипник скольжения / Сойфер А.М., Код-нир Д.С., Байбородов Ю.И.

2. А.С. № 193230 СССР. Вкладыш подшип-

ника скольжения / Байбородов Ю.И.

3. А.С. № 273081 СССР. Подпятник / Байбородов Ю.И., Данильченко А.И.

4. Испытание на износ баббитовых и эластич-

ных подшипников скольжения в условиях пусков под нагрузкой; Отчет о НИР / Куйбышевский авиационный институт (КуАИ); Руководитель Байбородов Ю.И.; лаборатория № 1; инв. № 1А/6506 - Куйбышев, 1964.

5. Определение износа баббитовых и эластичных подшипников скольжения методом искусственных баз; Отчет о НИР / КуАИ; Руководитель Байбородов Ю.И.; лаборатория № 1; инв. № 1А/6606 - Куйбышев, 1964.

6. БайбородовЮ.И., КоднирД.С. Разработка и экспериментальное исследование металло-пластмассовых эластичных подшипников скольжения // Труды III Всесоюзной научно-технической конференции по применению полимерных материалов в машиностроении, 1966, НИИМАШ. Полимеры в машинах. С-IX. Новые материалы в машиностроении.

7. Хрущев М.М., Беркович E.С. Определение износа деталей машин методом искусственных баз. М.: Издательство АН СССР, 1959.

8. Платонов В. Ф. Подшипники из полиамидов. М.: Машгиз, 1961.

9. Крагельский И.В., Алисин В.В. Расчет интенсивности изнашивания материалов. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. Книга 1. M.: Машиностроение, I978.

DETERMINATION OF WEAR IN ELASTIC METALPLASTIC SLIDING BEARINGS UNDER CONDITIONS OF FREQUENT START-UPS AND STOPS OF THE ROTOR UNDER LOADING

© 2007 Yu.I. Bayborodov

Samara State Aerospace University

Results of experimental researches by determination of wear of Babbit and elastic metalplastic (EMP) sliding bearings, working in conditions of frequent start-ups and stops of the rotor at a high specific loading, are established. The physical substantiation of influence of elastoeffect to EMP bearings wear resistance increasing in comparison with babbit sliding bearings is established. Industrial bodies where EMP sliding bearings trials were performed and proved high working capacity and wear resistance of the new «soft» EMP sliding bearings are indicated.