Способ снижения сил сопротивления движению

ОПКСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3542 П Союз Советских Социалистицеских РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ависимое от авт. свидетельства М Заявлено 13.1 Х,196с присоединением зПриоритет( 1270618/25-8 вки М Комитет еа делам изобретений и открытий ори Совете Министров СССРпубликовано 09.Х.1972. Бюллетеньата опублцковацця описания 26.1,1973 9.048.6 (088.8 Авторыизобретеци. Г, Коновалов и Ч, Д. Тявловский 1 инский радиотехнический институт явит спОсОБ с 11 ИженИ сил сОпРОтийления дВижению Полужидкостное тр местах непосредстве трущихся поверхносте зует непрерывной ма му износ и нагрев, хо чем при граничном т все еще большими. ение устанавливается в нного соприкосновения й. Слой смазки не обрасляной пленки и поэтотя и несколько меньше, реции, однако остаются3 Изобретение относится к технике смазки трущейся пары и предназначено для использования в машинах и механизмах, а также для обработки металлов и других материалов. 5Известны способы снижения сил сопротивления движениюпо которым широко применяются жидкие, консистентные и твердые смазки, объединяемые общим понятием вещественные, 10При,применении вещественных смазок в за 1 висимости от режима работы машины наблюдаются три вида трения. Граничное, которое всегда имеет место при пуске, реверсе или остановке машины и при работе машины 1 с большой нагрузочкой при малых числах оборотов. В таких случаях масляная адоорбционная пленка чрезвычайно тонка и прерывиста, и поэтому смазка не протекает между трущимися, поверхностями, что приводит к 2 сильному разогреву и износу контактирующих поверхностей. Жидкостное трение появляется с того момента, когда смазочный слой полностью раз. деляет трущиеся поверхновости. В эпом случае сухое трение двух контактирующих твердых пар заменяется внутренним трением в смазочном слое. Это самый выгодный режим трения как по расходам энергии на трение, так и по отсутствию износа, Однако оц является крайне неустойчивым и при изменении условий работы (реверс, резкое измеиенце нагрузки, колебание температуры, вакуум, радиационное облучение и т. д.) быстро может сменяться полужидкостным илц граничным трением. Л при работе без смазки (граничное и частично полужидкостное трецие) любые сочетания металлов дают большой износ.К основным факторам, отделяющим износ, принято относить механическое зацепление неровностей поверхностей и их истирание, местное сваривание, коррозионное и эрозионцое воздействие смазки и абразивный износ.Поэтому лучшими с физико-механической стороны являются такие вещественные смазки, которые обладают наибольшей капиллярцой способностью (т. е. способностью проникать в узкий зазор между трущимися поверхностями), наибольшим сопротивлением выдавливанию из зазоров, высокими адгезией, рас,клинивающим действием и химической стойкостью и которые при достаточной вязкости3обеспечивают наименьший коэффициент трения,Однако несмотря на большое количество вегцествецных смазок, ца сегодняшний дОнь це имеется не только одной, но даже набора смазок, обеспечивающих вышеперечисленные требования для:всех режимов (пустяк, рабочий режим, реверс, остановка) и всех условий работы машин, Такими условиями являются весь возможный температурный диапазон работы (от криогенных температур до темиератур белого свечения), искусственный в естественный,вакуум, радиационное и космическое облучение, химически агрессивные среды, высокие скорости движения и т. д.Предлагаемый способ снижения сил сопротивления движению заменяет непосредственное контактное трение акустическим трением. Свойство цевещественности акустической смазки придает ей исключительно цепные ка чества абсолотных термической, химической, вакуумной и радиальной стойкостей и делает ее неподверженной влиянию кинематического и, динамического факторов, Кроме того, при акустической смазке отсутствуют режимы, характерные для граничного и полужидкостного трения, и трущаяся пара работает в самых выгодных условиях, соответствующих жидкостному трению.Эффект снижения сил сопротивления движению возникает при контакте двух движущихся элементов, один из которых подвержеи возмущающему воздействию ультр азвуковото, электромагнитного и т. п. силового поля, т, е. находится в динамическом состоянии, Этот элемент - ,активный трущейся пары, а другой, не подверженный действию пульсирующего поля, т, е. находящийся в статическом состоянии, - пассивный элемент трущейся пары,При контакте активного и,пассивного элементов даже при значительном давлении не происходит их свариваемости или схватывания. В этом случае сухие контактирующие активный и пассивный элементы оказываются как бы обильно смазанными и коэффициент трения скольжения между ними резко снижается. При этом не имеет совершенно никакого значения, какой тип колебаний (продольные, поперечные цли крутильные), какой тип волны (бегущая или стоячая) существуют в активном элементе трущейся пары и ка; кая геометрическая форма придана этому элементу. Так например, если взять образец круглого или,прямоугольного сечения и наложить на него продольные, поперечные или крутильные колебания, то поверхность образца как бы приобретает свойство маслянистости и другое контактирующее с этой поверхностью тело легко по ией скользит. Фиг. 1 - 4 иллюстрируют предлагаемый способ.Сущность предлагаемого способа рассматривается на примере исггользования в каче 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4стве пульсирующей энергии, налагаемой паактивный элемент, ультразвуковой. Известно, что изменение амплитуды объемиого смещения по длине акустической волны происходит по закону косинусоиды. Тогда в любой точке по длине волны (см. фиг. 1) амплитуда объемного смещения, включая свое нулевое значение, может быть разложена на три составляющие А Аи Акоторые имеют максимум в начале войны, а, затем синхронно убывают и приходят к нулевому значению на расстоянии, равном Л/4, Указанные составляющие могут быть заменены,соответствующими усилиями Р Р, и Р Рассмотрим действие каждого из этих усилий иа некоторую материальную точку М, имеющую массу дб. Усилие Р, стремиться поднять точку, Однако в связи с наличием силы Р,. материальная точка Мподнятая силой Р, будет перемещаться вдоль акустической волны в направлении к точке В, где амплитуда смещения, а следователвно, и все ее составляющие равны нулю. Описанное перемещение точки М было бы прямолинейным, если бы отсутствовала составляющая Р, действие которой 1 на материальную точку М сводится к вращению последней вокруг направления акустической волны.Если векторную диаграмму представить в координатах у:г (см. фиг, 2), то нетрудно убедиться в том, что как составляющая Р так и составляющая Рнезависимо от мгновенного положения точки М относительно начала координат (оси акустической волны) всегда будут стремиться удалить от этого начала точку М. При этом равнодействующая этих сил всегда будет радиально направлениой и поэтому будет стремиться эксцентричную пару вал - цапфа привести к концентриситету (см. фиг. 3), создавая при этом равный зазор во всех направлениях.,При использовании крутильных или поперечных ультразвуковых колебаний происходит усиление эффекта акустической смазчики, так как при этих колебаниях составляющая Р, отсутствует, а следовательно больше акустической энергии используется на создание эффекта смазки (составляющие Ри Р,),С применением вещественной смазки описанное состояние концентриситета наступает при бесконечно большом числе оборотов, что практически никогда не мюжет быть достигнуто.Так как,при акустической смазке состояние концентриситета цапфы и подшипника наступает сразу же после подачи ультразвука, то это позволяет исключить:неизбежные для вещественной смазки граничное и полу- жидкостное трение и сразу создать режим, свойственный для жидкостного трения. При этом режим работы (реверс и изменение числа оборотов, удельного давления и других физических факторов) не будет влиять на характер и условия акустической смазки, 354211Споооб осуществляется следующим образом.К валу или цапфе, к обрабатываемому изделию или инструменту, т. е. к одному из элементов трущейся пары присоединяется источник ультразвуковых колебаний, например магнитострикционный преобразователь (магцитосч;риктор). Активный элемент трущейся пары должен иметь длину, крапную половине длины во;шы звука в материале, из которого вьпполнен этот элемент.В каждом, конкретном случае решают, какой из элементов трущейся пары,по условиям конструкции может быть активным. Амплитуда колебаний должна быть выбрана такой, чтобы опа была несколько больше суммы высот микроцеровностей поверхностей цапфы и вкладыша, период - в отношении простых чисел к частоте собственных колебаний систесмы, а мощность - из условия поддердканпя этих матисс во взвсшенном одна относительно другой состоянии.Для 1 проверки предлагаемого, способа смаз,ки ультразвуком были проведены эксперименты, в которых использовалась трущаяся пара, моделирующая цапфу и подшипник. С целью создания максимально неблагоприятных условий для трения сколькения и максимально благоприятных для схватывания оба элемен; та трущейся, пары были выполцены из титанового сплава ВТ-З,Прнцципиалы ая схема этой простой установки изображепа па фиг, 4, на которой также воспроизведена эпюра амплитуды смещения,ца длине резонансного образца, равного г./2, где Х - длина акустической волчины в данном материале. В изображенной акустической спстеме создается стоячая ультразвуковая волна. Так как в этом случае посредине образца амплитуда смещения равняется нулю, то кольцо располагается ближе к узлу амплитуды смещения, При бегущей акустической волне мефисто расположения кольца .не имеет значения.Посредством рычага 1, соотношение плеч которого, АО: ОВ = 2: 1, втулка 8 усилием Р ,прижимается к образцу 3, который своим резьбовым хвост 1 овиком ввинчивается в концентратор 4, жестко соединенный магнитостриктором б. За счет жесткой резьбовой связи создается единая акустическая система, образец-концентраторчпреобразователь, которая в горизонтальном положении намертво крепится к основанию 6. Силопередающий рычаг АВ шарнирно соединяепся с опорой О. Это позволяет осуществлять его некоторое угловое, перемещение. Поскольку последний шарнирно (посредством штифта и паза) связан со втулкой 2, то она при угловом перемещении рычага получает осевое смещение в ту или иную сторону (см, фиг. 1 вид А).Если без действия ультразвука на образец перемещение втулки затруднено, то при еговоздействии это перемещение осуществляется легкого или даже происходит самопроизвольно в сторону узла амплитуды, Значительцое облегчение осевого :перемещения пассивного 5 кольцаприжатого усилием Р к активному образцу, можно объяснить только эффектом уменьшения коэффициента трения под действием пульсирующего;потока энергии, например, ультразвукового. 10Предмет изобретения1. Способ снижения 1 сил сопротивления двп жению в условиях сухого трения, отличающийся тем, что в пространство между трущимися,поверхностями ввОдят пульсирующий поток энергии, амплитуду колебаний которого выбирают из условий образования между тру щимися поверхностями зазора, несколько превышающего их микронеровностипериод - в отнондении простых чисел к частоте собственных колебаний системы из взаимодействующих масс, а мощность - из условия подде 1 д жация этих масс во взвешенном одна относительно другой состоянии, для чего на одну пли обе взаимодействующие массы налагают возмущающее воздействие ультразвукового, электромагнитного и т.п, силового поля. 30 2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что при воздействии пульсирующим потоком энер,гии на обе взаимодействующие матиссы колебания сдвигают по фазе на 180. 35 40И 4211 о К Вид Редактор Т. Б рректоры: М. Коробова и Е, Давыдкина аказ 4247/1 О Изд.1793 Тираж 406ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при СоветеМосква, Ж, Раушская паб., д. 4/5 ипография, пр. Сапунова,ТСоставитель Т, КазиновТехред 3. Тараненко Подписное инистров СССР