Техника - молодёжи 2010-02, страница 20

2010 N 02 ТМ

Преимущества пустоты

Если мы рассмотрим любой механизм, применяемый б мировой практике машиностроения, то обнаружим, что его основу составляют шестерни, червяки, подшипники, крепёжные и им подобные детали. А детали эти, как известно, изготавливают из довольно дорогих металлов и сплавов. Масштабы производства их грандиозны.

R процессе формирования рыночных отношений наше государство не принимало участия в регулировании экономической деятельности хозяйствующих субъектов. В результате за прошедшие годы отечественное машиностроение, которое призвано было обеспечивать новейшими средствами производства народное хозяйство, фактически перестало развиваться, наметились серьёзные отставания по основным техническим направлениям, которые определяют экономическую мощь да, если хотите, и независимость нашей страны.

В настоящее время машиностроительный рынок России наводнён импортными машинами, аппаратами, устройствами и другим оборудованием, что значительно обострило конкуренцию, в которой побеждает тот производитель, у которого продукция обладает не только качеством, но и более низкой ценой.

Нашим машиностроителям пока не очень уютно среди западных производителей техники, поэтому, чтобы не оставаться в роли вечно догоняющих, необходимы идеи и предложения, радикально меняющие конструкцию и технологию изготовления традиционных деталей, составляющих любые узлы и механизмы, — подшипников качения, зубчатых передач и резьбовых соединений.

Известно, что необходимость повышать потенциал машиностроения — это аксиома, и достижение такой цели путём наращивания количественных показателей, как это делается сейчас, — плохой, не эффективный выход из создавшегося положения. Необходимо искать возможности в существенном продлении долговечности и надёжности деталей машин. В настоящее время этого добиваются, обычно применяя новые, более прочные материалы, получаемые с помощью новых технологий, новые физические и химические способы упрочнения рабочих поверх

18

ностей (в том числе и нано), а также повышая точность и чистоту механической обработки. Однако форма и взаимное расположение обработанных поверхностей всё равно остаются небезупречными, устранить погрешности полностью не удаётся даже на финишных операциях. Это существенно сказывается на сроках службы деталей, а также механизмов и машин в целом. Часто ради незначительного эффекта машиностроители вынуждены идти на большие материальные затраты. Каков же выход?

Предлагаю весьма неожиданное техническое решение, а именно: делать подшипники качения — шарики, ролики, кольца, сепараторы; зубчатые зацепления — шестерни, зубчатые колёса и рейки, червяки; элементы крепёжных соединений — болты, шпильки, гайки, випты, штифты и т.п. не из сплошного материала, как это делалось испокон веков, а полыми. Поскольку замкнутые полости в этих деталях, смею утверждать, повышают надёжность и долговечность машин, механизмов, устройств и т.д., а пустотелые крепёжные элементы не нуждаются в стопорных устройствах.

Согласен, довольно необычно... Подшипник качения — и вдруг все его детали полые? Устоят ли полые крепёжные элементы от действия разно* направленных усилий? А полый зуб шестерни разве может тягаться с зубом из сплошного металла?

На самом же деле полые детали намного долговечнее, а машины и механизмы с их участием более надёжны. Да, да. Чтобы поверить в это, надо преодолеть своего рода психологический барьер, а для уверенности провести разносторонние широкие сравнительные испытания.

Реализовать такого рода техническое решение позволяют изобретения под названием «Подшипник качения О.В. Соловьёва» (а.с. СССР № 903602), «Зубчатая передача» {а.с. СССР № 1446400) и «Самостопорящийся крепёжный резьбовой элемент О. В. Соловьёва» (ах. СССР № 1622665).

Новизна изобретений, повторяю, заключается в том, чтобы детали подшипников качения, зубчатых зацеплений, резьбовых соединений изготавливать не сплошными, а полыми или

пустотелыми. Имеются в виду неразъёмные, достаточно жёсткие коробчатые конструкции. Они образуются единой оболочкой с замкнутыми внутренними полостями. Стенки их податливы в пределах упругой деформации.

Известно, что в процессе эксплуатации ныне изготавливаемых из сплошного материала подшипников качения или силовых зубчатых передач срабатываются поверхностные слои металла в местах контакта тел качения с кольцами и между рабочими поверхностями зубьев. Это увеличивает в них первоначальный (монтажный) зазор. Возникают ударные нагрузки, которые определяют недолгий ресурс работы механизмов, стук, шум, вибрация и другие подобные негативные явления. Масса сплошных тел качения (шаров, цилиндрических и конических роликов) в подшипниках довольно велика, и при высоких частотах вращения они стремятся оторваться от внутреннего кольца, нередко деформируя внешнее кольцо. А бешено вращающийся вал теряет опору и приводит окружающие узлы и детали в негодное состояние. Прибавьте сюда влияние допусков и посадок при установке в узлах и конструкциях. Когда подшипник устанавливают в корпус или напрессовывают на вал, его наружное или внутреннее кольцо уже меняет свои геометрические размеры. С этого момента они прибывают в напряжённом состоянии, что понижает работоспособность и долговечность. Приплюсуйте сюда нагрузки от высоких частот вращения, повышенные температурные значения и знакопеременные нагрузки, разрушительное действие продуктов износа контактирующих поверхностей или попадание пыли на сельхозработах, в шахтах, разрезах и т.п., которые еще больше укорачивают жизнь подшипниковым изделиям и зубчатым зацеплениям.

Подшипники качения и детали зубчатых передач имеют много общих болезней, степень которых определяется контактной выносливостью. Из-за неточностей изготовления и монтажа на тонкий наружный слой рабочих поверхностей деталей с внешней стороны действуют огромные удельные давления в местах контакта; изгибающие, ударные и другие нагрузки.