XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

В этой работе была разработана конструкция подшипника планетарной передачи с керамическим подшипником скольжения и проведены стендовые исследования характеристик этого подшипника при моделировании его работы в авиационном редукторе. [1,2,3]

На основе полученных результатов предложена конструкция межроторной опоры перспективного двигателя с керамическим подшипником скольжения. Для проведения исследований был разработан и изготовлен подшипник скольжения с керамическими элементами, и этот подшипник был протестирован на температурные изменения внутренней керамической втулки при разных нагрузках. [4,5,6]

1. Цель исследования

Испытания проводились с целью изучения эксплуатационных характеристик керамического подшипника скольжения при одновременном вращении цапфы и втулки на подшипниковом стенде. Во время испытаний температура керамической втулки, установленной на цапфе, использовалась для определения теплового состояния подшипника при различных нагрузках и скоростях вращения цапфы и втулки. [7,8]

2. Объект исследования

Для испытания подшипника скольжения на стенде в испытательном блоке были установлены втулка-вкладыш, принадлежащая высокоскоростному ротору, и втулка, выполняющая роль пальца, принадлежащего низкоскоростному ротору (рис. 1).[9].

Рис.1. Установка втулок подшипников скольжения на валы

установка для испытания подшипников.

Для тестирования на цапфу подшипника скольжения была установлена втулка, изготовленная из композитного керамического материала на основе карбида кремния (рис.2). Втулка подшипника на этих этапах испытаний была изготовлена из VKS-стали.

Рис.2. Керамическая втулка цапфы подшипника.

3. Испытательное оборудование и подготовка подшипников

Исследование керамического подшипника скольжения проводилось на подшипниковом стенде Т14-15/1 (рис. 3). Этот стенд позволяет испытывать подшипники с одновременным вращением колец, с их независимым вращением с разной скоростью как в одном, так и в противоположных направлениях. При испытании на этом стенде подшипник подвергается радиальным нагрузкам.

Рис.3. Стенд для испытания подшипников с одновременным вращением колец.1, 5 - электродвигатели; 2- приводной множитель для вала внутреннего кольца;3- испытательный блок; 4 - множитель привода вала с наружным кольцом.

Машинная линейка стенда состоит из двух электродвигателей, двух умножителей и тестового блока. Двигатели переменного тока мощностью 160 кВт. Номинальная частота вращения n=3000 об/мин (nₘₐₓ = 4500 об/мин). Контроль теплового состояния исследуемого подшипника во время испытаний осуществлялся путем измерения температуры керамической втулки, установленной на штифте. Измерение температуры цапфовой втулки исследуемого подшипника проводилось с помощью хромель-алюмелевых термопар.

5. Результаты испытаний

На первом этапе испытаний расход масла через форсунку составлял 3,1 л/мин. При радиальной нагрузке 300 кгс температурное состояние подшипника скольжения исследовалось на режимах частот вращения втулок, указанных в табл.1 и зарегистрированных на рис.4

Таблица 1. Частоты вращения колец подшипника на режимах испытаний.

№ режима	Частота вращения внутреннего кольца, об/мин	Частота вращения наружного кольца, об/мин
1.	2580	8470
2.	4100	10000
3.	6320	11000
4.	8400	12000
5.	9700	13000

 

1 этап. Q_масла=3л/мин, F_рад=300кгс.

Рис. 4. Частоты вращения керамической цапфы и стального вкладыша подшипника при F_рад=300кгс.

 

1 этап. Q_масла=3л/мин, F_рад=300кгс.

Рис. 5. Зависимость температуры керамической цапфы подшипника от режима.

В результате проведенных исследований определена зависимость температуры керамической цапфы подшипника от частоты вращения. С увеличением частот вращения втулок подшипника скольжения температура керамической втулки снижается. Уменьшение температуры керамической втулки с увеличением режима испытаний связано с тем, что подача масла в подшипник осуществляется через вал и зависит от его частоты вращения. На начальном режиме испытаний, когда частота вращения вала рана 2580 об/мин, подача масла в подшипник, из-за малых центробежных сил, невелика и вследствие трения керамической втулки о стальную втулку-вкладыш температура керамической втулки достигает 130…143С, в зависимости от величины радиальной нагрузки. С повышением режима испытаний увеличивается подача масла в подшипник, повышается несущая способность масляного клина, уменьшается величина трения в подшипнике и, как следствие, уменьшается температура керамической втулки.

Выводы:

Анализ результатов испытаний показал, что температура керамической цапфы (втулки) на режимах испытаний зависит от величины радиальной нагрузки. С увеличением частоты вращения значение температуры керамической втулки снижается.

Уменьшение температуры керамической втулки с увеличением режима испытаний связано с тем, что подача масла в подшипник осуществляется через вал и зависит от его частоты вращения. На начальном режиме испытаний подача масла в подшипник, из-за малых центробежных сил, невелика и вследствие трения керамической втулки о стальную втулку-вкладыш температура керамической втулки достигает 130…143С, в зависимости от величины радиальной нагрузки.

С повышением режима испытаний увеличивается подача масла в подшипник, повышается несущая способность масляного клина, уменьшается величина трения в подшипнике и, как следствие, уменьшается температура керамической втулки.

Списокиспользованной литературы:

Каримбаев Т. Д., Николаев Д. И., Мыктыбеков Б.М., Половин М.М. Разработка моделей деформирования композиционных материалов с хрупкой матрицей //ЦИАМ, Отчет о НИР.2002 № 200. С.13.

Коньшин А.С., Горлов Е. А., Сильченко О. Б. Радиально-упорный подшипник //Патент на изобретение RUS2247876,15.03.2002.

Кристенсен Р. Введение в механику композитов, Изд–во «Мир», М., 1978,334 стр.

Механика композиционных материалов. Сборник статей, т.2, редакторы Л. Браутман и Р. Крон, Изд–во «Мир», М., 1978.320 стр.

M. A. Biot – Theory of Elasticity and Consolidation for Porous Anisotropic Solid. – J. Applied Physics, 26,1955, p. 182-185

Низовцев В. Е., Сильченко О. Б., Силуянова М. В. и др. Некоторые оценки напряженно-деформированного состояния керамических композиционных материалов с учетом технологических пор//Вестник Брянского государственного технического университета.20019. №5. С.52-63.

Помогайло А.Д. Металлополимерные композиты с контролируемой молекулярной архитектурой//Российский химический журнал.2002 Т.46№ 5 С.64-73

Сильченко О. Б., Силуянова М. В., Низовцев В. Е., Климов Д. А., Корнилов А. А. О перспективах применения наноструктурных гетерофазных полифункциональных композиционных материалов в авиадвигателестроении // Вопросы материаловедения. 2018.№1. С.50-57.

Хорошун Л.П. Основы микромеханики повреждаемости материала. Кратковременная повреждаемость//Прикладная механика. 1998, т. 34, №10.С120–127.

Код для цитирования: Скопировать