Техника - молодёжи 2010-02, страница 21
Теоретически считается, что тела качения с беговыми дорожками или зубья между собой контактируют по линии, но на практике это далеко не так; в лучшем случае — по линии пунктирной, а то контакт и вовсе точечный. С внутренней стороны действуют центробежные силы, температурное расширение от сплошной массы металла, которая накапливает в процессе эксплуатации и удерживает тепло, поэтому охлаждение жидкой смазкой не очень-то эффективно. При взаимодействии монолитных деталей попадание инородной частички между контактирующими рабочими поверхностями приводит к большим местным напряжениям, рабочие поверхности полых же деталей податливы в пределах упругой деформации, и подобные величины напряжений в них не возникают. Поскольку равнодействующие силы снаружи и изнутри тела качения, зуба шестерни и т.п. направлены навстречу друг другу по нормали к тонкому поверхностному слою металла, то в наиболее слабом месте этого слоя атомно-молекулярной связи нарушаются, возникают микротрещины, концентрация напряжений, выкрашивается металл. А жидкая смазка из союзника превращается в недруга, беспощадно и настойчиво разрушая деталь. Она проникает в малейшие трещины и расширяет их, действуя подобно клину. Основное преимущество полых деталей — повышенная долговечность при эксплуатации. За счёт чего это достигается? Полые детали податливы, упруги, и в них не могут возникнуть такие огромные внутренние напряжения, как в деталях монолитных, сплошных. Полые детали подшипников качения, силовых зубчатых передач и крепёжных элементов можно собирать с отрицательным допуском (натягом). Так как они податливы, упруги, то натяг при их контакте не будет вызывать больших местных напряжений, зато рабочие поверхности будут контактировать нс по точкам или линиям, а по площадкам. Это резко снизит удельное давление, существенно повысит контактную выносливость и стойкость к ударным нагрузкам, температурным перепадам, вибрации, а неизбежно увеличивающийся при эксплуатации зазор будет автоматически компенсироваться упругой деформацией стенок самих деталей. Правда, на первом этапе эксплуатации возникнут незначительные потери при передаче мощности, но они с лихвой компенси- Падшипник качения, в котором все детали —полые Полые резьбовые детали Полые зубчатые передачи: а — одна шестерня монолитная, другая — полая; б — полый зуб; в — колесо и червяк полые руются увеличением долговечности подшипниковых узлов, сил оных зубчатых передач и резьбовых крепёжных соединений в разы, а то и на целый порядок. Другими словами — повышаем ресурс работы механизмов и узлов, где присутствуют данные детали на столько, на сколько позволяет разумная величина отрицательного допуска, заложенного при сборке. После того как сработаются поверхностные слои металла на рабочих поверхностях, а отрицательный допуск (натяг) приблизится к нулю, взаимодействующие между собой поверхности деталей приобретут такой взаимоприемлемый контакт, который невозможно получить в настоящее время никакими современными методами обработки и даже — селективной сборкой. Отсюда - долговечность. Я не случайно упомянул действие па механизмы запылённости на сельхоз-рабогах, в шахтах и разрезах — она дорого обходится, В таких условиях новые конструкции принесут существенную пользу, т.к. упругая податливость стенок позволит сохранить работоспособность узлов и механизмов не только при сильной запылённости, но и при попадании на рабочие поверхности деталей мелких инородных тел, что вызовет только кратковременную местную, упругую деформацию. В то время как у аналогичных устройств из сплошного металла подобное явление вызывает мгновенную поломку зубьев или выход из строя подшипниковых узлов. Технология изготовления пустотелых изделий основана на диффузион ной сварке (соединении) в вакууме при температуре нагрева сопрягаемых поверхностей, равной 0,7 от температуры плавления наиболее легкоплавкого материала этой пары. Следовательно, никакого плавления поверхностей не происходит, и в деталях не возникают огромные внутренние напряжения. Глубина вакуума 10"2 — 10"3 мм рт. ст. при усилии сдавливания заготовок 1 кг/мм2. Физика процесса заключается в том, что при таких условиях происходит взаимное проникновение (диффузия) соединяемых материалов на атомно-молекулярном уровне. Соединение получается настолько прочным, что два прутка диаметром 30-35 мм, соединённые торцевыми поверхностями, при испытаниях на прочность оказались закручены по винту в противоположные стороны, а место соединения осталось незыблемым. Этот образен всегда демонстрировался неверующим людям. Таким способом, хорошо отработанным на практике, можно соединить любые несовместимые материалы равнопрочно материалу основному. Появилась возможность создавать новые с необычными техническими характеристиками машины и мехапиз- |
