Підвищення зносостійкості і мастильної здатності циліндричних напрямних ковзання комбінованою обробкою
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Хмельницький національний університет
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічнихнаукзаспеціальністю 05.02.04 – тертя та зношування в машинах. – Хмельницькийнаціональний університет, Хмельницький, 2025. У результаті виконання дисертаційної роботи було розв’язаноактуальнунауково-прикладну задачу підвищення зносостійкості і мастильної здатностіциліндричних напрямних ковзання шляхом створення ефективногомаслоутримувального профілю і зміцнення робочих поверхонь плазмовимнапиленням. Метою роботи було створення аналітичних та комп'ютернихмоделей зносостійкості і мастильної здатності пар тертя циліндричнихнапрямнихковзання та вибір і обґрунтування технологічних способів підвищенняїхдовговічності. Для напрямних ковзання запропонований профіль маслоутримувальнихканавок із змінною глибиною від максимальної в центрі несучої поверхнідонуля на границі поверхні тертя. Наведений розрахунок зносоконтактнихпараметрів та моделювання зносу напрямних ковзання з маслоутримувальнимиканавками змінної глибини круглого і трикутного профілю. На основі прийнятихприпущень у загальному вигляді представлено рішення для визначеннякутаконтакту у циліндричній напрямній ковзання з перекосомосейциліндрівувигляді трансцендентного рівняння. На основі побудованої скінчено-елементноїмоделі спряження «клапан-напрямна» проведений аналіз впливу визначальнихтрибологічних факторів: швидкості ковзання в контакті, температури, кутаперекосу, коефіцієнт тертя на контактні напруження як для кожної деталі паритертя, так і в процесі контактної взаємодіїЗапропонований спеціальний інструмент і технологія отриманнямаслоутримувального профілю на внутрішній поверхні напрямної клапана.Результати випробувань на знос напрямних втулок із спіральнимимаслоутримувальними канавками підтвердили їх ефективність за критеріємзносостійкості. За допомогою Solid-моделі проаналізований вплив змінигеометріїзмастильними канавками отвору напрямної на показники максимальнихісередніх напружень в контакті «напрямна-клапан». Визначено скількициклівздатна витримати контактна поверхня напрямної у кожному з режимів. Показанаефективність використання покриттів з самофлюсуючих порошківнаосновінікелю для підвищення зносостійкості важко навантажених деталей. Мікроструктурнийаналіз дозволив визначити структуру та фазовий склад напиленогопорошкутазапропонувати шляхи підвищення його твердості та зносостійкості.
As a result of the dissertation work, the current scientific andappliedproblem of As a result of the dissertation work, the current scientific andappliedproblem of increasing the wear resistance and lubricity of cylindrical slidingguideswas solved by creating an effective oil-retaining profile and strengtheningtheworking surfaces by plasma spraying. The purpose of the work was tocreateanalytical and computer models of the wear resistance and lubricity of frictionpairsofcylindrical sliding guides and to select and justify technological methodsforincreasing their durability. Analysis of modern research has shown that technological methodsofsurface engineering are becoming an alternative to constructive changes madetoincrease the efficiency of cylindrical sliding guides of technological andtransportmachines, including for valve mechanism parts. For sliding guides, a profile of oil-retaining grooves with a variabledepthfrom maximum in the center of the bearing surface to zero at the boundaryofthefriction surface is proposed. It has been established that such a profile has optimal oilretaining capacity and minimal leakage of lubricant. The calculation of wear-contactparameters and modeling of wear of sliding guides with oil-retaininggroovesofvariable depth of a round and triangular profile are presented. It is established that the characteristics is in a state of plane deformation, and the continuity of thetransitionfunctions from section to section is ensured by the geometric continuityof theshaftand sleeve along the axis of the cylinders. Based on the assumptions made, thesolution is presented in general form for determining the contact angle intheformofa transcendental equation. Based on the constructed finite element model of the "valve-guide"coupling,an analysis of the influence of the determining tribological factors: slidingspeedincontact, temperature, skew angle, friction coefficient on contact stresses bothforeachpart of the friction pair and in the process of contact interaction is carriedout. A special tool and technology for obtaining an oil-retaining profileontheinner surface of the valve guide is proposed, which increases the oil capacityofthesurface, and therefore, improves the lubrication conditions in the frictionpair "valve-guide". The results of wear tests of guide bushings with spiral oil-retaininggroovesconfirmed their effectiveness according to the wear resistance criterion. Thewearvalue of bushings with grooves for the entire time range of tests is on average20%less than the wear value of bushings without grooves. Using the Solid model, the influence of changing the geometrywithlubricating grooves of the guide hole on the indicators of maximumandaveragestresses in the "guide-valve" contact was analyzed. It was determinedhowmanycycles the contact surface of the guide can withstand in each of the modes. It wasobtained that due to the reduction in the value of maximumstresses by16.7%, theactual resource of the guide with grooves increased by more than 6 times. The effectiveness of using self-fluxing nickel-based powder coatingstoincrease the wear resistance of heavily loaded parts is shown. For plasmaspraying,based on the planning of a factorial experiment, optimal technological parameterswere established according to the microhardness criterion: current strength244A,spraying distance 100 mm and powder consumption 0.48 g/s. Microstructural analysisallowed us to determine the structure and phase composition of the sprayedpowderand suggest ways to increase its hardness and wear resistance. The positiveeffectofintroducing 5 % ferrosilicon into the main powder during plasma sprayinghasbeenproven, which contributes to the formation of pores in the surface layer as lubricatingreservoirs to increase the oil capacity of the surface and reduce friction andwear. The practical significance of the results obtained lies in the recommendationfor use at motor transport and repair enterprises of the methods proposedintheworkfor the restoration and increase of the durability of the valve mechanismpartsofinternal combustion engines.
As a result of the dissertation work, the current scientific andappliedproblem of As a result of the dissertation work, the current scientific andappliedproblem of increasing the wear resistance and lubricity of cylindrical slidingguideswas solved by creating an effective oil-retaining profile and strengtheningtheworking surfaces by plasma spraying. The purpose of the work was tocreateanalytical and computer models of the wear resistance and lubricity of frictionpairsofcylindrical sliding guides and to select and justify technological methodsforincreasing their durability. Analysis of modern research has shown that technological methodsofsurface engineering are becoming an alternative to constructive changes madetoincrease the efficiency of cylindrical sliding guides of technological andtransportmachines, including for valve mechanism parts. For sliding guides, a profile of oil-retaining grooves with a variabledepthfrom maximum in the center of the bearing surface to zero at the boundaryofthefriction surface is proposed. It has been established that such a profile has optimal oilretaining capacity and minimal leakage of lubricant. The calculation of wear-contactparameters and modeling of wear of sliding guides with oil-retaininggroovesofvariable depth of a round and triangular profile are presented. It is established that the characteristics is in a state of plane deformation, and the continuity of thetransitionfunctions from section to section is ensured by the geometric continuityof theshaftand sleeve along the axis of the cylinders. Based on the assumptions made, thesolution is presented in general form for determining the contact angle intheformofa transcendental equation. Based on the constructed finite element model of the "valve-guide"coupling,an analysis of the influence of the determining tribological factors: slidingspeedincontact, temperature, skew angle, friction coefficient on contact stresses bothforeachpart of the friction pair and in the process of contact interaction is carriedout. A special tool and technology for obtaining an oil-retaining profileontheinner surface of the valve guide is proposed, which increases the oil capacityofthesurface, and therefore, improves the lubrication conditions in the frictionpair "valve-guide". The results of wear tests of guide bushings with spiral oil-retaininggroovesconfirmed their effectiveness according to the wear resistance criterion. Thewearvalue of bushings with grooves for the entire time range of tests is on average20%less than the wear value of bushings without grooves. Using the Solid model, the influence of changing the geometrywithlubricating grooves of the guide hole on the indicators of maximumandaveragestresses in the "guide-valve" contact was analyzed. It was determinedhowmanycycles the contact surface of the guide can withstand in each of the modes. It wasobtained that due to the reduction in the value of maximumstresses by16.7%, theactual resource of the guide with grooves increased by more than 6 times. The effectiveness of using self-fluxing nickel-based powder coatingstoincrease the wear resistance of heavily loaded parts is shown. For plasmaspraying,based on the planning of a factorial experiment, optimal technological parameterswere established according to the microhardness criterion: current strength244A,spraying distance 100 mm and powder consumption 0.48 g/s. Microstructural analysisallowed us to determine the structure and phase composition of the sprayedpowderand suggest ways to increase its hardness and wear resistance. The positiveeffectofintroducing 5 % ferrosilicon into the main powder during plasma sprayinghasbeenproven, which contributes to the formation of pores in the surface layer as lubricatingreservoirs to increase the oil capacity of the surface and reduce friction andwear. The practical significance of the results obtained lies in the recommendationfor use at motor transport and repair enterprises of the methods proposedintheworkfor the restoration and increase of the durability of the valve mechanismpartsofinternal combustion engines.
Опис
Ключові слова
напрямна ковзання, маслоутримувальнийпрофіль, комп`ютерне моделювання, зносоконтактна задача, перекос осей, коефіцієнт тертя, контактні напруження, клапанний механізм, плазмове напилення, покриття, мікротвердість, знос, мікроструктура, sliding guide, oil retaining profile, wear-contact problem, axismisalignment, friction coefficient, computer modeling, contact stresses, valvemechanism, plasma spraying, coating, microhardness, wear, microstructure
Бібліографічний опис
Вичавка А. А. Підвищення зносостійкості і мастильної здатності циліндричних напрямних ковзання комбінованою обробкою : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.02.04. Хмельницький, 2025. 23 с.