Frontier Materials & Technologies. 2022; : 9-17
Повышение износостойкости радиального подшипника c нестандартным опорным профилем и полимерным покрытием на поверхности вала с учетом зависимости вязкости от давления
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-4-9-17Аннотация
Статья посвящена разработке и анализу модели движения истинно вязкого смазочного материала в рабочем зазоре радиального подшипника скольжения с нестандартным опорным профилем, имеющим на поверхности вала фторопластсодержащее композиционное полимерное покрытие с канавкой. Новые модели получены на базе классических уравнений в приближении для «тонкого слоя» и уравнения неразрывности, описывающих ламинарный режим движения смазочного материала с вязкими реологическими свойствами. Результаты проведенного численного анализа полученных моделей позволили получить количественную оценку эффективности опорного профиля подшипниковой втулки и вала с полимерным покрытием с осевой канавкой. Для завершения комплекса исследований и верификации теоретических разработок были выполнены экспериментальные исследования. Новизна работы заключается в конкретизации методики инженерных расчетов, позволяющей оценить величину основных триботехнических параметров радиального подшипника скольжения (гидродинамического давления, нагрузочной способности и коэффициента трения), а также расширить область практического применения разработанных инженерных расчетов. Конструкция радиального подшипника с полимерным покрытием, канавкой шириной 3 мм и специальным опорным профилем обеспечила стабильное всплытие вала на гидродинамическом клине, что экспериментально подтвердило правильность результатов теоретических исследований подшипников скольжения диаметром 40 мм при скорости скольжения 0,3–3 м/с и нагрузке 13–65 МПа.
Список литературы
1. Кохановский В.А., Камерова Э.А. Фторопластсодержащие композиционные покрытия в смазочных средах // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2014. № 1. С. 34–37. EDN: RVQGBD.
2. Кохановский В.А., Камерова Э.А. Трение полимерных покрытий в жидких смазочных средах // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2014. № 4. С. 17–20. EDN: SBJMAT.
3. Камерова Э.А., Власенко И.Б., Снежина Н.Г., Оганесян П.А. Методика исследования влияния жидких сред на фторопластсодержащие антифрикционные покрытия // Уральский научный вестник. 2014. № 21. С. 137–142.
4. Павлычева Е.А. Разработка полимерной композиции для получения защитного покрытия на металлических поверхностях // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2022. № 2. С. 33–36. DOI: 10.17513/mjpfi.13355.
5. Кондрашов С.В., Шашкеев К.А., Петрова Г.Н., Мекалина И.В. Полимерные композиционные материалы конструкционного назначения с функциональными свойствами // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 405–419. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-405-419.
6. Кузнецов А.А., Семенова Г.К., Свидченко Е.А. Конструкционные термопласты как основа для самосмазывающихся полимерных композиционных материалов антифрикционного назначения // Вопросы материаловедения. 2009. № 1. С. 116–126. EDN: KUAIKL.
7. Негматов С.С., Абед Н.С., Саидахмедов Р.Х. и др. Исследование вязкоупругих и адгезионно-прочностных свойств и разработка эффективных вибропоглощающих композиционных полимерных материалов и покрытий машиностроительного назначения // Пластические массы. 2020. № 7–8. С. 32–36. DOI: 10.35164/0554-2901-2020-7-8-32-36.
8. Брянский А.А., Башков О.В., Белова И.В., Башкова Т.И. Исследование развивающихся повреждений при изгибном нагружении полимерных композиционных материалов и их идентификация методом акустической эмиссии // Frontier Materials & Technologies. 2022. № 2. С. 7–16. DOI: 10.18323/2782-4039-2022-2-7-16.
9. Wen S.-Z., Zhong S.-D., Kan W.-Q., Zhao P.-S., He Y.-C. Experimental and theoretical investigation on the hydrochromic property of Ni(II)-containing coordination polymer with an inclined 2D–3D polycatenation architecture // Journal of Molecular Structure. 2022. Vol. 1269. Article number 133753. DOI: 10.1016/j.molstruc.2022.133753.
10. Jin L., Cao W., Wang P., Song N., Din P. Interconnected MXene/Graphene network constructed by soft template for multi-performance improvement of polymer composites // Nano-Micro Letters. 2022. Vol. 14. № 1. Article number 133. DOI: 10.1007/s40820-022-00877-7.
11. Robertson B.P., Calabrese M.A. Evaporation-controlled dripping-onto-substrate (DoS) extensional rheology of viscoelastic polymer solutions // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. № 1. Article number 4697. DOI: 10.1038/s41598-022-08448-x.
12. Иваночкин П.Г., Больших И.В., Талахадзе Т.З., Больших Е.П. Применение антифрикционных полимерных композиционных полимерных покрытий в тормозной рычажной передаче локомотивов // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2022. № 1. С. 16–22. DOI: 10.46973/0201-727X_2022_1_16.
13. Ivanochkin P.G., Manturov D.S., Danilchenko S.A., Karpenko K.I., Ivanochkina T.A. Study on the effect of the sealers on the steel surface layer modified by electrical discharge machining // Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316 SSP. P. 713–719.
14. Брянский А.А., Башков О.В. Идентификация источников акустической эмиссии в полимерном композиционном материале в условиях циклического растяжения // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021. № 3. С. 19–27. DOI: 10.18323/2073-5073-2021-3-19-27.
15. Saha S., Adachi Y. Shielding behavior of electrokinetic properties of polystyrene latex particle by the adsorption of neutral poly (ethylene oxide) // Journal of Colloid and Interface Science. 2022. Vol. 626. P. 930–938. DOI: 10.1016/j.jcis.2022.06.154.
16. Иваночкин П.Г., Суворова Т.В., Данильченко С.А., Новиков Е.С., Беляк О.А. Комплексное исследование полимерных композитов с матрицей на основе фенилона С-2 // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2018. № 4. С. 18–25. EDN: YTZDWP.
17. Egghe T., Ghobeira R., Morent R., Hoogenboom R., De Geyter N. Comparative study of the aging behavior of plasma activated hexamethyldisiloxane-based plasma polymers and silicone elastomer thin films // Progress in Organic Coatings. 2022. Vol. 172. Article number 107091. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2022.107091.
18. Hu P., Xie R., Xie Q., Ma C., Zhang G. Simultaneous realization of antifouling, self-healing, and strong substrate adhesion via a bioinspired self-stratification strategy // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 449. Article number 137875. DOI: 10.1016/j.cej.2022.137875.
19. Khasyanova D.U., Mukutadze M.A., Zadorozhnaya N.S. Mathematical model for a lubricant in a sliding bearing with a fusible coating in terms of viscosity depending on pressure under an incomplete filling of a working gap // Journal of machinery manufacture and reliability. 2021. Vol. 50. № 5. P. 405–411. DOI: 10.3103/S1052618821050083.
20. Хасьянова Д.У., Мукутадзе М.А. Повышение износостойкости радиального подшипника скольжения с металлическим покрытием // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2022. № 2. С. 41–46. DOI: 10.31857/S0235711922020067.
Frontier Materials & Technologies. 2022; : 9-17
Increasing the wear resistance of a radial bearing with a non-standard support profile and polymer coating on the shaft surface taking into account the pressure-viscosity ratio
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-4-9-17Abstract
The paper covers the development and analysis of a model of the true viscous lubricant movement in the working gap of a radial sliding bearing with a non-standard support profile having a fluoroplastic composite polymer coating with a groove on the shaft surface. The authors obtained new models based on the classical equation in the approximation for the “thin layer” and the continuity equation describing the laminar pattern of movement of a lubricant with the viscous rheological properties. The results of the numerical analysis of the developed models allowed obtaining a quantitative assessment of the efficiency of the bearing bush support profile and the polymer-coated shaft with an axial groove. To complete the set of studies and verify theoretical insights, the authors carried out the experimental research. The novelty of the work lies in the development of an engineering calculation technique that allows determining the magnitude of the main tribotechnical parameters of a radial sliding bearing (hydrodynamic pressure, load capacity, and friction ratio) and expanding the area of practical application of the developed engineering calculations. The design of the radial bearing with a fluoroplastic antifriction composite polymer coating, a 3 mm wide groove, and a special support profile ensured the stable shaft ascent on the hydrodynamic wedge, which experimentally confirmed the correctness of the results of theoretical studies of sliding bearings with a diameter of 40 mm at a sliding speed of 0.3–3 m/s and a load of 13–65 MPa.
References
1. Kokhanovskii V.A., Kamerova E.A. Ftoroplastsoderzhashchie kompozitsionnye pokrytiya v smazochnykh sredakh // Trenie i smazka v mashinakh i mekhanizmakh. 2014. № 1. S. 34–37. EDN: RVQGBD.
2. Kokhanovskii V.A., Kamerova E.A. Trenie polimernykh pokrytii v zhidkikh smazochnykh sredakh // Trenie i smazka v mashinakh i mekhanizmakh. 2014. № 4. S. 17–20. EDN: SBJMAT.
3. Kamerova E.A., Vlasenko I.B., Snezhina N.G., Oganesyan P.A. Metodika issledovaniya vliyaniya zhidkikh sred na ftoroplastsoderzhashchie antifriktsionnye pokrytiya // Ural'skii nauchnyi vestnik. 2014. № 21. S. 137–142.
4. Pavlycheva E.A. Razrabotka polimernoi kompozitsii dlya polucheniya zashchitnogo pokrytiya na metallicheskikh poverkhnostyakh // Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii. 2022. № 2. S. 33–36. DOI: 10.17513/mjpfi.13355.
5. Kondrashov S.V., Shashkeev K.A., Petrova G.N., Mekalina I.V. Polimernye kompozitsionnye materialy konstruktsionnogo naznacheniya s funktsional'nymi svoistvami // Aviatsionnye materialy i tekhnologii. 2017. № S. S. 405–419. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-405-419.
6. Kuznetsov A.A., Semenova G.K., Svidchenko E.A. Konstruktsionnye termoplasty kak osnova dlya samosmazyvayushchikhsya polimernykh kompozitsionnykh materialov antifriktsionnogo naznacheniya // Voprosy materialovedeniya. 2009. № 1. S. 116–126. EDN: KUAIKL.
7. Negmatov S.S., Abed N.S., Saidakhmedov R.Kh. i dr. Issledovanie vyazkouprugikh i adgezionno-prochnostnykh svoistv i razrabotka effektivnykh vibropogloshchayushchikh kompozitsionnykh polimernykh materialov i pokrytii mashinostroitel'nogo naznacheniya // Plasticheskie massy. 2020. № 7–8. S. 32–36. DOI: 10.35164/0554-2901-2020-7-8-32-36.
8. Bryanskii A.A., Bashkov O.V., Belova I.V., Bashkova T.I. Issledovanie razvivayushchikhsya povrezhdenii pri izgibnom nagruzhenii polimernykh kompozitsionnykh materialov i ikh identifikatsiya metodom akusticheskoi emissii // Frontier Materials & Technologies. 2022. № 2. S. 7–16. DOI: 10.18323/2782-4039-2022-2-7-16.
9. Wen S.-Z., Zhong S.-D., Kan W.-Q., Zhao P.-S., He Y.-C. Experimental and theoretical investigation on the hydrochromic property of Ni(II)-containing coordination polymer with an inclined 2D–3D polycatenation architecture // Journal of Molecular Structure. 2022. Vol. 1269. Article number 133753. DOI: 10.1016/j.molstruc.2022.133753.
10. Jin L., Cao W., Wang P., Song N., Din P. Interconnected MXene/Graphene network constructed by soft template for multi-performance improvement of polymer composites // Nano-Micro Letters. 2022. Vol. 14. № 1. Article number 133. DOI: 10.1007/s40820-022-00877-7.
11. Robertson B.P., Calabrese M.A. Evaporation-controlled dripping-onto-substrate (DoS) extensional rheology of viscoelastic polymer solutions // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. № 1. Article number 4697. DOI: 10.1038/s41598-022-08448-x.
12. Ivanochkin P.G., Bol'shikh I.V., Talakhadze T.Z., Bol'shikh E.P. Primenenie antifriktsionnykh polimernykh kompozitsionnykh polimernykh pokrytii v tormoznoi rychazhnoi peredache lokomotivov // Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putei soobshcheniya. 2022. № 1. S. 16–22. DOI: 10.46973/0201-727X_2022_1_16.
13. Ivanochkin P.G., Manturov D.S., Danilchenko S.A., Karpenko K.I., Ivanochkina T.A. Study on the effect of the sealers on the steel surface layer modified by electrical discharge machining // Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316 SSP. P. 713–719.
14. Bryanskii A.A., Bashkov O.V. Identifikatsiya istochnikov akusticheskoi emissii v polimernom kompozitsionnom materiale v usloviyakh tsiklicheskogo rastyazheniya // Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta. 2021. № 3. S. 19–27. DOI: 10.18323/2073-5073-2021-3-19-27.
15. Saha S., Adachi Y. Shielding behavior of electrokinetic properties of polystyrene latex particle by the adsorption of neutral poly (ethylene oxide) // Journal of Colloid and Interface Science. 2022. Vol. 626. P. 930–938. DOI: 10.1016/j.jcis.2022.06.154.
16. Ivanochkin P.G., Suvorova T.V., Danil'chenko S.A., Novikov E.S., Belyak O.A. Kompleksnoe issledovanie polimernykh kompozitov s matritsei na osnove fenilona S-2 // Vestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putei soobshcheniya. 2018. № 4. S. 18–25. EDN: YTZDWP.
17. Egghe T., Ghobeira R., Morent R., Hoogenboom R., De Geyter N. Comparative study of the aging behavior of plasma activated hexamethyldisiloxane-based plasma polymers and silicone elastomer thin films // Progress in Organic Coatings. 2022. Vol. 172. Article number 107091. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2022.107091.
18. Hu P., Xie R., Xie Q., Ma C., Zhang G. Simultaneous realization of antifouling, self-healing, and strong substrate adhesion via a bioinspired self-stratification strategy // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 449. Article number 137875. DOI: 10.1016/j.cej.2022.137875.
19. Khasyanova D.U., Mukutadze M.A., Zadorozhnaya N.S. Mathematical model for a lubricant in a sliding bearing with a fusible coating in terms of viscosity depending on pressure under an incomplete filling of a working gap // Journal of machinery manufacture and reliability. 2021. Vol. 50. № 5. P. 405–411. DOI: 10.3103/S1052618821050083.
20. Khas'yanova D.U., Mukutadze M.A. Povyshenie iznosostoikosti radial'nogo podshipnika skol'zheniya s metallicheskim pokrytiem // Problemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin. 2022. № 2. S. 41–46. DOI: 10.31857/S0235711922020067.
