Триботехнические испытания подшипников автомобильных электростартеров

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Триботехнические испытания подшипников автомобильных электростартеров

А.О. Горленко

Представлены методика стендовых испытаний подшипников автомобильных электростартеров и технологические методы получения на их поверхностях антифрикционных и износостойких покрытий напылением нитрида титана (TiN) с последующей электромеханической обработкой. По результатам стендовых испытаний сделаны выводы о влиянии упрочняющих технологий на износостойкость подшипников.

Ключевые слова: стендовые испытания; трибология; моделирование; обеспечение и повышение износостойкости; нитрид-титановое покрытие; электромеханическая обработка.

подшипник электростартер стендовый титан

Одной из важнейших особенностей развития техники на современном этапе является выбор наиболее эффективной технологии нанесения антифрикционных износостойких покрытий, обеспечивающих оптимальные служебные характеристики трибосопряжений, работающих в условиях реального узла трения машины или механизма. В связи с этим возникает необходимость разработки рациональных методик стендовых триботехнических испытаний, дающих возможность ускоренно устанавливать предполагаемую долговечность элементов пары трения или узла трения в целом.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

При изучении и разработке технологических процессов получения антифрикционных поверхностных слоев деталей подшипников автомобильных электростартеров в условиях лаборатории кафедры «АиАХ» БГТУ были проведены стендовые испытания стартера мод. СТ230Е с использованием контрольно-диагностического стенда мод. Э-240 (рис.1).

Стендовые испытания подшипников электростартера проводились с использованием цикловых нагружений, характеризующихся переходами от режима максимальной мощности Pmax (при 0,5IТ, где IТ - ток полного торможения) до режима полного торможения (минимальной мощности Pmin ) (при IТ, частоте вращения n=0 и максимальном крутящем моменте Mmax) [1].

Давление на подшипник составило 2,04 МПа, сила тока I=500A, мощность - 1,52 кВт, частота вращения n=3500мин-1, тормозной момент - 22 Н?м.

Стендовые испытания проводились в следующем порядке:

Электростартер 5 с установленными экспериментальными подшипниками закреплялся на контрольно-испытательном стенде мод. Э-240 (рис.1) в зажимном устройстве 4 и крепился к диску 6 (рис.2).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

С помощью маховика 10 (рис.2) регулировалось свободное вхождение в зацепление шестерни привода электростартера с зубчатым колесом 7, посаженным на вал тормозного устройства 8 стенда.

Электростартер подключался к стенду согласно схеме (рис.3).

При нажатии кнопки «Пуск» 3 шестерня электростартера, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом, начинала вращать вал тормозного устройства 8.

Частота вращения вала стартерного электродвигателя контролировалась с помощью электронного тахометра по верхней шкале прибора 1.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Плавным нажатием рукоятки 9 тормозного устройства частота вращения вала стартерного электродвигателя устанавливалась на величину, соответствующую 0,5IТ (по амперметру 2). При этом также контролировался и тормозной момент по нижней шкале измерительного прибора 1. Дальнейшее нажатие на рукоятку 9 тормозного устройства приводило к полному затормаживанию вала электростартера. При таком нагружении фиксировались сила тока и тормозной момент по шкалам приборов 1,2 стенда. В последующем поворачивалась рукоятка 9, и происходило растормаживание.

Нагружения подшипников электростартера циклично повторялись через каждые 10 с (по методике, описанной выше).

Через равное количество циклов нагружения стартер разбирался, и втулки его подшипников обмерялись в трех сечениях по длине образующих. Микрометражи втулок подшипников проводились до и после стендовых испытаний по ГОСТ 14846-81 индикаторным нутромером мод. 106 (ГОСТ 9244-75, пределы измерения - 10…18 мм), оснащенным микрометрической индикаторной головкой типа 1 МИГ (ГОСТ 9696-82) с ценой деления 0,001 мм.

Индикаторный нутромер настраивали на размер 13,07 мм с помощью микрометра МК 0-25 с ценой деления 0,01 мм (ГОСТ 6507 - 90). Каждое измерение проводилось с 3 повторениями.

Испытания электростартера проводились для трех пар трения с различными технологиями обработки поверхностей вала и втулки:

Вал из стали 45 с твердостью 211HB- втулка из бронзографита (базовый вариант).

Вал из стали 45 с напылением нитрид-титанового покрытия - втулка из стали 45 с закалкой до твердости 45 HRC.

Вал из стали 45 с напылением нитрид-титанового покрытия и электромеханической обработкой - втулка из стали 45 с закалкой до твердости 45HRC.

На вал стартера были напрессованы испытуемые втулки из стали 45 с натягом 12H8/s7. Они обрабатывались круглым шлифованием на станке мод. 3Е12, а затем подвергались: механической очистке, ультразвуковой обработке, служащей для удаления мелких загрязнений, и химической подготовке поверхности органическими растворителями: (бензином, ацетоном и т.д.). После этого проводилось напыление нитрид-титанового покрытия методом конденсации из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой поверхности (метод КИБ), разработанным Харьковским ФТИ совместно с Мосстанкином и Всесоюзным научно - исследовательским институтом инструмента (ВНИИИ) [2].

Напыление покрытий на поверхность трения испытуемых подшипников проводилось в лаборатории УНТИ БГТУ на стационарной установке «Пуск-83» с использованием вакуума, торцового дугового испарителя и номинально холодного катода по следующей методике:

Образцы деталей подшипников помещались на рабочий стол в центре камеры (на расстоянии 400 мм от катода и 80 мм от оси потока на электрод).

К образцам подавался отрицательный потенциал, проводилась бомбардировка ионами аргона, а также осуществлялась очистка подложки. При этом отделялись органические и неорганические загрязнения поверхности, которые непрерывно откачивались насосом.

Далее проводилась термомеханическая активация поверхности подложки потоком плазмы Ti с последующим осаждением TiN. При нанесении покрытия использовались следующие режимы:

Ток дуги катода, А. 125

Напряжение очистки ионами Ar, В 800

Напряжение очистки ионами Ti, В 500

Время очистки ионами Ti, мин 3

Давление в камере при очистке ионами Ar и Ti, Па 310-3

Давление азота, Па 0,35

Напряжение покрытия, В 125

Время напыления, мин 5

Подшипники электростартеров можно отнести к парам трения, где износом контробразца (вала) пренебречь нельзя, поэтому целесообразным является переход к более твердым материалам втулки с целью устранения процесса микрорезания о сверхтвердые неровности и дефекты TiN-покрытия вала [3]. В связи с этим было принято решение о запрессовке в корпус стартера втулки из стали 45, закаленной до твердости 45HRC. На рис. 4 показаны напрессованная на вал стартера втулка с напылением TiN и втулки, запрессовываемые в корпус стартера: базовый вариант из бронзы и закаленная втулка из стали 45.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Для третьего варианта технологии после напыления втулки были обработаны ЭМО со следующими режимами: U=1,4 В, jA = 0,7-0,8 кА/мм2, Р=100 Н, V=2м/мин, S= 0,61 мм/об.

Технология с использованием ЭМО была реализована на специальной установке, разработанной и изготовленной в УНТИ БГТУ, представляющей собой технологический комплекс, который состоит из станка, применяемого для механической обработки заготовок, с соответствующими инструментами и приспособлениями для закрепления обрабатываемой детали. Электрический ток большой силы и малого напряжения подводился к технологическому комплексу от силового блока для преобразования промышленного электрического тока. При этом источник питания конструктивно выполнен в виде отдельных, сопрягаемых между собой блоков.

Технологический комплекс оснащен панелью ручного управления режимами обработки с индикацией их значений, а также гнездами для подключения ПЭВМ, РПЗУ и соответствующих датчиков. Панель содержит органы управления (и индикации) напряжением, силой тока, частотой тока, длительностью импульсов и пауз тока.

При электромеханической обработке использовалась сдвоенная инструментальная головка с вертикальным расположением роликов из псевдосплава карбида вольфрама с медью. Для отвода тепла оси роликов сделаны полыми. В эти полости и зону упрочнения с помощью системы охлаждения станка подводится смазывающе-охлаждающая жидкость, представляющая собой раствор электролита (NaCO3-0,7%,Na-NO2-2%,NaNO3-5%,H2O-92,3%).

Была рассчитана интенсивность изнашивания для подшипниковых узлов стартера по модели контактного взаимодействия, трения и изнашивания [4,5] с коэффициентами, полученными в результате испытаний образцов на машине трения МИ-1М. Сравнение значений интенсивности изнашивания, полученных при натурных испытаниях стартера и рассчитанных по модели, представлено на рис. 5.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Сравнение значений интенсивности изнашивания, полученных путем статистических испытаний модели контактного взаимодействия, трения и изнашивания на ЭВМ и экспериментальным путем, позволяет считать рассматриваемый подход к определению интенсивности изнашивания как функции от параметров CX и СF вполне обоснованным.

Ресурс работы стартера зависит главным образом от износостойкости сопряжения «вал-втулка». Именно эти детали в значительной степени определяют техническое состояние стартера и двигателя автомобиля в целом. Как видно из графика, напыление нитрид-титановых покрытий без последующей обработки не дает практически никаких преимуществ перед базовым вариантом. Однако при дополнительной электромеханической обработке покрытий их износостойкость повышается в 2-3 раза.

Как показали исследования, в связи с повышением эксплуатационных свойств напыление нитрид-титановых покрытий с электромеханической обработкой целесообразно применять для широкой номенклатуры деталей, работающих в различных условиях трения и изнашивания. Так, эффективным является применение данного вида обработки для деталей транспортного, сельскохозяйственного, дорожного, строительного машиностроения, которые в процессе эксплуатации подвергаются тяжелым нагрузкам в условиях граничного трения и абразивного изнашивания. В качестве примера можно привести упрочнение прокатных валков, роликов, осей, поршневых пальцев и шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, деталей и валков текстильного оборудования, штоков, направляющих, сопряжений «вал-корпус» и др.

Список литературы

Шец, С.П. Техническое диагностирование элементов электрооборудования автомобилей: лаб. практикум/ С.П. Шец, С.В. Волохо.- Брянск: БГТУ, 2005. - 62 с.

Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов/ В.А. Бондаренко, С.И. Богодухов. - М.: Машиностроение, 2000.- 144 с.

Матлахов, В.П. Зависимость физико-механических свойств нитрид-титановых покрытий от давления азота/ В.П. Матлахов // Вестн. БГТУ. - 2006.- №2. - C. 93-96.

Горленко, А.О. Моделирование контактного взаимодействия и изнашивания цилиндрических поверхностей трения / А.О. Горленко, В.П. Матлахов // Трение и смазка в машинах и механизмах. -2007. - №8. - С. 3-8.

Горленко, А.О. Обеспечение износостойкости поверхностей трения путем управляемого технологического воздействия/ А.О. Горленко, В.П. Матлахов // Вестн. БГТУ -2007. - №2. - С. 10-15.

Размещено на Allbest.ru