Применение магнитоуправляемых наножидкостей для повышения работоспособности резьбовых соединений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение магнитоуправляемых наножидкостей для повышения работоспособности резьбовых соединений

Пучков Павел Владимирович,

кандидат наук, преподаватель

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Рассмотрена проблема трибологической безопасности резьбовых соединений. Предложен способ решения обозначенной проблемы путем разработки новых конструкций резьбовых соединений с применением магнитоуправляемых наножидкостей жидкостей.

Похожие материалы магнитоуправляемый наножидкость резьбовый

* Использование магнитожидкостной смазки для повышения работоспособности резьбовых соединений

* Влияние высоких температур на механические свойства резьбовых соединений

* К вопросу о повышении ремонтопригодности и долговечности инструмента -- «ротяжка»

* Использование информационных технологий в процессе обучения физики

* Использование компьютерных программ при решении прикладных физических задач

Проблема работоспособности резьбовых соединений в настоящее время весьма актуальна, особенно с развитием техники и устройств, работающих в тяжелых условиях и в открытом космосе. К резьбовым соединениям, работающим в условиях вакуума, а особенно в космических аппаратах должны предъявляться высокие требования к их надежности и работоспособности. Трение в вакууме отличается от трения при атмосферном давлении.

Функционирование узлов трения в вакууме имеет свою специфику - это отсутствие окислительной среды, наличие вакуума, повышенная испаряемость смазочных материалов, теплонапряженность, высокий градиент температур, космическая радиация, невесомость, влияние микрометеоритов, действие вибрационных и ударных нагрузок на этапах старта и посадки, сложность применения жидких масел.

Уменьшение давления окружающей среды изменяет фрикционные характеристики материалов пары трения. В связи с этим процесс трения металлов в вакууме усложняется, коэффициент трения несколько раз больше, чем при трении на воздухе, и достигает нескольких единиц. Сложность состоит в регенерации защитных пленок на поверхности контакта трения, так как в условиях вакуума жидкие смазки испаряются, а твердые смазочные покрытия сублимируются. Удержать смазочный материал в зоне контакта трения деталей в условиях вакуума крайне сложно.

Решить проблему трибологической безопасности резьбовых соединений можно путем новых конструктивных решений и применения магнитоуправляемых наножидкостей. Магнитные смазочные жидкости могут использоваться в качестве смазочного материала в резьбовых соединениях и принудительно удерживаются в зоне контакта трения постоянным магнитным полем. Резьбовая поверхность болта с нанесенной на его поверхность магнитной жидкостью представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Поверхность болта с магнитной жидкостью.

Как вариант решения проблемы безотказной работы пар трения винт-гайка в вакууме может послужить трибологически безопасное резьбовое соединение «закрытого» типа. Конструкция данного резьбового соединения представлена на рис. 2.

Данное резьбовое соединение предназначено для работы в условиях ограниченной смазки, в условиях вакуума и др. тяжелых условиях. В условиях вакуума обычные резьбовые соединения теряют свою подвижность из-за испарения смазки и сублимации твердых смазочных покрытий, в результате чего происходит холодное сваривание поверхностей резьбы винта и гайки с образованием мостиков холодного сваривания.

Рисунок 2. Конструкция трибологически безопасного резьбового соединения «закрытого» типа: 1 - тело Винта М20х2; 3 - постоянный магнит; 2 - кольцо проставное из магнитного материала; 4 - магнитная жидкость на основе полиэтилсилоксана (ПЭС-5); 5 - проставка-цилиндр из магнитного материала; 6 - заглушка.

Сущность предлагаемого резьбового соединения состоит в том, что трибологическая безопасность и надежность работы резьбового соединения обеспечивается за счет применения в нем магнитной жидкости на полиэтилсилоксановой основе (ПЭС-5), которая удерживается в зазоре резьбового соединения магнитным полем, которое инициируется постоянными магнитами, установленными в теле винта. В отличие от обычных смазочных материалов смазочные МЖ обладают магнитной восприимчивостью и подвергаются действию наложенного на них магнитного поля: удерживаются в нём или перемещаются в зону большей его напряженности.

Рисунок 3. Картина распределения линий магнитной индукции вдоль резьбовой поверхности винта: 1 - деталь; 2 - винт; 3 - магниты постоянные; 4 - проставка-кольцо; 5 - воздушная полость; 6 - проставка-магнитопровод; 7 - линии магнитной индукции.

В связи с этим действие смазочных МЖ зависит не только от их собственных смазочных свойств, но и от условий, определяемых наложенным магнитным полем. Под его действием МЖ интенсивно проникают на поверхности контакта в зоне трения и образуют там смазочные слои и плёнки.

Для исследования работоспособности разработанного резьбового соединения был выполнен расчет его магнитных свойств. Для выполнения расчетов использовался метод конечных элементов. Полученные результаты расчетов представлены на рисунках 3-5.

Рисунок 4. Значение напряженности магнитного поля вдоль рабочей поверхности винта.

Анализируя полученные результаты, представленные на рисунках 3-5, можно сделать вывод о том, что разработанная конструкция резьбового соединения является работоспособной.

Одним из определяющих факторов надёжной работы трибологически безопасного резьбового соединения является выбор материала постоянного магнита. В ходе проделанной работы были изучены магнитные характеристики резьбового соединения с различными магнитными материалами (рис. 6).

Рисунок 5. Распределение магнитной индукции по торцевой поверхности винта.

Рисунок 6. Зависимость напряженности постоянного магнитного поля на рабочей поверхности винта от материала постоянного магнита, установленного в его теле: 1 - неодим-железо-бор N34A - 2706 кА/м; 2 - самарий-кобальт S24H - 1440 кА/м; 3 - неодим-железо-бор N34A - 2520 кА/м; 4 - альнико А5.05В - 147 кА/м; 5 - феррит F3.2c - 380 кА/м.

Из представленного графика зависимости напряженности постоянного магнитного поля на рабочей поверхности винта от материала постоянного магнита, представленного на рис. 6, видно, что конструкция резьбового соединения будет наиболее рациональной при использовании постоянного магнита на основе неодим-железо-бор.

Спеченный постоянный магнит на основе сплавов типа NdFeB обладает следующими преимуществами перед другими магнитами с точки зрения миниатюризации магнитных и электротехнических устройств:

* более высокие магнитные параметры по сравнению с литым и ферритовым магнитом - NdFeB в 8-10 раз мощнее феррита;

* возможность создания сильных магнитных полей при малых габаритах;

* обладает одним из наилучших отношений энергетического произведения к цене;

* рекомендуется для применения в широком спектре электротехнических устройств, включая электродвигатели большой мощности.

Однако, применение магнита на основе сплава NdFeB в устройствах, работающих в условиях высоких температур становится неэффективным.

На основе вышеизложенного можем сделать вывод о том, что разработанная конструкция резьбового соединения будет работоспособной. Установлено, что в качестве источника магнитного поля для разработанной конструкции следует использовать постоянные магниты на основе сплава NdFeB. Применение магнитной жидкости обеспечит разделение витков резьбы в соединении, тем самым продлит срок службы соединения, повысит его надежность и работоспособность.

Список литературы

1. Киселев В.В. К проблеме улучшения триботехнических свойств смазочных материалов.// Известия высших учебных заведений. Химия и хими¬че¬ская технология. - 2006. - Т.49 . - № 12. - С113-114.

2. В.В. Киселев, А.В. Топоров, П.В. Пучков Повышение надежности пожарной техники применением модернизированных смазочных материалов. // Пожаровзрывобезопасность. - 2010. - Т. 19. - №2. С. 50 - 53.

3. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Перспективы применения магнитожидкостных устройств в пожарной и аварийно-спасательной технике.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2010. - №2. - С. 63-64.

4. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Повышение надежности пожарной техники применением модернизированных смазочных материалов.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2010. - №3. - С. 24¬-28.

5. Пучков П.В., Киселев В.В., Топоров А.В. Разрушение строительных металлоконструкций в условиях пожара.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2010. - №3. - С. 29-32.

6. Киселев В.В., Полетаев В.А. Исследование триботехнических характеристик металлосодержащих присадок к маслам, используемым в электрических машинах.// Вестник ИГЭУ. - 2011. - Выпуск 2. - С. 65 - 67.

7. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Перспективы использования модернизированных смазочных материалов в пожарной и аварийно-спасательной технике.// Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2011. - №3. - С. 23-29.

Размещено на Allbest.ru