Разработка комплексной методики определения моментных характеристик узлов качания рулевых агрегатов ЖРД тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат наук Лаврин Андрей Владимирович

• Лаврин Андрей Владимирович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Лаврин Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ УЗЛОВ КАЧАНИЯ РА ЖРД

1.1 Обзор конструкций узлов качания РА ЖРД

1.2 Обзор направлений исследований по контактным уплотнениям

и моментам трения в опорах

1.3 Разработка обобщенной схемы узла качания РА ЖРД

1.4 Актуальные направления исследований узлов качания

ГЛАВА 2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА МОМЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДШИПИКОВ КАЧЕНИЯ

2.1 Разработка методики расчета момента трения в бессепараторных подшипниках

2.1.1 Начальные геометрические характеристики

подшипников

2.1.2 Коэффициенты для расчета напряжений и деформаций

2.1.3 Определение момента сопротивления

вращению бессепараторного шарикового подшипника

2.2 Экспериментальная проверка теоретической методики расчёта

2.2.1 Расчет потребных моментов затяжки подшипниковой пары

при заданных осевых усилиях

2.2.2 Определение собственного момента трения установки

2.2.3 Определение момента трения в подшипниковой паре

2.3 Исследование влияния перекоса колец подшипников качения

на момент трения и долговечность опор

2.3.1 Теоретическая модель динамики шарикоподшипника

2.3.2 Создание алгоритма расчета двухрядного подшипника

2

при нагружении усилиями и моментом

2.4 Результаты расчётов

2.5 Экспериментальное определение момента трения

в подшипнике 6-208Ю2 при различных величинах перекоса

2.5.1 Расчет моментов затяжки талрепа в экспериментальной установке. Определение погрешности задаваемых усилий

2.5.2 Определение момента трения в подшипнике 6-208Ю2

при значении перекоса, близком к нулевому

2.5.3 Определение момента трения в подшипнике 6-208Ю2

при перекосе ~3'

2.5.4 Определение момента трения в подшипнике 6-208Ю2

при перекосе -6'

2.5.5 Определение момента трения в подшипнике 6-208Ю2

при перекосе ~8'

2.5.6 Определение момента трения в подшипнике 6-208Ю2

при перекосе ~11'

2.5.7 Определение момента трения в подшипнике 6-208Ю2

при перекосе -16'

ГЛАВА 3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА

МОМЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УПЛОТНЕНИЙ

3.1 Методика определения момента трения в торцовом мембранном

контактном уплотнении

3.1.1 Расчет контактного давления и момента трения в торцовом мембранном уплотнении

3.1.2 Определение зависимости усилия в уплотняющем элементе торцового мембранного уплотнения от давления рабочей

среды

3.1.3 Определение диаметра контакта мембраны по коническому бурту

3.1.4 Теоретический расчет момента трения на примере конкретного исполнения узла

3.1.5 Экспериментальное определение момента трения в торцовом уплотнении и сравнение результатов с расчетными данными, „124

3.2 Методика определения момента трения в манжетном уплотнении

3.2.1 Расчет момента трения в манжетном уплотнении аналитическим методом

3.2.2 Расчет контактного давления и момента трения в манжетном уплотнении с помощью АКБУБ

3.2.3 Экспериментальная проверка численного и аналитического решения

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ОБОБЩЁННОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА

МОМЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УЗЛА КАЧАНИЯ РА ЖРД

4.1 Обобщённая методика и алгоритм определения моментных характеристик узла качания ЖРД

4.2 Применение полученной методики на примере расчета серийного

РА ЖРД

4.3 Экспериментальные исследования триботехнических характеристик материалов, используемых в узлах качания РА ЖРД

4.3.1 Цель и методика проведения испытаний

4.3.2 Анализ результатов испытаний по определению коэффициентов трения

4.3.3 Анализ результатов изнашивания поверхности образцов

4.4 Исследование коэффициента трения фторопласта-4

при различной шероховатости рабочей поверхности

4.5 Рекомендации по снижению моментов трения в узлах качания ЖРД _

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

4

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А Акт о внедрении ПАО «Кузнецов»

Приложение Б Акт о внедрении Приволжского филиала

АО «НПО Энергомаш им. В.П. Глушко»

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

РА - рулевой агрегат; УК - узел качания;

ЖРД - жидкостный ракетный двигатель;

МБР - межконтинентальная баллистическая ракета;

ТКУ - торцовое контактное уплотнение;

ПГС - пневмогидравлическая схема;

ГГ - газогенераторный газ;

ДЛА - двигатели летательных аппаратов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка комплексной методики определения моментных характеристик узлов качания рулевых агрегатов ЖРД»

ВВЕДЕНИЕ

В специализированной и учебно-методической литературе по конструкции ЖРД [1-10] практически не анализируются вопросы, связанные с особенностями проектирования и эксплуатации шарнирных узлов качания рулевых камер (сопел). Связанные с этой тематикой такие специальные вопросы, как расчет моментов трения узлов качания, также подробно не рассмотрены. При поверхностной оценке такой подход может быть оправдан тем, что в состав узла качания входят типовые элементы и решения, также присущие любым другим вращающимся механизмам, достаточно изученным и широко распространённым в машиностроении. Однако специфичность конструкции ЖРД накладывает свои, особые требования к исполнению таких узлов качания, прежде всего по рабочим условиям. Следует отметить наиболее выраженные особенности подобных узлов:

а) узлы качания (УК) могут быть совмещены с магистралями компонентов топлива, представляя собой гибрид подвижной опоры с шарнирно-сочлененным трубопроводом; соответственно, необходимо предусмотреть возможность работы такой конструкции при криогенных условиях;

б) торцовые и радиальные уплотнения работают при сравнительно малых угловых скоростях перемещения; небольшие относительные скорости скольжения не позволяют применять бесконтактный (гидродинамический или гидростатический) способ уплотнения;

в) опорные подшипники узлов качания практически всегда работают в условиях перекоса осей вращения; необходим учет влияния данного перекоса на момент трения рулевого агрегата (РА);

г) момент трения узлов качания РА при его перекладке, как правило, жестко ограничен по максимально допускаемой величине; его превышение не допускается, так как в противном случае возможно замедление процессов коррекции и стабилизации траектории ракеты-носителя

(РН) или межконтинентальной баллистической ракеты (МБР), в худшем случае приводящее к срыву полетного задания.

Отсутствие методики расчета моментов трения приводит к затруднению понимания процессов, происходящих в трибосопряжениях типичных узлов качания. В свою очередь, это влечет за собой отсутствие полноценных корректирующих мероприятий при возникновении каких-либо негативных тенденций в процессе серийного производства.

Наглядным примером является РА ЖРД РД-107А/108А, у которого за период 2000-2013 гг. отмечено всего 2 случая выхода момента трения РА при огневых испытаниях за верхний установочный предел. Однако в 20142015 гг. количество таких случаев возросло скачкообразно, составив ощутимую величину в 2,8% от общего объема серийного производства [11].

Как правило, каждый из подобных РА подвергается переборке и повторному огневому испытанию, что приводит к дополнительным затратам, значительно увеличивающим себестоимость продукции. Подобные случаи превышения момента трения стабильно проявлялись в 2016-2018 гг., однако каких-либо радикальных мер по уменьшению моментов ни разработчиками, ни технологами до сегодняшнего момента предложено не было.

Отсутствие теоретических исследований процессов, происходящих в узлах качания, не позволяет регулировать моментные характеристики узлов. Практически достоверно известно, что сравнительная сложность повторных испытаний и отсутствие действенных, теоретически подтвержденных механизмов влияния на момент трения в случае его превышения не позволили унифицировать РА 1-11 ступени РН «Союз-ФГ» и РА I ступени РН «Союз-2-1в». Эта же причина не позволяет реагировать на изменяющиеся условия эксплуатации и адаптировать существующую конструкцию под новые технические требования. Для РА ЖРД РД-107А/108А примером такого изменения может служить начало эксплуатации в тропическом климате при 99% влажности воздуха (Гвианский космический центр), при котором выявлена

тенденция к повышению моментов трения при многократном захолаживании

8

узлов криогенными компонентами. До настоящего момента это возможное увеличение какими-либо конструкторско-технологическими мероприятиями не компенсировано.

Таким образом, разработка единой унифицированной методики расчета, позволяющей рассчитывать, понимать и управлять процессами в узлах качания РА ЖРД, является насущной и актуальной задачей.

Предметом исследования являются узлы качания РА, работающие в специфических условиях применения ЖРД при воздействии различных технологических и эксплуатационных факторов.

Объектом исследования являются наиболее типичные трибосопряжения узлов качания, образующие совокупный момент трения РА, а также параметры, оказывающие непосредственное влияние на условия работы и характеристики данных трибосопряжений.

Целью диссертационной работы является создание методики расчета момента трения, а также разработка мероприятий по минимизации данной моментной характеристики в типовой конструкции РА ЖРД.

Научная новизна заключается в синтезировании обобщенной модели УК РА ЖРД, в которой выявлены основные взаимосвязи между элементами. Разработаны методики расчета моментных характеристик подшипников качения, торцовых контактных мембранных уплотнений и радиальных манжетных уплотнений с учетом впервые полученных триботехнических характеристик консистентных смазок, разработаны рекомендации для их снижения.

В первой главе проведен обзор конструкций УК современных ЖРД, разработана обобщенная структурная схема такого узла. Выявлено, что в УК наиболее широко применяются шариковые радиальные и радиально-упорные подшипники, а также торцовые и радиальные уплотнения. Проведен обзор методик расчета моментных характеристик подшипников качения. Установлено, что оценка влияния перекосов их колец при вращении на момент трения проработана недостаточно. Кроме того, в работах отсутствуют исследования моментных характеристик бессепараторных подшипников качения.

9

Торцовые мембранные уплотнения как специфический вид торцовых контактных уплотнений рассмотрены недостаточно, возможность регулирования усилия прижатия и момента через подбор характерного зазора вторичного уплотнения в литературе практически не описана.

Во второй главе разработана методика определения моментной характеристики бессепараторного радиально-упорного подшипника, а также методика расчета момента трения радиального подшипника с учетом перекоса колец. В обоих случаях выполнялась экспериментальная проверка теоретических расчетных данных на двух различных установках, имитирующих условия работы подшипников в составе серийного УК. Показана хорошая сходимость теоретических и экспериментальных значений. Для радиально-упорного подшипника расхождения не превысили 12,5%, для радиального подшипника указанный разбег значений в расчетных диапазонах перекоса находился в интервале от 0,2% до 22,3%.

В третьей главе представлены исследования моментов трения в уплотнениях. Для торцового мембранного уплотнения найден коэффициент перераспределения суммарной нагрузки в мембране, с учетом которого выведено аналитическое выражение, определяющее усилие контактного давления в сопряжении. Теоретически рассчитанная величина момента трения подтверждена статистическим анализом результатов 140 испытаний серийных УК с расхождением не более 9,9%. Для усового манжетного уплотнения найдена аналитическая зависимость, которая затем подтверждалась численным, а затем и физическим экспериментом на специальной установке. Численные и аналитические данные имели расхождение не более 12%, эллипсы рассеивания экспериментальных значений с большой точностью достоверности находятся внутри полученного диапазона.

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования коэффициентов трения, которые реализуются в нормальных и криогенных условиях при применении различных видов консистентных смазок.

Также для контактной пары «фторопласт-сталь» показана зависимость коэф-

10

фициента трения от класса чистоты поверхности. Во второй части главы с использование полученной совокупности данных разработана обобщенная методика и алгоритм определения моментных характеристик УК РА ЖРД, выданы рекомендации по ее минимизации.

В заключении работы приведены основные выводы по результатам исследования. На защиту выносятся:

1. Обобщенная модель УК РА ЖРД совмещенная с магистралью подвода компонентов топлива, учитывающая основные взаимосвязи ее структурных элементов.

2. Методика расчета моментных характеристик радиальных и радиально-упорных подшипников качения, учитывающая конструктивные, технологические и эксплуатационные особенности их применения в составе УК РА.

3. Методика расчета нагрузок и моментов трения, реализуемых в радиальных и торцовых уплотнениях УК, представляющего собой сочетание подвижной опоры с шарнирно сочлененным трубопроводом.

4. Обобщенная методика расчета моментных характеристик УК, рекомендации по их снижению и конструктивному совершенствованию наиболее типичных применяемых элементов УК.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ УЗЛОВ КАЧАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЖРД

1.1 Обзор конструкций узлов качания РА ЖРД

Для изменения направления тяги двигательной установки (ДУ) РН с целью корректировки или стабилизации РН по крену, тангажу, рысканию при неподвижном маршевом двигателе используются РА ЖРД. Указанное техническое решение наиболее характерно для РН среднего/малого класса, а также для ДУ верхних ступеней РН. Указанные РА конструктивно могут входить в ПГС маршевого двигателя, представляя из себя неподвижные или подвижные сопла и поворотные камеры, или образовывают отдельный ЖРД с собственной независимой пневмогидравлической схемой (ПГС), также включающий поворотные камеры. В настоящее время не существует унифицированного РА. Также нет единой классификации РА, хотя сгруппировать основные типы применяемых конструкций возможно по следующим основным признакам:

- наличию подвижных или неподвижных сопел (камер);

- способу подачи компонентов топлива в подвижную камеру (через узлы качания или по гибким трубопроводам);

- способу крепления подвижной камеры (карданный или шарнирный).

Несмотря на отсутствие единого унифицированного подхода к проектированию РА, в их конструкции возможно наличие типичных конструктивных элементов и решений. Указанное обстоятельство позволяет разработать обобщенную методику, благодаря которой возможен расчет основных механических параметров РА, включая момент трения при его перекладке. В свою очередь, определение момента трения позволит оценить потребные характеристики рулевой машины, обеспечивающей необходимое быстродействие РА как исполнительного механизма системы управления РН.

Ниже приведены наиболее типичные конструкции РА ЖРД.

В двигателе 2-ой ступени РН «Космос-2» РД-119 используются 4 пары неподвижных сопел, через которые постоянно истекает газогенераторный газ (ГГ), обеспечивая управление РН по всем 3-м осям. В данной рулевой системе отсутствуют подвижные элементы, кроме механизма газораспределения, соответственно, нет необходимости в рулевой машине (см. рисунок 1.1).

В настоящее время наиболее распространенным является шарнирный способ крепления, при котором сопла (сопла с камерами) перемещаются (качаются) в одной плоскости в специальных узлах качания. Так, в двигателе 3-ей ступени РН «Союз» РД-0110 применяются РА в виде 4-х подвижных сопел тягой по 6 кН с отдельными рулевыми приводами.

Рисунок 1.1 - Общий вид РД - 119 и его схема

На каждом сопле имеется жесткая односторонняя приварная цапфа, качающаяся в 2-х радиальных шарикоподшипниках. Подвод ГГ осуществляется через боковой патрубок соосно с осью вращения, вследствие чего один из подшипников нагружается осевой и радиальной нагрузкой, а другой - только радиальной. Уплотнение в сочленении подвижного патрубка сопла с неподвижным патрубком подачи ГГ имеет вид лабиринта, образованного 3-мя

разрезными чугунными кольцами. Таким образом, основная составляющая

13

момента трения такой конструкции - трение в 2-х шарикоподшипниках (см. рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - ЖРД РД 0110 и схема его рулевой камеры

Значительно более сложную конструкцию имеют узлы качания РА 1-й ступени МБР Р-16. Ввиду одностороннего подвода одновременно двух компонентов высококипящего топлива один из узлов качания совмещен с узлами подвода окислителя и горючего. Второй узел качания представляет из себя простую цапфу, передающую половину усилия тяги через сферический двухрядный шарикоподшипник на корпусной элемент. Совмещенный узел качания показан на рисунке 1.3. Уплотнение основных полостей узлов подвода осуществляется с помощью 2-х клиновидных подпружиненных фторопластовых колец, дополнительное поджатие которых осуществляется давлением компонента в основной полости. Основными трибосопряжениями совмещенного узла качания, кроме сферического двухрядного подшипника, являются пара «клиновидное кольцо - внутренний патрубок» и 4 бессепараторных ра-диально-упорных шарикоподшипника, два из которых нагружены осевым усилием от внутреннего давления основных полостей узлов (см. рисунок 1.3).

Применение сферических двухрядных шарикоподшипников, в узлах качания способно компенсировать угловой перекос (или несоосность) в пределах 2...3°.

Рисунок 1.3 - Совмещенный узел качания РА ЖРД первой ступени МБР Р-16

Узлы качания РА ЖРД 2-й ступени МБР Р-16 имеют аналогичную особенность, при которой один из узлов совмещен с узлами подвода высококи-пящих компонентов топлива. Совмещенный узел качания показан на рисунке 1.4. Основное отличие от узла, показанного на рисунке 1.3, заключается в способе герметизации основной полости. Вместо клиновидного кольца в данном случае применено 2 торцовых мембранных уплотнения с вторичным неподвижным уплотнением. Так же, как и в предыдущем рассматриваемом случае, усилие от тяги РА передается на корпусные элементы через два сферических двухрядных шарикоподшипника, компенсирующих угловой перекос.

В конструкции применены 4 радиально-упорных бессепараторных подшипника, два из которых нагружены усилием пружин, прижимающих центральную втулку мембраны к торцу цапф. Остальные два подшипника нагружены осевой нагрузкой от внутреннего давления в основных полостях узла.

Рисунок 1.4 - Совмещенный узел качания РА ЖРД второй ступени МБР Р-16

Среди современных разработок необходимо отметить РА 1 -ой ступени РН «Союз-2-1в». Они являются модификацией хорошо известного ЖРД РД-0110 с самостоятельной ПГС, автономной от маршевого двигателя НК-33. Его обозначение РД-0110Р, он оснащен 4-мя качающимися камерами с индивидуальными рулевыми машинами. Общий вид отдельной камеры (без подводящих трубопроводов) показан на рисунке 1.5.

\2к

Рисунок 1.5 - Общий вид камеры ЖРД РД-0110Р (без подводящей арматуры)

Узлы качания камер имеют сравнительно простую конструкцию, так как они не осуществляют функцию подвода компонентов, однако, в отличие от предыдущих рассмотренных примеров, они оснащены сферическими двухрядными роликовыми подшипниками, имеющими значительно большую грузоподъемность (запас по допускаемой статической грузоподъемности Со). Так же, как и сферические двухрядные шариковые подшипники, примененный тип подшипников допускает значительный (до 2...3°) перекос осей вращения, практически не меняя своей моментной характеристики (см. рисунок

1.6).

1

№

А

А-А

Л л

1 - траверса; 2 - полуось; з - полуось; 4 - сферический роликовый подшипник; 5 - силовое кольцо КС.

Рисунок 1.6 - Шарнирная опора камеры ЖРД РД-0110Р

Подвод компонентов к камере осуществляется по гибким трубопроводам (см. рисунок 1.7).

Трубопровод окислителя имеет металлическую сильфонную конструкцию с наружной силовой оплеткой. Трубопровод горючего представляет собой фторопластовую трубу, также усиленную наружной металлической оплеткой. Таким образом, момент, который необходимо прилагать рулевой машине для перекладки рассмотренного РА, состоит из 2-х составляющих -практически постоянного момента трения в подшипниках и момента, необходимого для изгиба нагруженных внутренним давлением трубопроводов.

3 4 12

1 - многослойный сильфов; 2 - металлическая оплетка; 3 наконечннк; 4- втулка; 5 обжимная муфта

(б)

Рисунок 1.7 - Конструкция трубопровода горючего (а) и окислителя (б) РА.

Наиболее массовым РА как в отечественном, так и в мировом ракетостроении является РА двигателей семейства РД-107/108. Данные изделия применялись и применяются в РН «Восток», «Восход», «Молния», «Союз», «Союз-СТ», «Союз-ФГ» в качестве РА первой и второй ступени. Суммарный выпуск агрегатов превысил 22 тыс. штук, их дальнейшее производство запланировано до 2027 г. РА, узлы качания и их схема представлены на рисунках 1.8, 1.10 и 1.11. Узлы качания данного агрегата совмещены с узлами подвода горючего и окислителя, их конструкция унифицирована на ~ 70 %, различия имеются только в конфигурации подводящих (отводящих) патрубков и наличии теплоизолирующих экранов. Данные узлы являются наиболее представительными по совокупности применяемых трибосопряжений, а также используемых технических решений и рабочих условий. Среди них можно отметить:

- работа узлов качания одновременно как при нормальных, так и криогенных температурах (не встречается в ранее рассмотренных конструкциях);

- использование в опорных элементах (из компоновочных соображений) только однорядных радиальных шарикоподшипников, что делает их более чувствительными к возможным монтажным перекосам оси вращения и требует учета переменного момента сопротивления вращения (в ранее рассмотренных конструкциях использовались сферические двухрядные подшипники с практически постоянным моментом трения);

- использования радиально-упорных бессепараторных подшипников по месту сочленения подвижной и неподвижной части узлов качания (данные типичное решение используется в узлах качания, совмещенных с узлами подвода компонентов);

- применение внутреннего торцового уплотнения в месте сопряжения подвижной и неподвижной части; как частный случай, возможно использование торцового мембранного уплотнения с возможностью регулировки его усилия прижатия (не встречается в ранее рассмотренных конструкци-

ях, имеется пример торцового уплотнения без регулировки); следует отметить, что выбор данного типа уплотнений наиболее рационален, так как оно имеет незначительные размеры в осевом направлении; кроме того, мембрану сравнительно просто изготовить на любой размер уплотнений;

- использование радиального уплотнения дренажной полости узла в виде усовой манжеты с клиновидным кольцом при постоянном усилии его прижатия (такое решение не встречается в ранее рассмотренных конструкциях, имеется более простой случай использования клиновидных колец для уплотнения основной полости).

Таким образом, методика расчета момента трения, созданная с использованием технических решений самого массового РА ЖРД, обладает определенной полнотой и может претендовать на универсальность. Также немаловажным является то обстоятельство, что проверка найденных решений и общих зависимости в частных случаях возможно на базе существующих серийных узлов или их отдельных элементов.

Для теоретического исследования моментных характеристик узлов качания РА ЖРД применим принцип суперпозиции, при котором общий момент трения является суммой моментов трения всех входящих структурных элементов. Таким образом, обобщенная методика расчета момента трения должна включать:

- методику расчета торцового мембранного уплотнения, имеющего возможность регулировки усилия прижатия;

- методику расчета момента трения радиально-упорного подшипника с преимущественно осевым усилием нагружения;

- методику расчета однорядного радиального шарикоподшипника при возможных перекосах оси его вращения;

- методику расчета манжетного уплотнения, оснащенного расклинивающим кольцом с постоянным усилием прижатия.

Согласно классификации, приведенной в работе [12], торцовое мембранное уплотнение является одним из подвидов торцового контактного уплотнения (ТКУ), выполняемого с неподвижным упругим элементом. Оно принадлежит к типу уплотнительных устройств, позволяющих добиться надежной герметизации соединений без утечки жидкости в состоянии покоя и малой утечки жидкости при работе уплотнения.

Разработанные в настоящее время методики расчета торцовых уплотнений валов в большинстве случаев описывают контактную пару, одним из элементов которой является специальное профилированное кольцо. Его начальное поджатие к уплотняющей поверхности обеспечивается упругим элементом (пружиной или сильфоном), который может быть как подвижным, так и неподвижным. В работе [13] приводятся основные типы таких уплотнений, представленные на рисунке 1.9. Расчет осевого усилия, передаваемого такими уплотнениями на контактную поверхность, не представляет большой сложности. Его слагаемыми являются начальная величина силы сжатия упругого элемента и разница сил гидравлического давления, воздействующих на противоположные стороны профилированного кольца.

Рисунок 1.9 - Схема торцовых уплотнений с подвижными (а, б) и неподвижными (в, г) упругими элементами

Указанные типы уплотнений используют пружины или упругие сильфон-ные элементы для создания начального контактного давления, которое затем возрастает под действием гидравлической нагрузки. Вследствие специального профилирования уплотнительного кольца из-за разницы площадей, на которое воздействует гидравлическое давление, возникает усилие прижатия, которое, как правило, превосходит усилие пружины или сильфона. Данное усилие возрастает при повышении давления рабочей среды.

Торцовые уплотнения широко распространены в конструкции двигателей летательных аппаратов (ГТД, ЖРД), а также, что немаловажно для рассматриваемого вопроса, в криогенной технике [14, 15, 16, 17, 18, 19]. Современное исполнение турбонасосного агрегата ЖРД обязательно предусматривает применение торцовых уплотнений [20, 21].

В настоящее время хорошо развита теория преимущественно бесконтактных торцовых уплотнений, у которых реализуется определенный физический процесс в зазоре, увеличивающий гидравлическое сопротивление на пути рабочего тела. Данный процесс характеризуется распределением давления, утечками и несущей способностью торцовой щели. Исследование подобных торцовых уплотнений тесно связано с теорией взаимодействия контактирующих поверхностей с жидкостной или газовой смазкой, подробно описанной в работах Константинеску, Грэссема, Кастелли [22, 23, 24]. Ведущими исследователями в области теории торцовых уплотнений являются отечественные ученые А.И. Голубев (г. Москва) [13, 25, 12], В.А. Максимов (г. Казань) [26, 27], Б.М. Громыко (г. Химки), А.И. Белоусов, В.А. Зрелов, С.В. Фалалеев (г. Самара) [28, 29, 30, 31], В.А. Марцинковский [32], а также зарубежные исследователи - E. Mayer [33], H.K. Mueller [34], A.O. Lebek [35] и другие.

Как было отмечено выше, большинство направлений исследований связаны с бесконтактными уплотнениями, работающими в режиме жидкостной или газовой смазки. По отношению к узлам качания применение имеющихся

методик расчета моментов трения затруднительно, так как ввиду сравнитель-

23

но небольших частот вращения РА и жестких требований по герметичности использование гидродинамических и гидростатических торцовых уплотнений в узлах качания неоправданно. Так, в работе [14] даже для ТКУ приводится эмпирическая зависимость по расчету момента трения, предполагающая сравнительно высокие окружные скорости и наличие смазочного слоя по всей ширине зоны уплотнения (в формулу вводятся значения динамической вязкости смазки или рабочей среды). Указанное обстоятельство предполагает возможность утечек. Для ТКУ узла качания, где негерметичность является браковочным признаком, такой режим работы не может быть реализован. Немаловажным является также то обстоятельство, что в рассматриваемых уплотнениях вполне может быть реализован сухой или полужидкостный режим трения (без утечек), что также затрудняет применение вышеуказанной зависимости. Кроме этого, исходя из специфики применения, ТКУ узлов качания РА работают при низких окружных скоростях (менее 0,05 м/с для РА ЖРД РД-107А/108А), что требует разработки отдельной методики расчета. В другой работе по аналогичной теме [36] приводится сравнительно простая зависимость для расчета момента трения, однако ее применение ограничено только контактными парами, изготовленными из металлических материалов. Выполнение расчета требует предварительного экспериментального определения приведенного коэффициента трения, находящегося в зависимости от режима трения (сухого, полужидкостного, жидкостного), что снижает область применения данной методики. Для простых торцовых уплотнений в наиболее авторитетной работе [13, 12] приводится характер распределения давления по торцовому зазору и, как было отмечено выше, расчет осевого усилия в контактных парах, исполнение которых приведено на рисунке 1.9. По расчету специфического упругого элемента (мембраны), обеспечивающего прижатие, практически не дается никакой информации. О характере перераспределения нагрузок между защемленной периферией мембраны и центральной втулкой, от которого зависит гидравлическая разгрузка уплотнения, какие-либо данные не приводятся. Методика расчета момента трения

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лаврин Андрей Владимирович, 2019 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей [Текст]: учебник для студентов по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки» / Г.Г. Гахун, В.И. Баулин, В.А. Володин и др.; Под общ. ред. Г.Г. Гахуна. - М.: Машиностроение, 1989. -424с.

2. Мулькумов, Т.М. Ракетные двигатели [Текст] / Т.М. Мулькумов, Н.И. Мелик-Пашаев, П.Г. Чистяков, А.Г. Шиуков. - М.: Машиностроение, 1976. - 399с.

3. Пичугин, Д.В. Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов [Текст]: Учеб. пособие / Д.В. Пичугин. - Куйбышев: Куйбышев. авиац. ин-т. 1990. - 224с.

4. Павутницкий Ю.В., Отечественные ракеты-носители [Текст]/ Ю.В. Па-вутницкий, В.А. Мазарченков, М.В. Шиленков, А.Б. Герасимов. - СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 1996. - 178с.

5. Васильев, А.П Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей [Текст]: учебник для авиац. специальностей вузов / А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев, В.А. Кузнецов. - М.: Высш. школа, 1993. - 561с.

6. Алемасов, В.Е. Теория ракетных двигателей: учебник для студентов втузов [Текст]: учебник для студентов втузов / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрега-лин, А.П. Тишин. - М.: Машиностроение, 1989. - 464с.

7. Добровольский, М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования [Текст]: учебник для студентов вузов / М.В. Добровольский. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 448с.

8. Волков, Е.Б. Жидкостные ракетные двигатели. Основы теории агрегатов ЖРД и двигательных установок [Текст] / Е.Б. Волков, Л.Г. Головнов, Т. А. Сырицин. - М.: Воениздат, 1970. - 590с.

9. Овсяников, Б.В. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей [Текст] / Б.В. Овсяников, Б.И. Боровский. - М.: Машиностроение, 1986. - 376с.

10. Володин, В.А. Конструкция и проектирование ракетных двигателей [Текст] / В.А. Володин, Ю.Н. Ткаченко. - М.: Машиностроение, 1984. -272с.

11. Оценка эффективности применяемых решений и внедренных мероприятий по результатам анализа причин неисправностей двигателей 11Д511, 11Д512, 14Д21, 14Д22, выявленных при производстве и эксплуатации за период IV квартал 2014 года - III квартал 2015 года, технический отчет ОДЭ2015-2344 [Текст] / НПО Энергомаш им. В.П. Глушко, Приволжский филиал. - Самара, 2015. - 95с.

12. Голубев, А.И. Современные уплотнения вращающихся валов [Текст] / А.И. Голубев. - М.: Машгиз, 1963. - 215с.

13. Уплотнения и уплотнительная техника [Текст]: Справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. ред. А.И. Голубе-ва, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986. - 464с.

14. Белоусов, А.И. Конструкция и проектирование уплотнений вращающихся валов турбомашин двигателей летательных аппаратов [Текст]: Учеб. пособие / А.И. Белоусов, В.А. Зрелов. - Куйбышев: Куйбышев. авиац. ин-т, 1989. - 108с.

15. Современные конструкции уплотнений и перспективные требования к уплотнениям и подшипникам вала ГТД [Текст]// И.Э.: Поршневые и газотурбинные двигатели. - 1976. - №6 - С. 24-29.

16. Кислик, В.А. Применение гелиевого торцового уплотнения в насосах жидкого кислорода [Текст]/ В.А. Кислик // Проблемы трения и смазки. -1969. - Т.91. №4. - С. 75-81.

17. Уилкок, Д.Ф. Расчет малозазорных уплотнений с плавающими «башмаками» для компрессоров сверхзвуковых реактивных двигателей [Текст]/

Д.Ф. Уилкок, И.У. Бьеркли, Х.С. Ченг // Проблемы трения и смазки. -1968. - Т.90, №2 - С. 231-245.

18. Громыко, Б.М. Исследование и доводка торцовых уплотнений жидкого кислорода ТНА [Текст]/ Б.М. Громыко, О.К. Даньков, Е.М. Матвеев // Уплотнения и вибрационная надежность центробежных машин: сб. научных трудов VI научно-техн. конференции. - Сумы, 1991. - С. 56-60.

19. Герасимов, А.А. Результаты исследований гидростатических уплотнений, работающих в режиме образования пара в торцовом зазоре [Текст] / А.А. Герасимов, Ю.Я. Лепешинский, Ю.Н. Пономарев, А.А. Федору-щенко, В.П. Наугольнов // Уплотнения и вибрационная надежность центробежных машин: сб. научных трудов VI научно-техн. конференции. - Сумы, 1991. - С. 24-29.

20. Белоусов, А.И. Обеспечение многорежимности торцовых бесконтактных уплотнений [Текст] / А.И. Белоусов, С.В. Фалалеев // Авиационная. промышленность. - Москва, 1989. - №12. - С. 26-28.

21. Мальер, Х.К. Испытание уплотнений с изнашиваемыми кольцами для быстроходных турбонасосов высокого давления [Текст]/ Х.К. Мальер, // Проблемы трения и смазки. - 1969. - Т91, №3 - С. 77-91.

22. Грэссем, Н.С. Подшипники с газовой смазкой [Текст]/ Н.С. Грэссем, Д.У. Пауэлл. - М.: Мир, 1966. - 423с.

23. Кастелли, Р. Теоретическое и экспериментальное исследование гидростатического ассиметричного упорного подшипника с деформируемой поверхностью [Текст]/ Р. Кастелли, А. Райтман, Дж. Фуллер. // Теоретические основы инженерных расчетов. - 1967. - №4 - С. 269.

24. Константинеску, В.Н. Газовая смазка [Текст]/ В.Н. Константинеску. -М.: Машиностроение, 1968. - 718с.

25. Голубев, Г.А. Контактные уплотнения вращающихся валов [Текст] / Г.А. Голубев, Г.М. Кунин, Г.Е. Лазарев, Л.В. Чигинадзе. - М.: Машиностроение, 1976. - 264с.

26. Максимов, В.А. Расчет торцовых уплотнений термоупругогидродина-мического действия [Текст]/ В.А. Максимов // Пути повышения надежности и унификации уплотнений роторов центробежных насосов и компрессоров: тез. докл. Всесоюзного научно-техн. совещ. - Сумы, 1979. -С. 14.

27. Усков, М.К. Максимов В.А. Гидродинамическая теория смазки: этапы развития, современное состояние, перспективы [Текст] / М.К. Усков, В.А. Максимов. - М.: Наука, 1985. - 143с.

28. Белоусов, А.И. Развитие методов расчета торцовых уплотнений с газовой смазкой [Текст] /А.И. Белоусов, С.В. Фалалеев// Уплотнения и вибрационная надежность центробежных машин: сб. научных трудов VI научно-техн. конференции. - Сумы, 1991. - С. 7-13.

29. Белоусов, А.И. Исследование динамических характеристик и устойчивости высокоперепадных торцовых газостатических уплотнений [Текст]/ А.И. Белоусов, В.А. Зрелов, С.В. Фалалеев. - Куйбышев: Куйбышев. авиац. ин-т, 1983. - 51с.

30. Белоусов, А.И. Исследование торцового уплотнения с гидростатической разгрузкой [Текст] /А.И. Белоусов, В.А. Зрелов // Вибрационная прочность надежность двигателей и систем летательных аппаратов: сб. науч. трудов. - Куйбышев, 1977. - Вып. 4. - С. 66-74.

31. Фалалеев, С.В. Торцовые бесконтактные уплотнения двигателей летательных аппаратов [Текст] /С.В. Фалалеев, Д.Е. Чегодаев. - М.: Издательство МАИ, 1998. - 276с.

32. Марцинковский, В.А. Бесконтактные уплотнения роторных машин [Текст] /Марцинковский, В.А. - М.: Машиностроение, 1980. - 200с.

33. Майер, Э. Торцовые уплотнения. Пер. с нем. [Текст] /Э. Майер. - М.: Машиностроение, 1978. - 288с.

34. Mueller, H.K. Abdichtung bewegter Maschinenteile [Text] /H.K. Mueller. -Waiblingen (Germany), 1990. - 256s.

35. Lebeck, A.O. Principles and Design of Mechanical Face Seals [Text] / A.O. Lebeck. - New York, 1991. - 764p.

36. Макаров, Г.В. Уплотнительные устройства [Текст] / Г.В. Макаров. - Л.: Машиностроение, 1973. - 232с.

37. Альшиц, И.Я. Проектирование деталей из пластмасс [Текст]: Справочник / И.Я. Альшиц, Н.Ф. Анисимов, Б.Н. Благов. - М.: Машиностроение, 1969. - 248с.

38. Перель, Л.Я. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор [Текст]: Справочник / Л.Я. Перель. - М.: Машиностроение, 1983. - 543с.

39. Перель, Л.Я. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор [Текст]: Справочник / Л.Я. Перель, Филатов А.А. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 608с.

40. Бейзельман, Р.Д. Подшипники качания [Текст]: Справочник / Р.Д. Бей-зельман, Б.В. Ципкин, Л.Я. Перель. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1975. - 572с.

41. Спришевский, А.И. Подшипники качения [Текст]: Справочник / А.И. Спришевский. - М.: Машиностроение, 1969. - 748с.

42. Harris, T.A. Advanced concepts of bearing technology [Text] / T.A. Harris, M.N. Kotzalas. - CRC Press, 2007. - 352p.

43. Bearing damage and failure analysis, SKF Group, PUB BU/13 14219 EN, 2014.

44. Rolling Bearing Lubrication, FAG, Publ. No. WL 81 115/4 EA 2012 Edition.

45. Rolling Bearings SKF, PUB BU/P1 10000/3 EN, 2016.

46. Демидович, В.М. Исследование теплового режима подшипников ГТД [Текст] / В.М. Демидович. - М.: Машиностроение, 1978. - 171с.

47. Ball and roller bearings. General catalog. NTN corporation, 2001 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.upk1.ru/d/115304/d/obschiy-katalog-ntn.pdf.

48. Егоров, С.В. Методика расчета теплового режима средней опоры ГТД, состоящей из радиально упорных шарикоподшипников и торцевых контактных уплотнений [Текст] / С.В. Егоров, А.М. Арсланов, Г.И. Зайден-штейн, Н.Н. Маливанов // Авиационно-космическая техника и технология. - 2005. - №9(25). - С. 93-96

49. Петров, Н.И. Сравнение различных методик расчета тепловыделения в радиально-упорных шарикоподшипниках [Текст] / Н.И. Петров, Ю.Л. Лаврентьев // Вестник Самарского государственного университета. -2018. - Т. 17 - №2. - С. 154-161.

50. Hughes, R.W. Solid rocket booster auxiliary power unit - meeting the challenge [Text] / R.W. Hughes // NASA Conference Publication Issue pt2, pp 690-701 Space Shuttle Technical Conference. Houston, TX, USA. 6185.

51. Zhao, J. The kinematics analysis on sway unit of lox/kerosene rocket engine [Электронный ресурс] / J. Zhao, Y.-H. Tan, J.-H. Chen, S. Yan, // Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC,. https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-85016472741&partnerID=40&md5=2df59993e34057a23a2b9a2c727e3136

52. Fatuev, I.Yu. New propellant ignition system in LV "Soyuz" rocket engine chambers [Text] / I.Yu. Fatuev, A.A. Ganin, // International Astronautical Federation - 55th International Astronautical Congress, 2004. - P. 6980-6985.

53. Green, I. A transient dynamic analysis of mechanical seals including asperity contact and face deformation [Text] / I. Green // Tribology and Lubrication Technology. - 2005. - №61 (6), - P. 52-63.

54. Wen, Q. The effect of surface roughness on thermal-elasto-hydrodynamic model of contact mechanical seals [Text] / Q. Wen, Y. Liu, W. Huang, S. Suo, Y. Wang // Science China: Physics, Mechanics and Astronomy. - 2013. - №56 (10). - P. 1920-1929.

55. Ziaei-Rad, S. Thermoelastic modeling of rotor response with shaft rub [Text] / S. Ziaei-Rad, E. Kouchaki, M. Imregun // Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME. - 2010. - №77 (6). - article № 061010.

56. Mamon, L.I. Tribotechnical features of the friction and wear in contact end seals [Text] / L.I. Mamon, A.N. Dudka // Proc. 7th int. meeting and 1st int. exhibition on sealing technology, papers of the plenary session, section 1: running S, 1 , Budapest, Hungary, Omikk Technoinform. - 1982. - P. 236242.

57. Varney, P. Dynamic modeling of an eccentric face seal including coupled rotor dynamics, face contact, and inertial maneuver loads [Text] / P. Varney, I. Green // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. -2018. - №232 (6). - P. 732-748.

58. Zhang, Y. Analysis and Experimental Research of Contact States of Single Metal Seal under Drilling Conditions [Text] / Y. Zhang, X. Chang, Y. Fu, Q. Wu, // Zhongguo Jixie Gongcheng/China Mechanical Engineering. - 2018. -№29 (3). - P. 262-266.

59. Tok, G. Numerical Investigation of the Effect of Radial Lip Seal Geometry on Sealing Performance [Text] /G. Tok, Z. Parlar, V. Temiz // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2018. - №295 (1). - article №012003.

60. Pinedo, B. Effect of misalignments on the tribological performance of elasto-meric rod lip seals : Study methodology and case study [Text] / B. Pinedo, M. Conte, J. Aguirrebeitia, A. Igartua, // Tribology International. - 2017. - №116. P. 9-18.

61. Wollesen, V. A tribometer for the evaluation of the measures in the sealing zone of radial lip seals [Text] / V. Wollesen, O. Von Estorff, St. Meyer, // BALTTRIB 2007 International Scientific Conference, Proceedings. - 2007. -P. 22-27.

62. Simmons, T.E. Neck seals [Электронный ресурс] / T.E. Simmons, R.F. Divirgilio, C.L. Innis, // 1986. - Режим доступа: https://www.scopus.com/ inward/record.uri?eid=2-s2.0-85040873892&partnerID=40&md5= 92d44453bc606325351255361998cb30

63. Bulut, D. The effect of interference on the friction torque characteristics of TPU based rotary lip seals [Text] / D. Bulut, V. Temiz, Z. Parlar // Tribology in Industry. - 2015. - №37 (3). - P. 346-353.

64. Liu, D. Numerical analysis of rotary lip seal performance deterioration [Text] / D. Liu, S. Wang, J. Shi, C. Zhang, M. Tomovic, // Proceedings of the 2016 IEEE 11th Conference on Industrial Electronics and Applications. - 2016. -article №7603742. - P. 1078-1083.

65. Guo, F. The effect of aging during storage on the performance of a radial lip seal [Text] / F. Guo, X. Jia, L. Huang, R.F. Salant, Y. Wang, // Polymer Degradation and Stability. - 2013. - №98 (11). - P. 2193-2200.

66. Jia, X. Effects of the radial force on the static contact properties and sealing performance of a radial lip seal [Text] / X. Jia, F. Guo, L. Huang, L. Wang, Z. Gao, Y. Wang, // Science China Technological Sciences. - 2014. - №57 (6). P. 1175-1182.

67. Matzakou, M.-A. Investigation into contact band characteristics of rotary radial lip seals in relation to various operating parameters [Text] / M.-A. Matzakou, P. Bowman, // BHR Group - 22nd International Conference on Fluid Sealing. - 2013. - P. 117-129.

68. Журавлев, В.Ф. Механика шарикоподшипников гироскопов [Текст] / В.Ф. Журавлев, В.Б. Бальмонт. - М.: Машиностроение, 1985. - 272с.

69. Cargulio, E.P. A simple way to estimate bearing stiffness [Text]/ E.P. Cargu-lio // Machine design. - № 7. - 1980 - P. 107-110.

70. Harris, T.A. Rolling bearing analysis [Text] / T.A. Harris. - New York, 1966. - 468p.

71. Нарышкин, В.Н. Подшипники качения [Текст]: Справочник-каталог / В.Н. Нарышкин, Р.Н. Коросташевский. М.: Машиностроение, 1984. -280с.

72. Kim, C.H. Fluid Flow Analysis for Friction Torque around Rolling Element in Ball Bearings [Text] / C.H. Kim, J.H. Jo // Journal of Friction and Wear. -№38 (6). - P. 424-429.

73. Deng, S.-E. Friction torque characteristics of thrust ball bearings [Text] / S.-E. Deng, Y.-C. Jia, // Binggong Xuebao. Acta Armamentarii. - 2015. - №36 (9). - P. 1615-1623.

74. Hammami, M. Friction torque in rolling bearings lubricated with axle gear oils [Text] / M. Hammami, R. Martins, C. Fernandes, J. Seabra, M.S. Abbes, M. Haddar, // Tribology International. - 2018. - №119. - P. 419-435.

75. Hokao, M. Low torque technologies for rolling bearings with grease lubrication [Text] / M. Hokao // Toraibarojisuto. Journal of Japanese Society of Tri-bologists. - 2018. - №63 (2). - P. 69-74.

76. Черменский, О.Н. Подшипники качения [Текст]: Справочник-каталог / О.Н. Черменский, Н.Н. Федотов. - М.: Машиностроение, 2003. - 576с.

77. Жильников, Е.П. Трение и изнашивание в узлах авиационной техники [Текст] / Е.П. Жильников, В.Н. Самсонов. - Самара: Изд-во Самарского аэрокосмического университета, 2007. - 143с.

78. Крагельский, И.В. Основы расчётов на трение и износ [Текст] / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.М. Камбалов. - М.:Машиностроение, 1977. - 487с.

79. Дроздов, Ю.Н. Прикладная трибология (трение, износ, смазка) [Текст] / Ю.Н. Дроздов, Е.Г. Юдин, А.И. Белов. - М.: «Эко-Пресс», 2010. - 604с.

80. Хатипов, С.А. Новый класс износостойких материалов, полученных радиационной модификацией политетрафторэтилена в расплаве [Текст] / С.А. Хатипов, С.А. Серов, Н.В. Садовская // Вопросы материаловедения. -2012. - №4. - С. 191-201

81. Балякин, В.Б. Теория и проектирование опор роторов авиационных ГТД [Текст] / В.Б. Балякин, Е.П. Жильников, В.Н. Самсонов, В.Н. Макарчук. -Самара: Изд-во Самарского аэрокосмического университета. - 2007. -253с.

82. Белоусов, А.И. Актуальные направления исследования динамических и расходных характеристик опор роторов [Текст]/ А.И. Белоусов, В.Б. Балякин // Изв. Вузов, Авиационная техника. - 2002. - №2. - С. 29-33.

194

83. Королев, А.А. Влияние геометрических параметров рабочих поверхностей шарикоподшипника на его работоспособность [Текст] / А.А. Королев, А.В. Королев // Трение и износ. - 2015. - Т.36. - №2. - С. 244-248.

84. Белоусов, А.И. Экспериментальное исследование распределения давления в слое смазки "короткого" гидродинамического демпфера [Текст]/ А.И. Белоусов, В.Б. Балякин, Д.К. Новиков // Трение и износ. - 1985. - №4. - С. 648-652.

85. Королев, А.В. Экспериментальное исследование влияния геометрии контакта тел и дорожек качения шариковых подшипников на момент трения качения [Текст] / А.В. Королев, А.А. Королев // Трение и износ. -2016. - Т.37. - №2. С. 156-161.

86. Силаев, Б.М. Метод расчёта высокоскоростной опоры качения двигателей летательных аппаратов с учётом изнашивания [Текст] / Б.М. Силаев, П.А. Даниленко // Трение и износ. - 2015. - Т.36. - №4. - С. 453-460.

87. Пинегин С.В. Трение качения в машинах и приборах [Текст] / С.В. Пи-негин. - М.: Машиностроение, 1976. - 262с.

88. Балякин, В.В. Исследование влияния перекоса колец подшипника качения на момент трения и долговечность опор [Текст] / В.В. Балякин, Е.П. Жильников, Б.Б. Косенок, А.В. Лаврин // Трение и износ. - 2016. - Т.37. -№6. - С. 693-698.

89. Иосилевич, Г.Б. Детали машин [Текст]: Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов / Г.Б. Иосилевич. - М.: Машиностроение, 1988. - 368с.

90. ГОСТ Р51264-99. Инструмент монтажный для нормированной затяжки резьбовых соединений. Ключи моментные. Общие технические условия [Текст]. - М.: Издательство стандартов, 1999. - 9с.

91. СТО 7512619.07.065-2005. Стандарт организации. Система менеджмента качества. Ключи моментные (динамометрические) [Текст]. - Самара: ОАО «Моторостроитель», 2005. - 11с.

92. Тейлор, Дж. Введение в теорию ошибок [Текст] / Дж. Тейлор. Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - 272с.

93. SKF. Общий каталог [Текст] // Изд. СКФ, 1989. - 976с.

94. Жильников, Е.П. Расчет двухрядного подшипника автомата перекоса несущего винта вертолета [Текст] / Е.П. Жильников, И.М. Шифрин // Актуальные проблемы трибологии: сборник докладов регионального научно-технического семинара. - Самара: Изд. СамГТУ, 2008. - С. 71-72.

95. Жильников, Е.П. Расчет посадок колец высокоскоростных подшипников качения авиационных изделий [Текст] / Е.П. Жильников, В.В. Макарчук // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - Самара, 2011г. - №3. - С. 370-376.

96. Балякин, В.Б. Экспериментальное исследование момента трения в подшипнике качения при перекосе вала [Текст] / В.Б. Балякин, А.В. Лаврин, В.Б.А. Оссиала // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2018. - Т.20. - №4. - С. 37-42.

97. Жуковский, А.Е. Испытания жидкостных ракетных двигателей [Текст]: учебник для студентов авиационных специальностей вузов / А.Е. Жуковский, В.С. Кондрусев, В.В. Окорочков. - М.: Машиностроение, 1992.

- 352с.

98. Махин, В.А. Теоретические основы экспериментальной отработки ЖРД [Текст] / В.А. Махин, Н.П. Миленко, Л.В. Пронь; под ред. В.А. Махина.

- М.: Машиностроение, 1973. - 282с.

99. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента [Текст] / Ю.П. Адлер. - М.: Металлургия, 1968. - 155с.

100. Xu Wei, L. Inflencing factors analysis and experiments of friction coefficient between the end faces for contact mechanical seals [Text] / L. Xu Wei, P. Zhang, Q. Liu, L. Jin, G. Fang, // Mocaxue Xuebao, Tribology. - 2016. -№36(3). - P. 354-361.

101. Балякин, В.Б. Экспериментальные исследования триботехнических характеристик радиационно-модифицированного материала фторопласт - 4

196

с целью использования в опорах роторов [Текст] / В.Б. Балякин, С. А. Ха-типов, К.К. Пилла // Трение и износ. - 2015. - Т.36. - №4. - С. 448-452.

102. Wen, Q. The effect of surface roughness on thermal-elasto-hydrodynamic model of contact mechanical seals [Text] / Q. Wen, Y. Liu, W. Huang, S. Suo, Y. Wang // Science China: Physics, Mechanics and Astronomy. - 2013. -№56(10). - P. 1920-1929.

103. Yu, X. Experimental investigation on friction performance of mechanical seals with a laser-textured seal face [Text] / X. Yu, M. Liu, Z. Wang, P. Peng, R. Cai // Materials Science Forum. - 2006. - №532(533). -P. 81-84.

104. Кудрявцев, В. Н. Детали машин [Текст]: учебник для вузов / В. Н. Кудрявцев. - Л.: Машиностроение, 1980. - 464с.

105. Белоусов, А.И. Экспериментальное исследование распределения давления в слое смазки "короткого" гидродинамического демпфера [Текст] / А.И. Белоусов, В.Б. Балякин, Д.К. Новиков // Трение и износ. - 1985. - №4. - C. 648-652.

106. Wang, Y. ANSYS Interference Fit Analysis of Mechanical Seals in Reactor Coolant Pumps [Text] / Y. Wang, Y. Liu, W. Huang, Z. Gao, Y. Wang, // Journal of Mechanical Engineering. - 2017. - №53(5). - P. 153-159.

107. Банных, О. А. Стали для работы при низких температурах [Текст] / О. А. Банных, Ю.К. Ковнеристый. - М.: Металлургия, 1969. - 191с.

108. Kosenko, V.V. Effect of axial play on the sealing ability of the radial single-lip seal in an abrasive environment [Text] / V.V. Kosenko, E.I. Tesker // Journal of Friction and Wear. - 2017. - №38(3). - P. 237-241.

109. Stakenborg, M.J.L. On the sealing mechanism of radial lip seals [Text] / M.J.L. Stakenborg // Tribology International. - 1988. - №21 (6). - P. 335-340.

110. Pelzer, V. New method for estimating the sealing quality of rotating seals [Text] / V. Pelzer, G. Poll, // 72-nd Annual Meeting and Exhibition of the Society of Tribologists and Lubrication Engineers. - STLE 2017.

111. Joshi, R.S. Nonlinear finite element analysis of radial lip seals [Text] / R.S. Joshi, D.C. Roberts, H. Ghoneim // ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings. - IMECE 2017.

112. Fehrenbacher, C. Description of the pumping rate of shaft counterfaces in the sealing system radial lip seal using the 3D parameters of ISO 25178 [Text] / C. Fehrenbacher, L. Hoerl, F. Bauer, W. Haas, // Tribology Online. - 2006. -№11(2). - P. 69-74.

113. Балякин, В.Б. Методика определения момента трения в усовом манжетном уплотнении [Текст] / В.Б. Балякин, А.В. Лаврин, В.Б.А. Оссиала // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2018. - Т.20. - №4. - С. 31-36.

114. Силаев Б.М. О структуре расчетной модели изнашивания при трении качения в активных средах [Текст] / Б.М. Силаев // Машиностроение. -1981. - №1. - C. 89-97.

115. Чертов А.Г. Физические величины [Текст] / Чертов А.Г. - М.: Высшая школа, 1990. - 170с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт о внедрении ПАО «Кузнецов»

Кузнецов одк

Публичное Акционерное Общество «Кузнецов»

(ПАО «Кузнецов») Заводское шоссе, д 29 г.о. Самара, 443009 Тел: [phone]

факс: [phone] e-mail: [e-mail] от «_» _2018 г.

УТВЕРЖДАЮ нструктор ПАО «Кузнецов» • fc'i В.П. Данильченко

2018 г.

Акт о внедрении выводов вновь разработанной комплексной методики определения моментных характеристик узлов качания (узлов подвода) рулевых агрегатов ЖРД

Комиссия в составе:

председатель: Главный технолог

члены комиссии: Главный технолог РД

Заместитель главного технолога

А.П. Горбунов

В.И. Коняхина

JI.B. Пенина

составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Лаврина Андрея Владимировича, а именно выводы разработанной методики определения моментных характеристик узлов качания были использованы при производстве узлов подвода рулевых агрегатов (РА) ЖРД РД-107А/108А.

В результате исследований была установлена приоритетная роль в общей моментной характеристике РА мембранного ТКУ, формирующего в узлах до 81,5% совокупной доли момента трения.

На основании обработки статистики результатов автономных испытаний узлов выявлено влияние на момент трения мембранного ТКУ характерного размера «е», определяющего конструкционный зазор в уплотнении. Показано влияние указанного размера на усиление прижатия уплотнения и целесообразность его снижения для уменьшения суммарного момента трения в РА. Полученные результаты позволили сформировать рекомендации для следующего уточнения технологического процесса сборки узлов качания, совмещенных с магистралью подвода окислителя:

а) общее снижение размера «е» при первичной сборке узлов, предназначенных для контрольно-технологического испытания;

б) снижение размера «е» при неудовлетворительных промежуточных результатах замера момента трения в процессе автономных испытаний узлов;

в) снижение нижнего технологического допуска на данный характерный размер при товарной сборке узлов.

Выполнение указанных рекомендаций позволило снизить количество РА, направляемых на повторную переборку после испытаний по причине выхода момента трения за верхний установленный предел. Данные рекомендации реализованы Управлением главного технолога ПАО «Кузнецов» выпуском в мае 2018 г. извещения об изменении ИИ043-2018 технологического процесса сборки серийных узлов качания, совмещенных с трактом окислителя.

Председатель:

Главный технолог

__А.П.Горбунов

Члены комиссии:

Главный технолог РД

Заместитель главного технолога

Л.В. Пенина

В.И.Коняхина

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о внедрении Приволжского филиала АО «НПО Энергомаш им. В.П. Глушко»

^-ЦПО ЭНЕРГОМАШ

ИМЕНИ АКАДЕМИКА В.П. ГЛУШКО Акционерное общество

«НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко»

ПРИВОЛЖСКИЙ ФИЛИАЛ

Заводское шоссе, д. 29, г. Самара, Самарская область. 443009

Тел.: [phone]; Факс: (Мб)955-15-50: E-mail: pfenerooiSjsamtel ru http://engine space ИНН/КПП 5047008220/631902002

Г « /3 »

//

2018 г.

УТВЕРЖДАЮ

Директор филиала — ^конструктор ^ филиала гомаш» V. Ганин 2018 г.

Акт о внедрении результатов разработки комплексной методики определения моментных характеристик узлов качания (узлов подвода) рулевых агрегатов ЖРД

Комиссия в составе:

председатель: Первый заместитель директора филиала

П.И. Близниченко

члены комиссии:

Заместитель директора филиала - начальник конструкторского отдела

Начальник сектора нормоконтроля и корректировки технической документации

О.В. Овдиенко

О.В. Шипилова

составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Лаврина Андрея Владимировича, а именно выполненные исследования триботехнических характеристик консистентных смазок, работающих в условиях криогенных температур, были использованы для корректировки конструкторской документации Приволжского филиала АО «НПО Энергомаш имени В.П. Глушко»

Проведенные работы позволили определить влияние на трение и износ контактных пар «сталь-фторопласт» различных типов консистентных смазок, в том числе ранее не применяемых в изделиях спецтехники. Полученные результаты были разрешены к публикации письмом ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» исх. №Б-01/584 от 24.12.2014 г. В результате исследования была выявлена номенклатура смазок, удовлетворяющая требованиям пожаровзрывобезопасности, обеспечивающая необходимые значения коэффициентов трения в торцовых и радиальных уплотнениях серийных узлов качания рулевых агрегатов

(РА) ЖРД РД-107А/108А. По результатам дальнейших работ рекомендованный тип смазки, имеющий наилучшую степень технологической отработки и удовлетворительные триботехнические характеристики, был внедрен в конструкцию серийных узлов качания, работающих при криогенных условиях. Соответствующее уточнение конструкторской документации осуществлено выпуском извещения об изменении ИИ 287.8048 в ноябре 2017 г.

Председатель: Первый заместитель директора филиала

Члены комиссии: Заместитель директора филиала - начальник конструкторского отдела

Начальник сектора нормоконтроля и корректировки технической документации

О.В. Шипилова