Помощь студентам в учебе
Снижение усталостного износа подшипников качения кронблока применением модифицированных смазочных материалов.
|
Введение 5
1 Исследование вопросов долговечности подшипниковых опор кронблока 7
1.1 Устройство и условия эксплуатации кронблока 7
1.2 Подшипниковая опора кронблока 10
1.3 Причины выхода из строя подшипниковых опор кронблока 12
1.4 Методы повышения срока службы подшипников качения 17
1.4.1 Общие методы повышения долговечности 17
1.4.2 Модифицированный смазочный материал 22
1.5 Смазочные материалы с ультрадисперсными добавками 38
1.6 Вывод по главе 1 44
2 Влияние усталостных процессов на долговечность подшипников качения ...45
2.1 Понятие механической усталости 45
2.2 Механизм усталостного разрушения 47
2.3 Виды усталостных разрушений 50
2.4 Влияние сил трения на процессы усталости 56
2.5 Вывод по главе 2 61
3 Расчеты подшипника качения при смазывании пластичными смазочными
материалами 62
3.1 Расчет площадки контакта ролик/кольцо 62
3.2 Расчет режима смазки подшипника качения 73
3.3 Расчет долговечности подшипника качения 75
3.4 Вывод по главе 3 79
Заключение 80
Список использованных источников
1 Исследование вопросов долговечности подшипниковых опор кронблока 7
1.1 Устройство и условия эксплуатации кронблока 7
1.2 Подшипниковая опора кронблока 10
1.3 Причины выхода из строя подшипниковых опор кронблока 12
1.4 Методы повышения срока службы подшипников качения 17
1.4.1 Общие методы повышения долговечности 17
1.4.2 Модифицированный смазочный материал 22
1.5 Смазочные материалы с ультрадисперсными добавками 38
1.6 Вывод по главе 1 44
2 Влияние усталостных процессов на долговечность подшипников качения ...45
2.1 Понятие механической усталости 45
2.2 Механизм усталостного разрушения 47
2.3 Виды усталостных разрушений 50
2.4 Влияние сил трения на процессы усталости 56
2.5 Вывод по главе 2 61
3 Расчеты подшипника качения при смазывании пластичными смазочными
материалами 62
3.1 Расчет площадки контакта ролик/кольцо 62
3.2 Расчет режима смазки подшипника качения 73
3.3 Расчет долговечности подшипника качения 75
3.4 Вывод по главе 3 79
Заключение 80
Список использованных источников
Талевый механизм или талевая система — грузонесущая часть буровой установки - представляет собой полиспаст, состоящий из кронблока и талевого блока, огибаемых стальным канатом.
Кронблок - неподвижная часть талевой системы, предназначен, в основном, для проведения спускоподъемных операций.
Основными деталями кронблока являются: рама, ось, шкивы, закрепленные на конических роликоподшипниках, кожух для защиты.
Долговечность машины зависит от совокупности влияния разнообразных факторов, которые проявляются на всех этапах ее создания и эксплуатации. Так же долговечность машины зависит от каждого ее элемента и детали. Долговечность кронблока в большей степени зависит от состояния шкивов и их канавок, а так же подшипников, так как они испытывают большие реверсивные нагрузки. Подшипники подвергаются большому износу, и в работе будет рассмотрено повышение их долговечности.
Подшипниковые узлы являются важнейшими структурными составляющими машин. Как правило, потеря работоспособности машин происходят из-за отказов подшипниковых узлов.
Преимуществом использования подшипников качения является малый коэффициент трения, пониженный расход смазочного материала и упрощенная система смазки. Конструкция подшипников качения позволяет изготавливать их как общедоступную стандартную продукцию с полной взаимозаменяемостью, что естественно значительно снижает стоимость при производстве. Подшипники качения можно применять в широком диапазоне температур и при больших нагрузках.
Причины выхода подшипников из строя могут быть самыми разными: высокие нагрузки, неэффективные уплотнения, а следовательно, загрязнение, дефекты при монтаже, неудовлетворительное смазывание или неправильно подобранный смазочный материал.
Наиболее часто повреждения связаны с нормальным процессом усталости.
Износостойкость подшипниковых узлов трения, во многом определяется качеством и свойствами применяемого смазочного материала, параметрами контактирующих поверхностей деталей, и физико-механическими свойствами поверхностного слоя, а так же характером эксплуатационных режимов работы.
Недостаточная износостойкость подшипниковых узлов трения вызывает отказы, которые возникают при наработках от 30 до 60% от общей наработки до предельно состояния машины или механизма в целом. Вследствие этого совершенно необходимо повышать ресурс работы подшипников качения.
Повышение ресурса работы подшипников качения связано со снижением их усталостного износа. Одним из вариантов решения этой задачи является улучшение качества применяемых смазочных материалов за счет введения в их состав высокоэффективных твердых добавок.
Влияние смазочного материала на повышение срока службы подшипников качения отражено в работах Д.Н. Гаркунова, Д.С. Коднира, В.И. Пинегина, В.В. Синицына и других.
Актуальность представленной темы состоит в том, что работа машин и механизмов невозможна без использования подшипниковых опор, количество которых в механизмах велико, а повышение их срока службы необходимо для повышения надежности машин и механизмов.
Улучшение эксплуатационных показателей применяемых смазочных материалов в настоящее время является наиболее развивающимся и эффективным методом повышения срока службы подшипников на стадии эксплуатации. Вследствие этого, целью данной работы является снижение усталостного износа подшипников качения кронблока за счет применения смазочного материала с различными добавками.
Кронблок - неподвижная часть талевой системы, предназначен, в основном, для проведения спускоподъемных операций.
Основными деталями кронблока являются: рама, ось, шкивы, закрепленные на конических роликоподшипниках, кожух для защиты.
Долговечность машины зависит от совокупности влияния разнообразных факторов, которые проявляются на всех этапах ее создания и эксплуатации. Так же долговечность машины зависит от каждого ее элемента и детали. Долговечность кронблока в большей степени зависит от состояния шкивов и их канавок, а так же подшипников, так как они испытывают большие реверсивные нагрузки. Подшипники подвергаются большому износу, и в работе будет рассмотрено повышение их долговечности.
Подшипниковые узлы являются важнейшими структурными составляющими машин. Как правило, потеря работоспособности машин происходят из-за отказов подшипниковых узлов.
Преимуществом использования подшипников качения является малый коэффициент трения, пониженный расход смазочного материала и упрощенная система смазки. Конструкция подшипников качения позволяет изготавливать их как общедоступную стандартную продукцию с полной взаимозаменяемостью, что естественно значительно снижает стоимость при производстве. Подшипники качения можно применять в широком диапазоне температур и при больших нагрузках.
Причины выхода подшипников из строя могут быть самыми разными: высокие нагрузки, неэффективные уплотнения, а следовательно, загрязнение, дефекты при монтаже, неудовлетворительное смазывание или неправильно подобранный смазочный материал.
Наиболее часто повреждения связаны с нормальным процессом усталости.
Износостойкость подшипниковых узлов трения, во многом определяется качеством и свойствами применяемого смазочного материала, параметрами контактирующих поверхностей деталей, и физико-механическими свойствами поверхностного слоя, а так же характером эксплуатационных режимов работы.
Недостаточная износостойкость подшипниковых узлов трения вызывает отказы, которые возникают при наработках от 30 до 60% от общей наработки до предельно состояния машины или механизма в целом. Вследствие этого совершенно необходимо повышать ресурс работы подшипников качения.
Повышение ресурса работы подшипников качения связано со снижением их усталостного износа. Одним из вариантов решения этой задачи является улучшение качества применяемых смазочных материалов за счет введения в их состав высокоэффективных твердых добавок.
Влияние смазочного материала на повышение срока службы подшипников качения отражено в работах Д.Н. Гаркунова, Д.С. Коднира, В.И. Пинегина, В.В. Синицына и других.
Актуальность представленной темы состоит в том, что работа машин и механизмов невозможна без использования подшипниковых опор, количество которых в механизмах велико, а повышение их срока службы необходимо для повышения надежности машин и механизмов.
Улучшение эксплуатационных показателей применяемых смазочных материалов в настоящее время является наиболее развивающимся и эффективным методом повышения срока службы подшипников на стадии эксплуатации. Вследствие этого, целью данной работы является снижение усталостного износа подшипников качения кронблока за счет применения смазочного материала с различными добавками.
Подшипники качения, установленные в подшипниковом узле кронблока, испытывают большие нагрузки, причем эти нагрузки циклические и знакопеременные. Поэтому, подшипники качения подвергаются повышенному износу, который имеет усталостный характер. Задача повышения износостойкости подшипников качения может быть решена конструктивно, либо на стадии эксплуатации. Долговечность подшипникового узла связана с увеличением сроков службы пластичных смазочных материалов.
Основная функция ПСМ для подшипников качения - это снижение сил трения на контакте тел качения и кольцами, ввиду того, что силы трения непосредственно влияют на интенсивность износа. Большое внимание уделяется антифрикционным и противоизносным свойствам пластичных смазочных материалов, которые они приобретают за счет твердых добавок и присадок.
В процессе выполнения работы были определены наиболее эффективные компоненты, используемые в качестве добавок к пластичным смазочным материалам:
- металлоплакирующие добавки (мелкодисперсные порошки мягких металлов, например меди и их солей);
- ультрадисперсные добавки (фуллерены и фуллереновые сажи, ультрадисперсные порошки алмаза, меди);
- порошковые наполнители слоистых силикатов (порошки минералов семейства серпентинитов), однако их положительный эффект изучен лишь в теории и в ходе экспериментов.
В работе решались задачи повышения работоспособности подшипников качения, устанавливаемых в кронблоке, путем снижения усталостного износа за счет использования модифицированного пластичного смазочного материала. Решение задач связывалось с оценкой влияния процессов усталости на работу подшипников качения, определением режима смазки исследуемых подшипников качения, а так же повышением эксплуатационных свойств пластичных смазочных материалов за счет различных добавок.
Усталостный износ является основной причиной потери работоспособности подшипников качения. Обобщая многие современные теоретические представления и экспериментальные данные, можно отметить, что процессы зарождения и развития усталостных повреждений обусловлены явлениями генерирования, перемещения и накопления подвижных дефектов в теле при его циклическом деформировании. В работе приведен механизм усталостного разрушения, а так же виды износоусталостных повреждений.
Для подшипников качения характерна контактная усталость. Существует два характерных вида поверхностного разрушения при контактной усталости: образование питтингов и изнашивание отслаиванием.
Условия образования поверхностных разрушений при контактной усталости и процессы их развития зависят от схемы контактного нагружения и от условий контакта. В работе была рассчитана площадка контакта, применительно к исследуемым подшипникам качения, устанавливаемым в кронблоке, в результате чего были определены давление и напряжение на площадке контакта, а так же геометрия площадки.
Основные результаты работы сводятся к описанию процессов усталости, действующих в подшипники качения, их влиянию на работоспособность, а так же предложению путей снижения усталости за счет различных добавок в пластичный смазочный материал.
В работе было рассчитано значение параметра, по которому был определен режим смазки исследуемых подшипников качения. В результате, был определен режим смешанного трения - сочетания граничного и жидкостного. При таком режиме смазки происходит изнашивание поверхности. Данный расчет режима смазки еще раз подтвердил необходимость снижения усталостного износа в подшипниках качения.
Как видно из расчета долговечности подшипника качения, так же приведенного в работе, ресурс работы подшипника качения напрямую зависит от смазочного материала, при этом значение имеет вязкость смазочного материала и влияние присадок в смазочном материале.
Таким образом, поставленные в работе задачи решены в полном объеме.
Применение различных добавок для улучшения свойств смазочных материалов стало основным направлением в области разработки новых ПСМ. Для подбора добавок необходимы исследования в области влияния добавок на реологические свойства смазочных материалов и на механохимические свойства материалов пары трения, а так же оценка эффективного процентного содержания добавки в смазочном материале. Одним из перспективных направлений разработки новых ПСМ являются смазочные материалы с ультрадисперсными добавками.
Основная функция ПСМ для подшипников качения - это снижение сил трения на контакте тел качения и кольцами, ввиду того, что силы трения непосредственно влияют на интенсивность износа. Большое внимание уделяется антифрикционным и противоизносным свойствам пластичных смазочных материалов, которые они приобретают за счет твердых добавок и присадок.
В процессе выполнения работы были определены наиболее эффективные компоненты, используемые в качестве добавок к пластичным смазочным материалам:
- металлоплакирующие добавки (мелкодисперсные порошки мягких металлов, например меди и их солей);
- ультрадисперсные добавки (фуллерены и фуллереновые сажи, ультрадисперсные порошки алмаза, меди);
- порошковые наполнители слоистых силикатов (порошки минералов семейства серпентинитов), однако их положительный эффект изучен лишь в теории и в ходе экспериментов.
В работе решались задачи повышения работоспособности подшипников качения, устанавливаемых в кронблоке, путем снижения усталостного износа за счет использования модифицированного пластичного смазочного материала. Решение задач связывалось с оценкой влияния процессов усталости на работу подшипников качения, определением режима смазки исследуемых подшипников качения, а так же повышением эксплуатационных свойств пластичных смазочных материалов за счет различных добавок.
Усталостный износ является основной причиной потери работоспособности подшипников качения. Обобщая многие современные теоретические представления и экспериментальные данные, можно отметить, что процессы зарождения и развития усталостных повреждений обусловлены явлениями генерирования, перемещения и накопления подвижных дефектов в теле при его циклическом деформировании. В работе приведен механизм усталостного разрушения, а так же виды износоусталостных повреждений.
Для подшипников качения характерна контактная усталость. Существует два характерных вида поверхностного разрушения при контактной усталости: образование питтингов и изнашивание отслаиванием.
Условия образования поверхностных разрушений при контактной усталости и процессы их развития зависят от схемы контактного нагружения и от условий контакта. В работе была рассчитана площадка контакта, применительно к исследуемым подшипникам качения, устанавливаемым в кронблоке, в результате чего были определены давление и напряжение на площадке контакта, а так же геометрия площадки.
Основные результаты работы сводятся к описанию процессов усталости, действующих в подшипники качения, их влиянию на работоспособность, а так же предложению путей снижения усталости за счет различных добавок в пластичный смазочный материал.
В работе было рассчитано значение параметра, по которому был определен режим смазки исследуемых подшипников качения. В результате, был определен режим смешанного трения - сочетания граничного и жидкостного. При таком режиме смазки происходит изнашивание поверхности. Данный расчет режима смазки еще раз подтвердил необходимость снижения усталостного износа в подшипниках качения.
Как видно из расчета долговечности подшипника качения, так же приведенного в работе, ресурс работы подшипника качения напрямую зависит от смазочного материала, при этом значение имеет вязкость смазочного материала и влияние присадок в смазочном материале.
Таким образом, поставленные в работе задачи решены в полном объеме.
Применение различных добавок для улучшения свойств смазочных материалов стало основным направлением в области разработки новых ПСМ. Для подбора добавок необходимы исследования в области влияния добавок на реологические свойства смазочных материалов и на механохимические свойства материалов пары трения, а так же оценка эффективного процентного содержания добавки в смазочном материале. Одним из перспективных направлений разработки новых ПСМ являются смазочные материалы с ультрадисперсными добавками.