Основы проектирования и расчёта узлов трения

78. Опишите тест «Вал-втулка».

Это схема характерна для анализа работы подшипника скольжения. Радиусы поверхностей трения обычно 20...50 мм, а длина поверхности трения в осевом направлении 5...20 мм. Полуугол a связан с полушириной а (мм) площадки контакта соотношением: a=arcsin(a/R), где R- радиус втулки. Среднее давление р; на контакте связано с усилием Р, шириной 2а и длиной ℓ площадки контакта соотношением: p=P/2a ℓ. Тогда, а = l,128×[q_c× (R×r×P)/(R-r) × ℓ )]^1/2

Здесь, q_с = q₁ +q₂ - суммарная упругая постоянная материалов втулки и вала:

Θ=(1-μ²)/Е - упругая постоянная материала; Е, μ- модуль упругости материала и коэффициент Пуассона.

Нагрузку теста находят по формуле: P=5,09×θ_c[R×r× ℓ ×p²/(R-r)], либо Р = 0,2R_TP× ( ℓ ×sin^2:a) / θ_С. Формулы верны при большом радиальном зазоре d =(R-r) и малой нагрузке, то есть при a = arcsin(a/ R_Tp) < 0,7 рад.

79. Назовите и изобразите «Часто встречающиеся схемы трения деталей»

Варианты схем представлены на рис.35

 

Рис. 35. Схемы испытаний с обозначениями: а): трение по радиальной поверхности вала (ролика):

1- вал-втулка;

2- вал-колодка/вкладыш;

3- вал-гибкая нить;

4- вал-диск или ролик-ролик;

5- вал-палец;

б): трение о торен диска:

6-диск-диск или кольцо-кольцо;

7- конус-диск;

8-палец-диск:

в):вращение в конусе:

9- конус-конус;

10- сфера-конус;

г), д): поступательные перемещения:

11- перекрещивающиеся цилиндры;

12- цилиндр-цилиндрическая колодка;

13-сфера-плоскость;

14-плоскость-плоскость;

15- плоскость-палец.

80. Назовите «Триботесты и коэффициент взаимного перекрытия». Рис. 36.

Геометрии начального контакта: в точке; по линии; по поверхности.

Геометрии контактирующих тел: конус - конус; шар - конус; шар - плоскость: цилиндр - цилиндр; цилиндр - плоскость; плоскость - плоскость; плоскость - конус: прочие. При модельных испытаниях образцы изготавливаются с учётом подобия.

Коэффициент взаимного перекрытия образцов (К_вз) есть отношение площади поверхности трения одного образца к соответствующей площади другого образца (К_вз £ 1). При К_вз» 1, как при торцовом трении, по схеме «кольцо-кольцо», тепло от трения сначала идёт в глубь колец, а затем к боковым поверхностям и далее в воздух. В схеме «палец-диск» (К_вз» 0) основная часть тепла трения идёт в окружающую среду. Образец с меньшей поверхностью трения изнашивается быстрее в схемах «палец-диск» или «вкладыш-вал» из-за разного пути

Рис.36. Примеры создания нагрузок с учётом коэффициентов взаимного перекрытия испытываемых образцов для разных применяемых в экспериментах стендов

трения. Рис. 36 показывает возможности на разных типах стендов создания максимального давления Р_м с учётом коэффициента взаимного перекрытия К_вз= 2a / 360, где 2a- угол контакта в сопряжении, а 0 < К_вз £ 1. Номинальная (расчётная) площадь контакта А_а = d× ℓ ×sina. Здесь d- диаметр цилиндрического образца; 1- длина его образующей. Давление на контакте: p = P/d× ℓ ×sin(180×K_B3). Максимальные необходимые давления р_м в схеме «вкладыш/колодка-вал» при К_вз до 0.5 будет: р_м = Р_м×А_а или р_м £ P_M / d× ℓ.

За один оборот элемент скольжения (вкладыш/колодка или палец) работает на пути трения d, а для вала/диска- на пути ℓ _n= p×d×K_BЗ. Испытание пальцев на износ делают также на машинах Х4-Б или УМТ-1. А износ должен быть в 10 раз больше (на порядок), чем максимальная погрешность измерения.

81. Назовите «Главные характеристики трибосистем».

Рис. 37. Общая блок-схема главных характеристик трибосистем

82. Назовите «Критерии выбора триботехиических испытаний».

1. Область применения метода: учёт задач, которые можно решить

выбранным методом контроля / испытания.

2. Сущность метода: анализ принципов и последовательности операций метода, необходимых и достаточных для получения требуемого результата.

3. Аппаратура: обосновывается выбор известной аппаратуры с позиций точности, быстродействия, рабочего диапазона.

4. Образцы для испытаний: натуральные или модели.

5. Методика испытаний и объём данных: обеспечение адекватности испытаний реальной эксплуатации физическими, математическими или комбинированными методами.

6. Для наработки t по времени путь трения ℓ _тр (м) будет:

а) для вращательного движения скольжения (колодка/вкладыш либо пальчиковый образец): ℓ _тр = π×d×n×t / (1000×60), где d- диаметр поверхности трения вдоль направления скольжения образца, мм; n- частота вращения. Мин ^-1;

б) для возвратно-поступательного движения: ℓ _тр = 2×1_x×n×t / (1000 × 60). ℓ _x - длина хода; n- частота двойных ходов в минуту. Скорость ξ изнашивания (износ в единицу времени) связана с интенсивностью I износа (износ на единице пути трения) через скорость скольжения V (путь трения в единицу времени) так: ξ = I×V.

7. Нужно определять пересчётную температуру Т в опытах: Т=(Т_Ф-Т_Ф0) – Т_но, где Т_ф0 -температура окружающей среды при испытаниях; Т_но - нормативная температура (например,20 °С). Кроме того, при больших появляющихся износах следует корректировать нагрузку, а иногда и скорость перемещения детали.