Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении

 

 

3. Виды изнашивания рабочих поверхностей колес передачи и критерии износа.

 

Основным критерием работоспособности фрикционных передач является износостойкость рабочих поверхностей контактирующих колёс. Обычно для быстроходных фрикционных передач, работающих в масляной ванне, износ стальных колёс имеет вид поверхностного выкрашивания (питинга), а расчёт ведётся (аналогично зубчатым передачам) на контактную выносливость активных поверхностей колёс.

Однако в быстроходных закрытых передачах, даже при наличии  интенсивной смазки, иногда обнаруживается абразивный износ, обусловленный недостаточной  чистотой рабочих поверхностей и частой работой передачи на пусковых и тормозных режимах, когда затруднено образование устойчивой масляной плёнки в зоне контакта.

Для тихоходных фрикционных  передач, у которых не обеспечено устойчивой масляной плёнки между контактными  поверхностями, или передача вообще работает без смазки, характерен абразивный износ (истирание) рабочих поверхностей колёс. Особенно интенсивный износ  наблюдается при наличии систематического проскальзывания (пробуксовывания) колёс, переменной нагрузки, попадания на рабочие поверхности абразивов (металлических частиц, песчинок, пыли и т.п.).

Интенсивное истирание рабочих  поверхностей колёс ведёт к нарушению  их размеров и правильности формы, а  также к появлению дополнительных динамических нагрузок.

Как контактная выносливость, так и абразивный износ активны! поверхностей колёс, в первую очередь, зависят от величины максимальных контактных напряжений и механических характеристик материалов, из которых изготовлены колёса. Кроме того, на работоспособность передачи большое влияние оказывают технологические факторы (качество и точность изготовления рабочих элементов фрикционной передачи) и эксплуатационные особенности (условия нагружения, проскальзывание, температурный режим, свойства смазки и др.).

Расчёт фрикционных передач  на износостойкость предполагает определение  величин интенсивности изнашивания  и толщин износа за требуемый промежуток времени контактирующих поверхностей фрикционных колёс при работе без смазки (как правило, открытых передач) и со смазкой, а также определение ресурса работы передачи.

 

4. Материалы колес, их механические свойства, виды применяемых смазок.

 

Трущиеся и изнашиваемые детали в зависимости от назначения изготавляют из конструкционных материалов общего назначения, фрикционных, износостойких и антифрикционных материалов обширной номенклатуры. Во многих случаях на конструкционный материал наносят износостойкие покрытия, плёнки и др.

Конструкционные стали применяют  для изготовления деталей, которые  должны имеет повышенный механические свойства. Это детали типа валов, пальцев, зубчатых колёс и т.д. Из сталей и чугунов изготавливают силовые цилиндры, поршни плунжеры и поршневые кольца. Чугун широко распространён как материал для станин, столов кареток, ползунов, направляющие которых подвергаются трению. Область применения чугунов постоянно расширяется, особенно в связи с разработкой и использованием в производстве новых видов, обладающих сочетанием высоких механических и эксплуатационных свойств.[3,c 168]

В зависимости от назначения и условий работы передачи выбирают материалы зубчатых колес. Основным материалом зубчатых колёс является сталь, используют также чугун и  пластмассу. Для уменьшения опасности  повреждения поверхности зубьев применяют термообработку. Твердость  поверхности должна быть такой, чтобы  получить колеса необходимой точности. 
 Наибольшее распространение получили углеродистые стали 35; 40; 50; 50Г.         Применяют также легированные стали 40Х; 45ХН. Углеродистые стали подвергают нормализации и улучшению, твёрдость поверхности 300…320 НВ. 

Колёса с твердостью НВ обладают сравнительно невысокой прочностью. Однако благодаря технологическим  преимуществам широко применяется  в условиях единичного и мелкосерийного производства в мало- и средненагруженных передачах при отсутствии жестких требований к габаритам и массе, а также в передачах с большими колёсами (диаметром более 500 мм), термическая обработка которых затруднена. Для лучшей приработки зубьев и равномерного их изнашивания для прямозубых передач рекомендуется твёрдость рабочих поверхностей зубьев шестерни назначать больше твёрдости зубьев колеса на 20…30 единиц НВ. 

Основные требования к  материалам:

- прочность поверхностного  слоя и высокое сопротивление  истиранию;

- достаточная прочность  при изгибе;

- обрабатываемость, возможность  получения достаточной точности  и чистоты поверхности. [4]

Смазывание поверхностей трения деталей машин обусловлено  необходимостью уменьшения сил трения и интенсивности изнашивания, а  также охлаждения зоны трения и удаления потоком масла продуктов изнашивания. Смазочный материал оказывает демпфирующее действие в зоне контакта, снижая динамичность переменных нагрузок и уменьшая поперечные и продольные колебания. Смазочные материалы могут быть жидкие (масла, вода, водные растворы) натуральные, минеральные, синтетические и комбинированные масла, пластичные (консистентные) вещества на основе натуральных, минеральных и синтетических жиров, твердые (графит, дисульфид молибдена) и газообразные. В основном в качестве смазки колес передач применяются пластичные и жидкие смазочные материалы.  [1,с. 16 ]

 

5. Основные расчетные формулы

 

При передаче вращающего момента Т₁ на ведущем валу фрикционной передачи необходимую силу нажатия можно вычислить по формуле

,

где k_сц =1,2–1,5 – коэффициент сцепления (коэффициент режима работы); f – коэффициент трения скольжения.

Толщину изношенного слоя ведущего 1 и ведомого 2  колес  можно определить по формуле

,

где I_h(1,2) – интенсивность изнашивания рабочих поверхностей ведущего 1 и ведомого 2 колес;

b_H – полуширина полоски контакта при действии силы нажатия F_п , мм;

V₁и V₂ – окружные скорости точек контакта рабочих поверхностей ведущего 1 и ведомого 2 колес, м/с;

n_(1,2) – частота вращения ведущего 1 и ведомого 2 колес, мин^-1;

t – время работы рассчитываемой фрикционной передачи, мин.

Максимальную величину толщины  изношенного слоя h_max необходимо сравнить с нормативной (допустимой) величиной износа [h] и определить ресурс работы фрикционной передачи [1, стр. 40-41]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фрикционная цилиндрическая передача

 

Задача. Определить максимальную величину износа на рабочих поверхностях колес открытой фрикционной цилиндрической передачи (см. рис. 1):

1. вычислить необходимую силу прижатия в передаче и полуширину полоски контакта;
2. вычислить контактные напряжения;
3. определить интенсивность изнашивания колес передачи;
4. вычислить величину изношенного слоя ведущего и ведомого колес передачи;
5. определить допустимый ресурс работы фрикционной передачи и сравнить с заданным;
6. сделать выводы.

 

Рисунок 1.

1 – ведущее колесо; 2 –  ведомое колесо;

D₁ и D₂ – диаметры ведущего и ведомого колес, мм;

V_1,2 – окружные скорости (качения) точек рабочих поверхностей ведущего и ведомого колес, м/с;

ω_1,2 – угловые скорости ведущего и ведомого колес, рад/с;

F_n – сила прижатия колес, Н;

T₁ – крутящий момент на ведущем колесе;

b – ширина колес, мм;

о – точка контакта;

о₁ и о₂ – оси вращения колес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. С.Н. Паршев, Н.Ю. Полозенко «Поверхностная прочность и изнашивание материалов узлов трения», Волгоград, РПК «Политехник», 2009

2. http://www.teormach.ru/lect9.htm

3. Г.И. Сильман, О.А. Горленко «Триботехническое материаловедение и триботехнология»

4.http://freepapers.ru/106/frikcionnaya-cilindricheskaya-peredacha/8150.75059.list2.html