Борьба за скорость - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги полные TXT) 📗
Например, подшипники газовых турбин нагреваются почти до 200 с лишним градусов. Вот почему смазку к ним подают под сравнительно большим давлением. Но даже и этого оказывается мало, и подшипники еще дополнительно охлаждают воздухом.
И не в одних только турбинах тяжело приходится работать подшипнику. Во всех тепловых двигателях, — а их мы найдем всюду, — есть нагрев. Моторы автомобилей, тракторов, танков, — всех машин, где тепло служит человеку, — нагреваются при работе. А в связи с ростом скорости нагрев становится грозным врагом, не только тепловых двигателей, но и всех быстроходных машин, где служат подшипники скольжения.
Как можно увеличить отвод тепла, избежать опасного перегрева? Только ли тем, что повышать давление масла?
После нескольких лет упорной работы нашел ответ на этот вопрос А. К. Дьячков.
Нужно заставить масло само бороться с нагревом: не только смазывать, но и охлаждать подшипник. На первый взгляд — парадокс: масло, которое, нагреваясь, разжижается и теряет несущую способность, должно продлить жизнь подшипника!
Но такова диалектика развития техники. Врага машины при известных условиях можно сделать другом, помощником.
Заглянем внутрь подшипника. Мы говорили о том, что местная толщина масляного слоя между шипом и подшипником — величина переменная. Против отверстия, откуда подается смазка, может оказаться узкое место, где масляный слой всего меньше. Тогда масло, входя в подшипник, неизбежно сначала должно пройти через это самое узкое, самое тесное место. Только потом оно попадает в более широкое «русло» — расширяющееся расстояние между трущимися поверхностями.
Дьячков обратил внимание на то, что подшипник не нагревается всюду одинаково. Возникают «горячие зоны», где происходит перегрев. А здесь-то, как мы знаем, и таится опасность. Падает прочность и стойкость против коррозии подшипникового сплава.
Сколько тепла от нагретого подшипника может масло забрать и унести с собой? Очевидно, тем больше, чем больше пройдет его через подшипник за одно и то же время. Увеличить же подачу масла мешает «ловушка», узкое место у смазочного отверстия. Увеличивая давление, мы помогаем маслу быстрее пройти через это узкое место.
Больше масла пройдет через подшипник, значит, больше оно унесет с собой тепла.
Но можно и избежать «ловушки», сделав так, чтобы масло не попадало сразу в самую узкую часть зазора. Для этого место смазочного отверстия нужно выбрать там, где толщина зазора самая большая. Масло, не задерживаясь, быстрее будет проходить через зазор, а это позволит отводить больше тепла.
Однако нельзя, введя масло в подшипник, хотя бы и наилучшим образом, на этом, кончить и предоставить его превратностям судьбы.
Узкие места еще могут встретиться ему на пути от смазочного отверстия до выхода из подшипника. Причина этого в самой работе машины. Трудно даже перечислить все, что приходится переносить ее частям.
Они подвергаются действию нагрузок и нагрева, которые к тому же не бывают все время постоянны и одинаковы в разных местах. «Сложное напряженное состояние», — так кратко говорят об этом ученые-прочнисты.
Но если трудно все это назвать, то легко указать, к чему оно приводит. К изменению формы деталей: прямая деталь может изогнуться, изогнутая — выпрямиться, круглое отверстие — превратиться в эллиптическое. Прямой вал местами «выпучивается» вверх, местами — вниз.
Конечно, такие изгибы, впадины, выпучивания незаметны для глаза. Лишь чувствительные приборы замечают эти изменения на сотые доли миллиметра, всего на десятки микрон.
Но для подшипника микрон вещь немалая. Точность изготовления его — 0,2 микрона. Лишь на две десятых микрона можно допустить отклонение от правильной формы. А для больших скоростей нужна еще большая точность. Незаметные, неопасные раньше неровности, которые и увидеть-то можно только в микроскоп, весьма ощутительно дают о себе знать плохой работой, а возможно и аварией подшипника.
Здесь же речь идет о десятках микрон. Изогнется вал в подшипнике— и толщина смазочного слоя может уменьшиться. Появляется «узкое место». Масло перестает течь равномерно, скопляется там, а с ним скопляется и тепло. На больших оборотах, при высоких нагрузках возникает перегрев, возникает опасность аварии.
Такие результаты дали наблюдения Дьячкова. Он определил, как именно меняется форма деталей подшипника в работе, насколько велики ее изменения.
Как же бороться с этой опасностью? Как устранить неизбежные помехи правильному течению масла, быстрому отводу тепла?
«Клин клином вышибают», — говорит пословица. Мы вспомнили ее, когда говорили о разгружающих надрезах. И здесь похожий прием.
Форма исказится, «испортится» в одном месте, у одной детали. Этого избежать нельзя. Но можно исказить ее, «испортить» намеренно в другом месте, у другой детали, так что одно искажение компенсирует другое. Одна деталь — это вал. Он при работе изогнется. Другая деталь — это вкладыш подшипника. В нем нужно заблаговременно сделать выемку такой формы, чтобы толщина масляного слоя между шипом и подшипником не уменьшилась, когда изгиб вала появится.
Предусмотрев изменения формы вала, сделать отверстие вкладыша не круглым, а другим, так, чтобы ответить на все изгибы, впадины, выпуклости. Тогда они будут не страшны. Подшипник заранее подготовлен к ним и сохранит главное — возможность равномерного течения масла, без узких мест, где таится опасность перегрева и аварии.
Созданная Дьячковым теория позволила заранее рассчитывать, какой формы нужно сделать подшипник, чтобы он не боялся масляных «пробок», чтобы масло текло в нем правильно и хорошо отводило тепло.
Это дает конструктору возможность удлинить жизнь подшипника, жизнь машины, увеличить ее быстроходность.
Кажется, все! Но есть еще одна трудность. Она таится в самой смазке.
Здесь наблюдаем случай, который в технике нередок. Мы с ним уже встречались, когда говорили о материалах для быстроходных машин. Это — противоречие одного требования другому. Прочность и легкость — требования противоречивые. Инженерам приходится их мирить друг с другом.
Пришлось и Дьячкову мирить два противоречивых требования к материалу-смазке.
Лучше было бы иметь вязкость смазки побольше, тогда и нагрузку подшипник выдержит большую, — так говорит одно требование.
Лучше было бы иметь вязкость поменьше, тогда маслу легче течь, легче «расклинивать» трущиеся поверхности, — говорит другое требование.
Вязкое масло лучше, но оно легче застревает в подшипнике. С маловязкой жидкой смазкой этого не случится, но тогда подшипник будет «слабосильным». Одно хорошо, другое плохо. Что же предпочесть?
Компромисс. Дьячков разработал способ так выбирать вязкость смазки, чтобы подшипник выдерживал нужные нагрузки и масло в нем не застревало по пути.
Вязкость масла нужно выбрать поменьше, но для каждой машины, для каждого подшипника наилучшую — не слишком большую, но и не слишком малую.
Что ж тут мудреного? Все и так ясно, — можно сказать об этом. Но то, что кажется сейчас простым и ясным, — результат упорною труда, расчетов, опытов.
Раньше конструкторы шли вслепую. «Исправив» подшипник, изменив его размеры, место подвода смазки или вязкость ее, они «вдруг» получали неожиданно хорошие результаты — долговечность подшипника увеличивалась.
Теперь теория, строгий расчет пришли им на помощь.
Так советский ученый решил труднейшую задачу борьбы за долговечность подшипника скольжения для скоростных машин.
Подшипники высокоскоростных машин быстро нагреваются, и чтобы уменьшить нагрев, применяют смазку с меньшей вязкостью, более жидкую, чем масло, например керосин.
Но есть и другие жидкости, еще менее вязкие. Нельзя ли применить для смазки, скажем, воду? Ведь ее применяют для смазки подшипников с текстолитовыми вкладышами на прокатных станах.
Попробовали. Результат — подшипник, изготовленный из прочной стали, через несколько часов сдал, не выдержал, так велик был износ.
