Статья

Название статьи МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В ТОРЦЕВОМ УПЛОТНЕНИИ
Автор А.В. Смелов, С.А. Данильченко
Рубрика РАЗДЕЛ I. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Месяц, год 04, 2015
Индекс УДК 621.867
DOI
Аннотация Целью работы являлось создание прикладных расчетных методов, описывающих тепловые явления в торцевом уплотнительном узле. Рабочая контактная часть данного триботехнического узла состоит из двухслойного покрытия: каркаса из стали 65Г, нанесенного методом электроискрового легирования и антифрикционного слоя на основе модифицированного наноразмерными частицами политетрафторэтилена. Выполнен анализ факторов, влияющих на работу герметизирующего узла. Определено существенное влияние на тепловые потоки физико-механических свойств материалов герметизирующего узла и режимов его работы – давления, скорость скольжения, воздействий окружающей среды. Сформулированы аналитические условия задачи, описывающие тепловые процессы. Принята осесимметричная модель распределения температуры с учетом конвективного теплообмена. Составлен ряд формул, описывающих условия теплообмена, теплопроводности и граничных показателей для элементов рассматриваемого триботехнического узла. Выполнено конечно–элементное моделирование, позволившее решить рассматриваемую задачу с учетом различных значений: геометрических и физических входных параметров, начальных и граничных условий для различных временных интервалов. В качестве инструментария конечно – элементного моделирования был использован пакет ANSYS. Была разработана программа на макроязыке APDL, с применением технологии моделирования «снизу–вверх». Общее количество узлов, созданных при построении равно 2115, элементов 660. Для получения объективного результата размер элементов для покрытия использовался с менее крупной сеткой, чем для контртела и материала основы. В ходе расчета с помощью компьютерного моделирования удалось определить температурные градиенты, время переходного режима и распределение теплового потока между деталями. Сделан вывод о происходящих под воздействием тепла термодинамических процессах на молекулярном уровне в полимере.

Скачать в PDF

Ключевые слова Торцевое уплотнение; тепловой режим; политетрафторэтилен.
Библиографический список 1. Майер Э. Торцевые уплотнения: Пер. с нем. – М.: Машиностроение, 1978. – 288 с.
2. Иваночкин П.Г., Сычев А.А., Кравченко Ю.В., Бецофен С.Я., Ашмарин А.А. Исследования антифрикционных самосмазывающихся композиционных покрытий для тяжелонагруженных узлов трения // Новые материалы и технологии НМТ–2010. Материалы Всерос. науч.-техн. конф. Москва, 16–18 ноября 2010. – Т. 2. – С. 96.
3. Иваночкин П.Г. Кравченко Ю.В. Шайхиев А.Р. Сравнение структуры поверхностных слоёв металла при формировании силового каркаса методом электроискрового легирования с помощью установки «Элитон 52Б» и генератора токовых импульсов // Известия Самарского научного центра РАН. Т. 13. – 2011. – № 4 (3). – С. 1053-1055.
4. Коротаев Д.Н., Машков Ю.К., Грязное Б.Т., Николенко С.В. Влияние электроискрового легирования стальных образцов на уровень их адгезионного взаимодействия // Трение и смазка в машинах и механизмах. – 2008. – № 7. – С. 17-20.
5. Машков Ю.К., Коротаев Д.Н., Казанцева А.Е. Сущность метода электроискрового легирования // Омский научный вестник. – 2007. – № 2. – С. 94-95.
6. Иваночкин П.Г., Кравченко Ю.В., Трушникова А.С. Микроструктурные исследования образцов рельсовой стали бывших в эксплуатации, и после нанесения электроискрового покрытия // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике: Материалы, IX Междунар. науч.-практ. конф. – Новочеркасск ЮРГТУ (НПИ), 2010. – С. 67-71.
7. Колесников В.И. Иваночкин П.Г. Двухслойные композиции триботехнического назначения для тяжелонагруженных узлов трения: монография. – Ростов-на-Дону: РГУПС, 2009. – 124 с.
8. Колесников И.В., Белый А.В., Мясникова Н.А., Мясников Ф.В., Кравченко Ю.В., Новиков Е.С. Многослойное антифрикционное наноструктурированное покрытие для лубрикации в тяжелонагруженных узлах трения // Экологический вестник научных центров ЧЭС. – 2012. – № 2. – С. 34-41.
9. Иваночкин П.Г., Мясников Ф.В., Сидашов А.В, Смелов А.В. Применение модифицированного полимерного покрытия с многослойной рабочей поверхностью в подшипниках скольжения // Вестник РГУПС. – 2013. – № 4. – С. 8-12.
10. Иваночкин П.Г., Колесников В.И., Флек Б.М., Чебаков М.И. Контактная прочность двухслойного покрытия при наличии сил трения в области контакта // Известия РАН. Механика твердого тела. – 2007. – № 1. – С. 183-192.
11. Колесников В.И., Мясникова Н.А., Жукова Ю.В., Буйло С.И., Иваночкин П.Г. Методы диагностики состояния многослойного антифрикционного наномодифицированного покрытия на боковой поверхности головки рельса // Управление большими системами: сборник трудов. – 2012. – № 38. – С. 205-214.
12. Колесников И.В., Блажеев В.В., Иваночкин П.Г., Белоцерковский М.А., Кукареко В.А. Повышение надежности и долговечности шарниров тормозной рычажной передачи путем применения многослойного антифрикционного покрытия // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2012. – № 3. – С. 17-24.
13. Смелов А.В., Кравченко Ю.В. Перспективы использования эпоксидофторопластовых покрытий в узлах трения машин непрерывного транспорта // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 1 (138). – С. 57-62.
14. Смелов А.В., Мясникова Н.А., Мантуров Д.С., Никульшин Н.И. Трибологическое применение наночастиц, полученных с помощью бисерных мельниц // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2012. – № 4. – С. 7-11.
15. Burris D.L., Zhao S., Duncan R., Lowitz J., Perry S.S., Schadler L.S., Sawyer W.G. A route to wear resistant PTFE via trace loadings of functionalized nanofillers // Wear. – 2009. – № 267. – P. 653-660.
16. Yanhong Y., Zhining J., Yulin Y. Preparation and Mechanical Properties of PTFE/nano–EG Composites Reinforced with Nanoparticles // Procedia Environmental Sciences. – 2011. – № 10, Part B. – P. 929-935.
17. Bahadur S., Schwartz C. The effect of nanoparticle fillers on transfer film formation and the tribological behavior of polymers Tribology of Polymeric Nanocomposites // Friction and Wear of Bulk Materials and Coatings: Second Edition. – 2013. – P. 23-48.
18. Охлопкова А.А., Петрова П.Н., Гоголева О.В. Разработка полимерных нанокомпозитов триботехнического назначения для нефтегазового оборудования // Нефтегазовое дело. – 2009. http://www.ogbus.ru/authors/Okhlopkova/ Okhlopkova_1.pdf.
19. Богатин О.Б., Моров В.А., Черский И.Н. Основы расчета полимерных узлов трения. – Новосибирск: Наука. – 1983. – 213 с.
20. Машков Ю.К. Овчар З.Н. Суриков В.И. Калистратова Л.Ф. Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена. Структурная модификация. – М.: Машиностроение, 2005. – 240 с.

Comments are closed.