Как показывает анализ режимов работы агрегатов в эксплуатации [15, 34, 43, 44, 45, 46, 52, 47, 48, 50, 79], скоростной режим изменяется в широких пределах, что влияет на изменение интенсивности изнашивания. Как следует из зависимости коэффициента трения от комплексной характеристики режима l (рис.3.3), линейной связи l и частоты вращения вала n (или скорости скольжения), при малой скорости скольжения не обеспечивается жидкостное трение, а следовательно, и интенсивность изнашивания большая. Зависимость a от скорости V скольжения согласно исследованиям Б. И. Костецкого [88] и других сложная и неоднозначная (рис.3.23).
Рис.3.23. Зависимость интенсивности изнашивания от скорости относительного перемещения поверхностей трения |
При малых значениях скорости скольжения a сначала возрастает пропорционально V, так как изнашивание идет практически без смазки. Затем (от середины области I на рис.3.23) между поверхностями трения начинает возникать и возрастать масляный клин, толщина которого согласно пропорциональна скорости скольжения (или частоте n вращения вала), что ведет к снижению интенсивности изнашивания (вторая половина области I на рис.3.23). Область II характеризует стационарный процесс, при котором с ростом скорости интенсивность изнашивания возрастает незначительно (относительно области I), что обусловлено возрастанием температуры в зоне трения. При критической температуре масла (и критической скорости на рис.3.23) происходит резкое возрастание интенсивности изнашивания (область III на рис.3.23), обусловленное потерей маслом смазочной способности.
|
|
Аналитическую зависимость интенсивности изнашивания от скорости можно получить исходя из зависимости толщины масляной пленки h от скорости (3.7), интенсивности изнашивания a от h (3.10), температуры поверхности трения tП от скорости и зависимости a от tП (3.11). Следовательно, сначала необходимо получить зависимость tП от V. Здесь так же, как и в случае рассмотрения давления в зоне трения необходимо проанализировать выделение тепла и его отвод. Выделение тепла с ростом V описывается приведенными ранее зависимостями (3.27 и 3.28), откуда с учетом соотношения (3.26) при постоянном нагрузочном режиме получим
(3.38) |
где tП0 - температура поверхности трения при , то есть с момента возникновения масляного клина; К - коэффициент пропорциональности, зависящей от состояния поверхности трения масла, теплоемкости деталей и нагрузочного режима.
Зависимость (3.38) так же как и (3.29), справедлива лишь при незначительных изменениях V в силу повышения теплоотвода по соотношению (3.30) с ростом температуры поверхности трения. Из-за незначительного изменения коэффициента трения в рабочем диапазоне температур масляной пленки (рис.3.23) можно составить дифференциальное уравнение теплового баланса с изменением скорости, аналогичное (3.31) в виде
|
|
(3.39) |
или после аналогичного упрощения как в (2.57) получим
(3.40) |
где - изменение выделившейся теплоты при изменении скорости скольжения на единицу (аналогично qp),aV - коэффициент теплоотдачи, отнесенный к единице скорости (аналогично a p); остальные параметры те же, что и в зависимости (3.32).
Интегрирование дифференциального уравнения теплового баланса (3.40) при начальных условиях: t=0 при V=0 (точнее ), позволяет получить зависимость t от V аналогично (3.33), то есть
(3.41) |
или с учетом tn0 при и после упрощений
(3.42) |
где
Общий вид зависимости интенсивности изнашивания a поверхности
трения от скорости V скольжения можно теперь записать с учетом зависимостей (3.2), (3.5), (3.10) и (3.42)
(3.43) |
Графически эта зависимость от середины области I (рис.3.23) до (до критической температуры масла) приведена на рис.3.24. Аналогично и зависимости (3.10) зависимость (3.43) содержит много экспериментальных параметров, что свидетельствует о целесообразности аппроксимации ее более простым уравнением, которым, судя по виду зависимости (рис.3.24), может быть в области от до уравнение
(3.44) |
где а, b, с - экспериментальные параметры.
Рис.3.24. Зависимость интенсивности изнашивания от скорости относительного перемещения: 1 - функциональная; 2 - аппроксимирующая |
При рассмотрении влияния скоростного режима на интенсивность изнашивания следует отметить, что в подшипниках коленчатого вала двигателей и других динамических нагруженных сопряжениях агрегатов с ростом частоты вращения вала (коленчатого) возрастают инерционные нагрузки на подшипники пропорционально квадрату частоты вращения n. Поэтому можно считать согласно [1-5], что температура tn и интенсивность изнашивания a шеек коленчатого вала и вкладышей с ростом n возрастают с повышением темпа роста, то есть по квадратичной зависимости
(3.45) |
где tn0, a0 - соответственно tn иa при n, соответствующей K1, K2, - экспериментальные коэффициенты.
Такая форма зависимости сохраняется при неизменной производительности масляного насоса. Однако с ростом n растет и производительность масляного насоса, то есть возрастает теплоотвод в масло. Окончательно форма зависимости температуры и интенсивности изнашивания шеек и вкладышей от n обусловлена соотношением указанных факторов.
Проверка приведенных аналитических зависимостей температуры и интенсивности изнашивания поверхности трения проведена на специальной лабораторной установке и на двигателе в стендовых условиях. Графически результаты исследований на лабораторной установке при постоянном расходе масла через подшипники приведены на рис.3.25, 3.26, а на двигателе -на рис.3.27.
Рис.3.25. Зависимость температуры рабочей поверхности вкладышей от частоты вращения вала установки при нагрузке: 1 - 40 Н; 2 - 320 Н | Рис.3.26. Зависимость интенсивности изнашивания от частоты вращения вала установки при нагрузке: 1 - 40 Н; 2 - 80 Н; 3 - 160 Н; 4 - 320 Н |
Рис.3.27. Зависимость температуры рабочей поверхности коренных вкладышей - 1 и масла в картере - 2 от частоты вращения коленчатого вала двигателя (без нагрузки) |
Результаты математической обработки экспериментальных данных других исследований, показанных на рис.3.28-2.48.
Рис.3.30. Зависимость температуры нижнего (1) и верхнего (2) коренного вкладыша от частоты вращения коленчатого вала [507] | Рис.3.31. Зависимость интенсивности изнашивания двигателя от частоты вращения коленчатого вала |
Таким образом, повышение скорости относительного перемещения поверхностей трения способствует повышению толщины и несущей способности масляного клина и снижению интенсивности изнашивания, а при дальнейшем повышении скорости возрастает температура поверхности трения (масляной пленки) по формуле (3.42). Это ведет к повышению интенсивности изнашивания в общем виде по формуле (3.43), которую, можно аппроксимировать более простой зависимостью (3.44) в области от до , наиболее часто встречающейся в эксплуатации.
|
|