Способ создания несущей способности в узле трения

.А,Л еот 5 (088,8) е свидете С 04 В 3 ство СССР 00, 1975. ЩЕЙ СПОСОБся к точном ости к узла ением трени аботы. Цель Изобретение относится к точномуприборостроению, в частности к парам1 трения вращательного и поступательно"го движения с малым сопротивлениемтрению при длительном ресурсе работы,и может быть использовано в приборахвремени, в микроэлектромашинах, изме"рительных приборах и в радиоэлектронной аппаратуре.Цель изобретения - уменьшение трения и повышение несущей способности,а также повышение ресурса узла тренияи упрощение дозировки жидкости в эа"зор между рабочими поверхностями узлатрения,На фиг,1 показан узел трения,в аксонометрии; на фиг.2 - узел трения без капилляра; на фиг.3 - сечениеА-А на фиг,2; на фиг.4 - узел трения,Узел тре ала 2. В и 1 вырез 2 узл ия состоит иэ втулке 1 вып из элементов единен капилл втул лнен и в3,трерыйэап одно я пр дним Р з тьнцом сообщен рабочей жидко яра сообщен с ром 5,Другойающей нным ц капилой. ко ср окр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИН ДВтоРСНОМУ СВИ(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ НЕНОСТИ В УЗДЕ ТРЕНИЯ(57) Изобретение относиприборостроению, в часттрения с малым сопротивпри длительном ресурсе изобретения - уменьшение трения, по" вышение несущей способности и ресурса узла трения и упрощение дозировки жидкости в зазор между рабочими поверхностями узла трения, Осуществляют . заполнение упомянутого зазора жидкостью с краевым углом смачивания менее 90 ф, Присоединяют к зазору капилляр, диаметр которого выбирают, исходя из геометрических размеров пары трения и поверхностных свойств жидкостиПри смазывании узла трения в зазор подается доза масла (жидкости), объем которой больше критической дозы, После этого сопротивление трению в узле трения автоматически снижается. 1 з.п. ф-лы 11 ил где капилляр присоединен к втулке; нана фиг,5 - сечение Б-Б на фиг,4; нафиг.б - узел трения, где капилляр выполнен в валу; на фиг.7 - сечение 8-8на фиг.б; на фиг,8 - зависимости силыи коэффициента трения от дозы жидкости (масла) в зазоре узла трения; наФйг.9 - 11 - взаимное расположениевала и втулки при разных дозах рабо-чей жидкости в зазоре.Способ создания несущей способности реализуется следующим образом.При смазывании пары трения подается жидкость в зазор 5 между втулкой 1и валом 2 (фиг.2), В случае отсутствия капилляра сила трения покоя припоступательном движении втулки 1 понеподвижному валу 2 зависит от дозыжидкости в зазоре 5 образом, приведенньм на фиг,8 (кривая 6). Такаязависимость 6 силы трения от дозыжидкости обусловлена следующими причинами, Жидкость образует на поверхн сти твердого тела краевой угол.О раэование краевого угла приводиткискривлению поверхности, в данномслучае к искривлению поверхности жидксти в зазоре между валом и втулкой.Врезультатеискривленной (вогнутой)поверхности жидкости в зазоре в жид.кости появляется отрицательное капиллйрное давление,Для обеспечения отрицательного ка"п 1 лллярного давления жидкости в зазоренеобходимо использовать жидкость сокраевым углом смачивания менее 90поскольку в жидкостях, у.которых краевой угол больше 90 , возникает положИтельное капилляриое давление. Отрицвтельное капиллярное давление в зазоре обуславливает дополнительнуюсилу Р, противодействующую внешнейнагрузке Рк (фиг.9). Дополнительнаясила Р определяется как произведениепапиллярного давления на площадь еговлияния, Сила трения Р о в узле трения пропорциональна к общей нагрузкеОБ нПри дозах смазочного масла (нидкости) до(фиг,8), когда Р Рт.е. дополнительная сила Г превышаетнагрузку Р, втулка 1 и вал 2 расположены относительно друг друга в соответствии с фиг,9. По мере увеличения дозы масла радиусы кривизны менисков в зазоре узла трения увеличиваются, в результате чего уменьшаютсякапиллярное давление, дополнительнаяСила Р и общая нагрузка Р =Г -Р,т.К дозе масласоответствует условиеКР й Р (т.е. узел трения раэгружается), втулка 1 опускается на вал 2,принимая приведенное на фиг.10 положение. Доза масласоответствует, минминимальной силе трения покоя Рна графике сила трения покоя - дозамасла (фиг,8). Сравнительно со случаями, когда дозы масла =0 или К) у,наблюдается десятикратное снижениесилы и коэффициента трения покоя=Р, /Р Дальнейшее увеличение дозымасла приводит опять к повышению силытрения, поскольку увеличиваются радиусы менисков масла (фиг.10), уменьшаются капиллярное давление и дополнительная сила Р , причем Р с Р . Придозе масла свыше доз масла у (см,фиг.8) кривизна менисков практическине увеличивается и поэтому сила трения не зависит от дозы масла, таккак Р=сопз и общая нагрузка Р,=Р -Р не изменяется. Масло фиксирунется в зазоре описанного узла тренияи не вытекает оттуда за счет поверхностных сил.Максимальное значение силы Р, 20 которая противодействует нагрузке Рн уобеспечив разгрузку узла трения, учитывая, что максимальное капиллярноедавление - в зазоре, равняетсяфоно 8 (соз Ол+соз 81)25 ьРъ (1)о дгде 8 - поверхностное натяжение жидкости;93 - краевые углы смачивания жидкости материалами втулки и30 вала;д - диаметрический зазор в узлетрения,вычисляя по формулео 4ВО- - ,З 5 Р:0, р д 1.1 с зюга=-1 вое Сво - -0 5 б(.сов 8+созоа) 11 Г (2)с 1созМгЦЬ401 вогде й - диаметр вала;1 - длина выреза втулки;центральный угол относительновнутреннего диаметра втулки,45 характеризующий глубину выреза.Бсли определены геометрическиеразмеры 1 и й, известны поверхностныехарактеристики жидкости б, 8 9 инагрузка Г, то для разгрузки узлатрения (условие Р: Р на фиг,1) диаметральный зазор необходимо на основании уровня (2) выбирать лво ("О" +сов ОВ)811 Ы (3) ддсозоы. (3овоВ случае применения капилляра 1, один торец которого соединен с зазо(6) 5 1532 ром 5 между втулкойи валом 2, а другой с окружающей средой (Фиг,8), зависимость силы трения покоя от дозы масла имеет вид, показанный на фиг.8 кривой 7, т.е. после дозы5к сила трения не повышается, а остается на минимальном значении Р . П ит)этом необходимо обеспечить (например, конфигурацией Фасок), чтобы все ради О усы кривизны поверхностей масла в узле трения зависели от дозы масла. В этом случае цилиндрический капилляр, в котором кривизна мениска не зависит от положения масла в капилля. 15 ре, выполняет роль регулятора капиллярного давления в зазоре 5 между втулкой 1 и валом 2, Для обеспечения минимума силы трения покоя необходимо ввести в зазор 5 любую дозу масла, 20 объем которой больше объема , Лишнее масло движется в этом случае за счет капиллярных сил, те. разницы Лапласовских давлений в капилляре 4 и в зазоре 5, в капилляр, а в зазоре. 25 устанавливается капиллярное давление, величина которого определяется капиллярным давлением в капилляре: 46 сов 6Ь(4) ЗОКгде 8 - краевой угол смацивания масла(жидкости) на материале ка"пилляра,д - диаметр капилляра,Следовательно, заданием диаметра35капилляра 4 возможно задать давлениемасла в зазоре 5 узла трения, определив тем величину дополнительной силыР . Для обеспечения минимума силытрения, если заранее определены геометрицеские размеры узла трения,а также известны поверхностные свойства масла (жидкости) и нагрузка Р,диаметр капилляра выбирают по формулео Ойво- -2 сов 96 д 1Й = -----совЫЙ (5)-ф И 9Формула (5) для определения диаметра капилляра выведена из условияР=Р, причем1 В- -Д гР=Р =Р ) сов,с 1 р =н 9 ка=- ---- совЫ ЫФ окгПри выборе геометрических размеровузла трения, диаметр капилляра и смазочного материала следует учитывать то обстоятельство, если капиллярное давление л Рк в капилляре 4превышает максимальное капиллярноедавлениеР" в зазоре 5,то весь сма.зочный материал поступает из зазора5 в капилляр 4. Поэтому необходимо,цтобы ь РЬ Рс. ПосколькуРжкфопределяется уравнением (1), получим 4 Всов 9 6(сов 6+сов 9 т)( е ь ек йоткуда 4 ьд сов 6ссов О, +сов 9Выбирая диаметр капилляра по формулам (5) и (7) и подавая в зазорузла трения любую дозу масла, объемкоторой больше(фиг.8), в узлетрения устанавливается автоматическиминимальная сила трения Р ".Длина9капилляра должна быть при этом такой,чтобы объем масла, превышающий дозуу, поместился бы в капилляре.КПредлагаемый способ создания не"сущей способности осуществлен в узлетрения с номинальным диаметром д==2 мм при поступательном движениивтулки по неподвижному валу. Примене"но масло НИИЧП-НС-бп с поверхностнымнатяжением з=0,030 н/м. Остальныепараметры приняты 1=17 мм, Ы =1808,=8;-В=0, Р=0,068 Н,Экспериментально установлено, чтов узле трения без капилляра (фиг.2),где по Формуле (3) д =030 мкм, коэффициенты трения покоя имеют значения0,008-0,01. Вариант узла трения скапилляром испытан при нагрузке Р =н=0,022 Н, причем диаметр капиллярайк=185 мкм определен по формулам (5)и (7). Полуцены коэфФициенты тренияпокоя 0,01-0,015.Таким образом, экспериментальнодоказано, что предлагаемый способсоздания несущей способности позволяет сравнительно с прототипом снизитьтрение покоя в 10-15 раэ.Техническое применение предлагаемого изобретения позволяет повыситьгрузоподъемность узла трения, посколь.ку за счет разгрузки снижаются контактные давления в зоне трения,уменьшаются сопротивление трению иизнос. Повышается ресурс узла трения,так как, кроме регулятора капиллярного давления в зазоре пары трения,капилляр выполняет также роль реэер",вуара масла, По мере расходования масла в узле трения новое масло поступает за счет капиллярных сил автоматически из капилляра в зазор. Объем 5 масла в капилляре выбирается иэ требуемого ресурса пары трения, При этом не снижается надежность Фиксации масла в зазоре пары трения, так как увеличение дозы масла происходит с помощью капилляра, Непосредственное увеличение дозы в зазоре увеличивало бы ресурс узла трения, но снижало бы надежность Фиксации масла.15В случае больших перемещений втулки по валу возможно неравномерное распределение смазочного масла по длине вала. При движении втулки на участках вала, где слой смазочного масла более20 толстый, увеличивается радиусы менис,ков масла, в зазоре снижается капиллярное давление, и масло поступает с поверхности вала в капилляр. На участках, где слой масла более тонкий, 5 масло поступает из капилляра на вал. Таким образом, в описанной паре трения обеспечено равномерное распределение масла по длине вала,30Формула изобретения 1. Способ создания несущей способности в узле трения с цилиндрическими рабочими поверхностями путем заполнения зазора между рабочими поверхностя-З 5 ми рабочей жидкостью, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения трения и повышения несущей способности, в качестве рабочей жидкости40используют жидкость с краевым углом смачивания меньше 90 , а диаметральный зазор между рабочими поверхностями для размещения рабочей жидкости определяют по ФормулеВо- Ы.0 5016(сов 9+сов 0 а) 1 д соэи 1 , н - 1 Воо гдед - диаметральный зазор; д - диаметр вала; О - поверхностное натяжение жидкости; 6 9 - краевые углы смачивания жидкости материалами втулки и вала; 1 - центральный угол относитель" но внутреннего диаметра втулки и длина, характеризующие площадь смачивания; Р - нагрузка. 2. Способ по и.1, о т л и ч а ю,- щ и й с я тем, что, с целью упрощения дозировки жидкости в зазор и повышения ресурса узла трения, для заполнения зазора рабочей жидкостью используют капилляр, диаметр которого выбирают исходя иэ условия: %оа у2661 созО 1 Д = --- -совйб К рф -во4 ьй созД 1 ксов 9+сов 91 где д- , диаметр капилляра; краевой угол смачивания жидкости с материалом капил-. ляра.1532737 Заказ 8084/44 Тираж 699 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 415 и ГКНТ ССС изводственно-издательский комбинат Патент" на,10 жгород, ул,Составитель Т,Хромоваедактор М,Товтин Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец