Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования Российской Федерации
ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра автомобильного транспорта
Д.А. Дрючин
Р.Ф. Калимуллин
Н.Н. Якунин
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим занятиям по курсу "Основы триботехники"
Рекомендовано Ученым Советом . Оренбургского государственного университета в качестве учебного пособия для студентов экономических и технических специальностей
Оренбург 2001
ББК39.3+34.41я7
Д78
УДК 621.89: 629.114.3(07)
Рецензент - кандидат технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей Оренбургского государственного университета Дурнев К.Ф.
Дрючин Д.А., Калимуллин Р.Ф., Якунин Н.Н.
Д78 Основы триботехники на автомобильном транспорте:
Методические указания. - Оренбург: ОГУ, 2001, - 48 с.
Методические указания предназначены для выполнения практических работ по курсу "Основы триботехники" для студентов специальностей 150200, 230100 и 180700.
Д 3203010000 6Л9-01
©Дрючин Д. А., 2001 © Калимуллин Р.Ф., 2001 ©Якунин Н.Н.. 2001 ©ОГУ, 2001
Содержание
Введение………………………………………………………………. …….4
1 Расчет радиальных цилиндрических подшипников скольжения под
постоянной нагрузкой……………………………………………………5
1.3 Тепловой расчет подшипника ………………………………...8
1.4 Задания ………………………………...11
4.1 Установление режима трения ………………………………...11
1.4.1.1 Пример выполнения задания ………………………………...11
1.4.2 Определение предельной нагрузки подшипника …………………13
1.4.2.1 Пример к заданию ………………………………..13
1.4.3 Определение наименьшей допустимой угловой скорости вала...14
1.4.3.1 Пример к заданию ………………………………...14
1.4.4 Определение диаметрального зазора при условии обеспечения жидкостного трения ……………………………...…14
1.4.4.1 Пример к заданию …………………………………….14
1.4.5 Определение сорта смазочного материала для обеспечения жидкостного трения. ………………………………..15
1.4.5.1 Пример к заданию ………………………………….16
1.5 Вопросы для самоподготовки ……………………………….. ……16
2 Расчёт фрикционной муфты ………………………………...17
2.1 Обозначения принятые в расчётах ………………………………...17
3 Триботехнический анализ подвижных сопряжений узлов и агрегатов автотранспортных средств ……………………………… ..23
4 Исследование процессов трения, изнашивания и смазки ………….27
4.8Вопросы для самоподготовки ………………………………..37
Список использованных источников …………………………………38
Приложение А …………………………………40
Приложение Б …………………………………43
Приложение В . ……………………………….46
1 Расчет радиальных цилиндрических подшипников скольжения под постоянной нагрузкой
1..1 Общие положения
В цилиндрических подшипниках скольжения, в зависимости от условий их эксплуатации, возможна реализация сухого, жидкостного, граничного, полусухого или полужидкостного трения.
Наиболее предпочтительным с точки зрения минимизации износа и потерь на трение является жидкостный режим, при котором поверхности трения разделены масляным слоем, полностью исключающим непосредственный металлический контакт. Масляный слой создаётся за счёт того, что при вращении шейка вала увлекает масло во вращательное движение. Масло, попадая в постепенно уменьшающийся зазор, стремится вытекать во всех направлениях, чему препятствуют силы вязкостного трения, которые могут быть преодолены повышением давления. В результате в клиновидной части масляного слоя создаётся гидродинамическое давление, отрывающее шейку вала от подшипника.
Очевидно, подшипниковый узел должен быть спроектирован и рассчитан так, чтобы при тех силах, которые действуют на вал, разделяющий масляный слой обеспечивал жидкостное трение.
При проектировании того или иного агрегата по данным динамического расчёта строят полярную диаграмму нагрузок, по которой определяют силы, действующие на подшипник.
Расчет подшипников состоит в определении их правильного безотказного функционирования, при котором рабочие параметры - удельные давления, температуры, минимальные толщины смазочного слоя, определяемые в различных условиях эксплуатации, должны находиться в допустимых пределах.
1.2 Основные параметры цилиндрического подшипника и исходные уравнения
Основные параметры иллюстрирует рисунок 1.1.
∆ = D - d - диаметральный зазор, разность между диаметром D подшипника и диаметром d шейки вата;
-радиальный зазор, разность между радиусом R подшипника и радиусом r шейки вала;
- относительный зазор - зазор, отнесенный к диаметру или соответственно к радиусу шейки вала,
l/d - относительная длина подшипника - отношение длины l опорной шейки вала к ее диаметру d;
е - эксцентриситет, расстояние между центрами подшипника и шейки;
- относительный эксцентриситет - эксцентриситет, отнесенный к радиальному зазору
- минимальная толщина смазочного слоя: - максимальная толщина смазочного слоя,
hKP- критическая толщина смазочного слоя, т. е. толщина, при которой происходит разрушение слоя (определяется шероховатостью сопрягаемых поверхностей).
Рисунок 1.1- Расчетная схема подшипника скольжения
В основе расчета лежит уравнение Рейнольдса:
, (1.1)
где - динамическая вязкость масла, Па-с;
- угол сечения, в котором давление максимально;
- угловая скорость шейки, рад/с.
Несущая способность смазочного слоя:
, (1.2)
Коэффициент нагруженности подшипника:
(1.3)
Величина Ф определяет положение вала в подшипнике (эксцентриситет), а, следовательно, минимальную толщину смазочного слоя:
, (1.4)
Связь между Ф и Для различных отношений l/d устанавливают соответствующие графики (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Зависимость относительного эксцентриситета от коэффициента нагруженности
Для определения значения Ф необходимо знать вязкость масла в нагруженной части смазочного слоя, значение которой заранее не известно. Для определения вязкости и суждения о температурном режиме работы производят тепловой расчет подшипника, на основании которого составляют тепловой баланс и определяют температуру равновесия, при которой теплота, развивающаяся в подшипнике, равна теплоте, отводимой от него. По этой температуре определяют вязкость масла и производят все дальнейшие расчеты.
1.3 Тепловой расчет подшипника
а) Определяется коэффициент сопротивления шипа вращению по графикам, представленных на рисунке 1.3 для различных и l/d.
Рисунок 1.3 - Зависимость коэффициента сопротивления шипа вращению от эксцентриситета
б) Определяется количество теплоты, которое выделится в подшипнике в результате трения:
(1.5)
Эта теплота в основном отводится в циркулирующее через подшипник масло, часть ее передается также металлу вала и картера в окружающую среду.
в) Теплота, отводимая маслом:
, (1.6)
где М - количество масла, циркулирующее через подшипник, м3/ с
-теплоемкость масла, кДж/(кг-К);
- плотность масла, кг/м3;
- температура масла на выходе из подшипника и на входе в него, 0С.
Для применяемых в ДВС масел примерно постоянно и равно 1800- 1900 кДж/(м3-К).
, (1,7)
где - коэффициент, учитывающий масло, выходящее из нагруженной зоны подшипника (зона, в которой развиваются гидродинамические давления), определяется по графикам (рисунок 1.4) для различных значений
- коэффициент, учитывающий масло, циркулирующее через ненагруженную зону подшипника.
, (1,8)
где - коэффициент, определяется из графика (рисунок 1.5); - давление масла на входе в подшипник, МПа.
|
Рисунок 1,4 – Зависимость коэффициента расхода через нагруженную часть от эксцентриситета |
Рисунок 1.5 - Зависимость коэффициента от эксцентриситета |
Теплота, отводимая по металлу вала и картера в окружающую среду незначительна, поэтому при тепловом расчете ее, как правило, не учитывают.
Некоторые исходные данные для расчета:
- для карбюраторных двигателей
- для дизельных двигателей
Рисунок 1.6 - Зависимость вязкости моторных масел от температуры
Рисунок 1.7 - График теплового баланса
1.4 Задания
Исходные данные для выполнения заданий представлены в приложении А.
1.4.1 Установление режима трения
Для прямого проверочного расчета подшипника в качестве исходных данных задаются его геометрические размеры; температурно - вязкостная зависимость масла сорт масла (рисунок 1.6); режим нагрузки
Цель расчета - установить режим трения в подшипнике путем сравнения минимальной толщины смазочного слоя с критическим значением. По исходным данным определяют коэффициент нагруженности и соответствующий ему относительный эксцентриситет. Для нескольких предполагаемых значений средних температур смазочного слоя. При полученных значениях определяют коэффициент сопротивления шипа вращению и коэффициенты расхода масла и . Условие теплового равновесия (рисунок 1.7) позволяет определить искомое значение , а вместе с ним, то в подшипнике обеспечивается режим жидкостного трения, иначе – режим граничного.
1.4.1.1 Пример выполнения задания
Данные для расчета:
D = 0,05 м; = l/d= 0,5; = 25 мкм; = 5 мкм;
режим работы подшипника: Р = 10 кН, n= 3000 об/мин;
смазка осуществляется под давлением = 0,3 МПа моторным маслом , температура масла на входе в подшипник = 70 °С.
Определить: режим трения в подшипнике.
Решение:
Дополнительные данные:
= 0,5.0,05 = 0,025 м;
= 0,000025/0,05 = 5;
3000/30 = 314 рад/с.
б) Определяем составляющие уравнения теплового баланса в подшипнике для нескольких предполагаемых значений средних температур смазочного слоя.
Таблица 1.2 - Результаты расчёта при построении графиков теплового баланса
|
Определяемая величина |
Обозначение и расчетная формула |
Результат |
|||
|
Средняя температура смазочного слоя в подшипнике, °С |
(задается) |
100 |
110 |
120 |
130 |
|
Динамическая вязкость. Па-с |
0,008 |
0,007 |
0,006 |
0,0055 |
|
|
Коэффициент нагруженности |
0,796 |
0,91. |
1,06 |
1,15 |
|
|
Относительный эксцентриситет |
0,7 |
0,73 |
0,74 |
0,76 |
|
|
Коэффициент сопротивления шипа вращению |
4,5 |
4,9 |
5 |
5,2 |
|
|
Коэффициент |
0,225 |
0,235 |
0,24 |
0,25 |
|
|
Коэффициенты торцевого расхода |
0,29 |
0,3 |
0,32 |
0,33 |
|
|
0,027 |
0,032 |
0,038 |
0,043 |
||
|
0,317 |
0,332 |
0,358 |
0,373 |
||
|
Количества масла, циркулирующего через подшипник, м3/с |
1,57-10-6 |
1,63- 10-6 |
1,75- 10-6 |
1,83- 10-6 |
|
|
Количество теплоты выделяющееся в подшипнике, кДж/с |
0,222 |
0,211 |
0,185 |
0,176 |
|
|
Количество теплоты отводимое маслом. кДж/с |
0,087 |
0,12 |
0,16 |
0,20 |
Исходя из теплового баланса, получаем:
=125 0С; = 0,00575 Па-с; Ф=00637/0,00575=1,1; =0,75;
= 0,5-25(1-0,75)=3 мкм.
Ответ: так как = 5 мкм и , то режим жидкостного трения не обеспечивается.
1.4.2 Определение предельной нагрузки подшипника
Обратный расчет позволяет определить предельную нагрузку Р подшипника. Под Р понимается нагрузка, которую может выдержать смазочный слой без разрушения при достижении
1.4.2.1 Пример к заданию
Данные для расчета:
= 5 мкм; остальные данные из примера задания 1.4.1.1.
Определить: Р.
Решение:
а) Определяем относительный эксцентриситет:
б) Для полученного значения х находим коэффициент нагруженности Ф, коэффициент сопротивления шипа вращению коэффициенты,;
Ф = 0,44; = 4; = 0,25; =0,2.
в)Определим составляющие уравнения теплового баланса в подшипнике для нескольких предполагаемых значений средних температур смазочного слоя.
Таблица 1.3 - Результаты расчёта при построении графиков теплового баланса
|
Определяемая величина |
Обозначение и расчетная формула |
Результат |
|||
|
Средняя температура смазочного слоя в подшипнике, С |
100 |
110 |
120 |
130 |
|
|
Динамическая вязкость, Па.с |
0,008 |
0,007 |
0,006 |
0,0055 |
|
|
Коэффициенты торцевого расхода |
0,024 |
0,027 |
0,032 |
0,035 |
|
|
0,274 |
0,277 |
0,282 |
0,285 |
||
|
Количество масла, циркулирующего через подшипник. м"7с |
1,34 10-6 |
1,35 10-6 |
1,38 10-6 |
1,39 10-6 |
|
|
Количество теплоты выделяющееся в подшипнике. кДж/с |
0,197 |
0.172 |
0,148 |
0,135 |
|
|
Количество теплоты отводимое маслом, кДж/с |
0,074 |
0,100 |
0,128 |
0,142 |
= 123 0C; = 0,0057 Па с;
= 0,025 0,05 0,0057 314 0,44/(5 10-4)2=5369 Н.
Ответ: предельная нагрузка, которую может выдержать подшипник при условии обеспечения жидкостного трения, равна 5369 Н.
1.4.3 Определение наименьшей допустимой угловой скорости вала
Определение наименьшей угловой скорости со проводится при известных значениях размеров подшипника а также нагрузки Р и температурно - вязкостной характеристики масла.
1.4.3.Пример к заданию
Данные для расчета:
средняя температура смазочного слоя принимается в диапазоне 90... 110 °С (в примере tm=100 °C); остальные данные из примера 1.5.1.
Определить: при hmin – hкp.
Решение:
а) Определяем относительный эксцентриситет:
б) Для полученного значения х находим коэффициент нагруженности Ф, коэффициент сопротивления шипа вращению, коэффициенты qm,
Ф=0,44; =4; qт=0,25: =0,2.
в) Угловая скорость определяется как
= 104(5 10-4)2(0,025 0,05 0,008 0,44) = 568рад/с, частота вращения
n== 5426 об/мин.
Ответ: наименьшая угловая скорость вала при условии обеспечения жидкостного трения =568 рад/с (частота вращения 5426 об/мин).
1.4.4 Определение диаметрального зазора при условии обеспечения жидкостного трения
Определение диаметрального зазора А проводится при известных размерах подшипника d, l, нагрузки Р, угловой скорости и средней температуры смазочного слоя. В этом случае изменяют значения относительного зазора , для которых определяют безразмерные характеристики Искомую величину определяют для Ф, , удовлетворяющих уравнению теплового баланса.
1.4.4.1 Пример к заданию
Данные для расчета: tm= 100 °С (принимается из диапазона 90 - 110 °С); остальные данные из примера 1.5.1.
Определить: при hmin = hкp.
Решение: Определим составляющие уравнения теплового баланса для нескольких предполагаемых значениях относительного зазора.
Таблица 1.4 - Результаты расчёта составляющих уравнения теплового баланса для нескольких предполагаемых значений относительного зазора
|
Определяемая величина |
Обозначение и расчетная формула |
Результат |
||
|
Относительный зазор |
4 10-4 |
5 10-4 |
6 10-4 |
|
|
Коэффициент нагруженное™ |
0,510 |
0,796 |
1,146 |
|
|
Относительный эксцентриситет |
0,63 |
0,7 |
0,75 |
|
|
Коэффициент сопротивления шипа вращению |
4,2 |
4,46 |
5,0 |
|
|
Коэффициент |
0,217 |
0.225 |
0,240 |
|
|
Коэффициенты торцевого расхода |
0,26 |
0,29 |
0,32 |
|
|
0,016 |
0,027 |
0,041 |
||
|
0,276 |
0,317 |
0,361 |
||
|
Количество масла, циркулирующего через подшипник, М3/С |
1,08 10-6 |
1,57 10-6 |
2,12 10-6 |
|
|
Количество теплоты выделяющееся в подшипнике, кДж/с |
0,061 |
0,049 |
0,035 |
|
|
Количество теплоты отводимое маслом, кДж/с |
0,06 |
0,087 |
0,117 |
Из теплового баланса:
Ответ: диаметральный зазор 20 мкм при условии обеспечения жидкостного трения.
1.4.5 Определение сорта смазочного материала для обеспечения жидкостного трения
Определение сорта смазочного материала, обеспечивающего в подшипнике при известных необходимую толщину слоя проводится при заданных значениях температуры масла на входе , давления подачи . Исходя их уравнения теплового баланса для фиксированного значения находят соответствующую величину затем . Требуемую вязкость определяют по найденному значению Ф, а среднюю температуру - из уравнения теплового баланса. Необходимый сорт масла устанавливают из сравнения полученной зависимости с известными температурно-вязкостными характеристиками стандартных масел.
1.4.5.1 Пример к заданию
Данные для расчета: из примера 1.5.1.
Определить: сорт смазочного материала . Решение:
а)Определяем относительный эксцентриситет:
б) Для полученного значения находим коэффициент нагруженности Ф, коэффициент сопротивления шипа вращению , коэффициент торцевого расхода
Требуемая вязкость смазочного материала:
Коэффициенты торцевого расхода:
Расход масла, протекающего через подшипник:
Количество теплоты, выделяющееся в подшипнике:
Количество теплоты, отводимое маслом:
Определяем среднюю температуру смазочного слоя:
По температурно - вязкостным характеристикам моторных масел определяем сорт масла, для которого при температуре t=197 °C вязкость не менее = 0,0127 Па с.
Ответ: для обеспечения жидкостного трения необходимо использовать масло с более высокими температурно-вязкостными свойствами, чем у существующих моторных масел.
1.5 Вопросы для самоподготовки
1)Каким образом конструктивные факторы влияют на режим трения в подшипнике скольжения?
2)Каким образом технологические факторы влияют на режим трения
в подшипнике скольжения?
3)Какие эксплуатационные факторы и каким образом влияют на ре
жим трения в подшипнике скольжения?
4)Самостоятельно проверьте правильность результатов расчета пяти
задач.
2 Расчёт фрикционной муфты
Наиболее часто встречающейся на транспорте фрикционной муфтой является одно - или двухдисковая муфта сцепления с механической, гидравлической или гидропневматической системой включения. В ходе работы над заданием необходимо:
а) подобрать материалы пары трения;
б) определить температурный режим работы сопряжения.
Исходные данные к расчёту приведены в приложении Б.
2.1 Обозначения принятые в расчётах
Мс - крутящий момент, передаваемый муфтой сцепления;
I1 - момент инерции ведомого диска;
I2— момент инерции ведущего диска;
m - частота включений;
- угловая скорость ведущего вала;
- коэффициент теплоотдачи фрикционного материала;
— коэффициент трения;
DB - внутренний диаметр дисков;
Dн— наружный диаметр дисков;
b1 - толщина каркаса из стали у ведомого звена;
b2 - толщина фрикционной накладки;
Рдоп - допустимое давление на фрикционный материал без учёта динамических факторов.
C2- удельная теплоёмкость фрикционного материала;
- теплоёмкость фрикционного материала ведомого диска;
- твёрдость рабочей поверхности ведомого диска.
2.2 Порядок расчёта
а) Средний радиус дисков:
, (2.1)
б) Окружная скорость на среднем радиусе:
, (2.2)
в) Коэффициент снижения допустимого давления:
При для вычисление коэффициента снижения допустимого давления выполняется по формуле:
, (2.3)
В случае, если в дальнейших расчётах принимается .
Дальнейшие расчёты ведутся, для двух пар фрикционных материалов: первая пара - фрикционный материал ФМП -11+ чугун ЧНМХ; вторая пара - фрикционный материал ФПМ + сталь 30 ХГСА. Свойства данных материалов приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Свойства фрикционных материалов пар трения
|
Свойства |
fcp |
Рдоп. МПа |
с2, кДж/(кг К) |
Вт/(м К) |
HBt2 |
|
Материал |
|||||
|
ФМК-11 |
0,32 |
0,6 |
0,85 |
3,27 |
84.106 |
|
ФМП |
0,38 |
0,25 |
1,1 |
3,56 |
90.106 |
г) Допустимое давление на фрикционный материал:
д) Коэффициент, учитывающий частоту включения:
,
е) Номинальный расчётный крутящий момент:
где - коэффициент режима (=1,2 - 1,5);
- коэффициент запаса сцепления (= 1,2 - 1,5);
k - коэффициент, учитывающий потери на трение (k = 0,93).
ж) Площадь контакта фрикционных дисков:
, (27)
и) Площадь трения фрикционных дисков:
, (28)
к) Количество поверхностей трения:
, (2.9)
Полученное значение Z округляется до большего целого чётного числа.
л) Работа буксования при включении и выключении муфты сцепления определяется из условия, что нарастание момента трения в сопряжении идёт по линейному закону. То есть от начала включения сцепления до времени (- время включения сцепления) (0 < <) момент трения определяется из выражения:
где - коэффициент пропорциональности; - время); при выполняется условие:.
Коэффициент определяется из выражения:
, (2.10)
где = 0,2 с — характеристика системы нагружения.
Предварительный расчёт времени включения сцепления проводится по формуле:
, (2.11)
Работа буксования (кг.м) определяется из выражения:
Величины определяются из выражений:
м) Максимальная температура фрикционного контакта () генерируется на фрикционных пятнах контакта. Её наиболее удобно представить в виде суммы:
(2.15)
где — начальная температура, равная температуре окружающей среды (в расчётах принять = 20 °С);
- объёмная температура (избыточная над );
- средняя температура поверхности трения (избыточная над );
- температурная вспышка - температура на фактическом пятне контакта (избыточная над ).
1) Оценка объёмной температуры для наиболее тяжёлого установившегося режима,
Наиболее нагруженным является ведомый фрикционный диск, его нагрев происходит с двух сторон, а охлаждение затруднено. Вследствие этого расчёт теплового режима производится только для этого диска.
В соответствии с принятыми размерами фрикционных элементов (рисунок 2.1) находим вес ведомого диска:
, (2.16)
где G21 - вес каркаса из стали (позиция 1), кг.;
G22 - вес фрикционных накладок (позиция 2), кг.
, (2.17)
, (2.18)
где рс и Рф — плотность стали и фрикционного материала, соответственно
(рс = 7800 кг/м3; рф = 4500 кг/м3).
Рисунок 2.1 - Эскиз фрикционного диска
Поверхность теплоотдачи:
, (2.19)
Период охлаждения ведомого диска:
где - время выключения сцепления (принимаем = 1с).
Коэффициент режима:
В расчётах принять . Объёмная температура фрикционного диска:
где - температуропроводность (= 0,3... 0,4).
2)Средняя температура поверхности трения:
где b - толщина фрикционного диска ;
Fo - масштабный множитель (Fo =fcp)
3)Температурная вспышка:
где dr —диаметр пятна касания (принять dr = 14 10-6 м)
Аr - фактическая площадь контакта, м2,
, (2.25)
где — теплопроводность материала ведущего диска (принять — 52 Вт/(м.К));
- средняя относительная скорость скольжения фрикционных поверхностей (0,5voc), м/с;
a2 - удельная площадь контактирования (принять а2=14,5-10-6м2/с).
н) Полученное значение Umax сравнивается с предельно - допустимым значением температуры [U] = 400 °С. В случае превышения допустимой величины проводится корректировка размеров сопряжения и выполняется повторный расчёт. Далее, необходимо сделать выводы о тепловой нагруженности фрикционного сопряжения.
р) Принимается окончательное решение о выборе материалов фрикционной пары и количестве поверхностей трения.
2.3 Вопросы для самоподготовки
1)Почему при проектировании фрикционных муфт необходимо
правильно выбрать материалы пар трения и определить температурный
режим работы?
2)От каких факторов зависит температурный режим работы фрикционных муфт?
3)Из каких составляющих складывается максимальная температура на отдельных участках рабочей поверхности фрикционного диска?
4)К каким последствиям может привести неправильный выбор материалов пар трения?
5)К каким последствиям может привести повышенный температурный режим работы муфты?
3 Триботехнический анализ подвижных сопряжений узлов и агрегатов автотранспортных средств
3.1 Порядок выполнения работы
Триботехнический анализ проводится для 4 — 5 подвижных сопряжений какого либо узла или агрегата транспортного средства. Марка транспортного средства и соответствующий узел (агрегат) указаны в задании к данной работе (приложение В). Анализируемые подвижные сопряжения выбираются студентом самостоятельно. Конечной целью триботехнического анализа является разработка мероприятий, позволяющих повысить долговечность исследуемых сопряжений. В ходе работы над заданием необходимо проанализировать условия работы сопряжений, выявить факторы, оказывающие влияние на интенсивность изнашивания рабочих поверхностей, определить преобладающий вид трения и виды изнашивания. Результаты триботехнического анализа оформляются в виде таблицы, форма которой приведена ниже. К отчёту необходимо приложить ксерокопию чертежа исследуемого узла (агрегата) и отметить на ней анализируемые сопряжения.
Таблица 3.1 - Результаты триботехнического анализа
|
№ ПП |
Сопряжение |
Характер взаимного перемещения рабочих поверхностей |
Среднеэксплуатационная нагрузка и диапакзон ее изменения |
Среднеэксплуатационная скорость и диапакзон ее изменения |
Среднеэксплуатационный температурный режим и диапакзон его изменения |
Применяемый сорт смазочного материала |
Характер поступления смазочного материала к рабочим поверхностям |
Материал рабочих поверхностей, его твердость и шероховатость |
Характер взаимодействия рабочих поверхностей (вид трения) |
Преобладающие виды изнашивания |
Факторы оказывающие наибольшее влияние на интенсивность изнашивания |
Характер повреждения рабочих поверхностей в результате износа |
Мероприятия, позволяющие повысить ресурс сопряжения |
|
1 2 3 … |
Технические характеристики транспортных средств и конструктивные параметры, необходимые для выполнения триботехнического анализа приведены в руководстве по их эксплуатации, кратком автомобильном справочнике НИИАТ и другой литературе. При проведении анализа принять, что транспортное средство выполняет перевозки по городу а зимнее время в зоне с умеренным климатом.
В качестве справочного материала ниже приведена краткая информация об основных видах изнашивания.
3.2 Краткая характеристика основных видов изнашивания
Под изнашиванием понимают процесс разрушения и отделения материала с поверхности твёрдого тела или накопления его остаточной деформации при трении, проявляющейся в постепенном изменении размеров и формы тела. Износ есть результат изнашивания, определяемый в единицах длинны, объёма, массы.
Изменения на поверхностях трения обязаны деформации, повышению температуры и химическому действию окружающей среды. В процессе трения и износа деталей машин протекают сложные взаимосвязанные физические, химические и механические явления.
Рассмотрим основные виды изнашивания и условия их реализации.
Абразивное изнашивание относится к механическому разрушению трущихся поверхностей, возникающему в результате режущего или царапающего действия твёрдых частиц.
Характерным условием абразивного изнашивания является повышенная твёрдость изнашивающего тела - частицы минерального происхождения, наклёпанные металлические частицы износа, твёрдые структурные составляющие материала, оксидные плёнки. Также проявляется влияние химической природы абразива и изнашиваемого материала. Твёрдые частицы имеют различные форму, грани и ориентацию к изнашиваемой поверхности. На изнашивающейся поверхности остаются следы (риски, канавки, царапины), как результат микрорезания, снятия стружки, пластического деформирования. Абразивное воздействие оказывают твёрдые частицы в потоке жидкости, газа, воздуха при попадании на твёрдое тело. Возникновение трения и удара в месте контакта приводят к ударно-абразивному, ударно-гидроабразивному, ударно-усталостному, ударно-тепловому разрушению.
Коррозионно-механическое изнашивание возникает при трении материалов, вступающих в химическое взаимодействие с окружающей средой. Могут иметь место также электротехнические процессы. Изнашивание в этом случае происходит под влиянием одновременно протекающих процессов поверхностного разрушения от механического и коррозионного факторов. Интенсивность коррозионно-механического изнашивания зависит от природы контактирующих материалов, их коррозионной стойкости, состава окружающей среды, от взаимодействия материалов со средой, смазочными материалами и с активными компонентами (присадками).
Существует оптимум количества применяемой присадки, отклонение от которого приводит к повышению интенсивности изнашивания, Интенсивность окислительного изнашивания зависит от толщины и прочности оксидной плёнки.
Существенно влияет на процесс изнашивания водород. Он выделяется из материалов трущихся тел, смазочных материалов, топлива, паров воды, пластмасс, окружающей среды и увеличивает интенсивность изнашивания. Возникает охрупчивавие и образуется мелкодисперсный порошок.
Адгезионное изнашивание возникает вследствие действия межповерхностных сил, молекулярного сцепления, образования адгезионных связей между касающимися поверхностями. Под адгезией понимают слипание соприкасающихся поверхностей разнородных твёрдых или жидких тел. Адгезионные взаимодействия вызывают подповерхностное разрушение трущихся материалов, появление заедания, возникновение холодной сварки, повышенные значения интенсивности изнашивания и сил трения. Сила адгезионного взаимодействия зависит от степени очистки поверхностей от адсорбированных слоев, загрязнений, наличия смазочных веществ.
Одной из разновидностей адгезионного изнашивания является изнашивание при заедании. Это наиболее опасный вид разрушения трущихся поверхностей, возникающий в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса материала с одной поверхности на другую, разрушающего воздействия образовавшихся неровностей. Заедание проявляется в виде глубоких борозд, вырывов, наростов, рисок, оплавлений. Изнашивание при заедании может иметь лавинный, катастрофический характер и приводить к полному выходу узла трения из строя.
Адгезионное изнашивание часто возникает при недостаточном количестве и при отсутствии смазочного материала, в случаях разрушения загрязнений, адсорбированных плёнок, оксидов. В практике встречается во многих узлах трения - опорах скольжения и качения, в зубчатых передачах, муфтах, направляющих, кулачковых механизмах, при механической обработке материалов.
Усталостное изнашивание возникает в результате повторного деформирования микрообъёмов материала, вызывающего возникновение трещин и отделение частиц материала. Циклически изменяющиеся контактные напряжения вызывают поверхностное разрушение в виде ямок выкрашивания (питтинг), трещин, осповидного изнашивания, отслаивания. Образующиеся раковинки с диаметром от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров увеличиваются в процессе работы узла трения, возникает шелушение поверхности. Появление усталостного изнашивания - выкрашивания - приводит к усилению вибрационно-акустической активности механизмов.
В некоторых условиях эксплуатации развиваются глубинные усталостные трещины, вызывающие отслаивание. Трещины возникают под упрочнённым поверхностным слоем и при этом отделяются крупные частицы разрушенного материала, уменьшается площадь контактирующей поверхности, возникают концентраторы напряжений.
Усталостное разрушение поверхностных слоев материалов в виде выкрашивания возникает в хорошо смазывающихся механизмах, трущиеся сопряжения которых работают в режимах кинематического качения, скольжения, качения со скольжением. Наиболее подвержены такому разрушению зубчатые передачи, подшипники качения и скольжения, катки, кулачковые механизмы, фрикционные передачи и др.
Изнашивание при фреттинг-коррозии возникает при малых колебательных, циклических, возвратно-поступательных перемещениях с малыми амплитудами. Необходимым условием возникновения фреттинг-коррозии является наличие проскальзывания между касающимися поверхностями. Фреттивг-коррозия возникает в заклёпочных, болтовых, шлицевых, шпоночных, штифтовых соединениях, Прессовых посадках деталей, стальных канатах, шарнирах, соединениях муфт, рессорах, клапанах, регуляторах электрических контактов, кулачковых механизмах. Повреждения концентрируются на небольших участках и напоминают точечную коррозию. Повышается величина шероховатостей, образуются натиры, налипания, каверны, микротрещины, при этом обычно снижается усталостная прочность деталей.
Изнашивание при фреттинг - коррозии зависит от одновременно протекающих процессов микросхватывания, усталостного, коррозионно-механического, абразивного воздействия.
Порошкообразные продукты изнашивания представляют собой обычно окислы, которые, если могут иметь выход из области контакта, приводят к ослаблению натяга, плотности соединения, увеличению вибраций, попадают в другие трущиеся сопряжения и обладают абразивным действием. Объём продуктов изнашивания при фреттинг - коррозии обычно превышает объём изношенного материала, перешедшего в окисное состояние. Если частицы износа не имеют выход из зоны контакта, то в системе возникает повышенное расклинивающее действие. В результате возможны заедание, заклинивание механизма, аварийная ситуация.
3.3 Вопросы для самоподготовки
1)Какие пары трения распространены в автомобильных двигателях?
2)Какие виды изнашивания являются доминирующими в подшипниках коленчатого вала?
3)Особенности изнашивания деталей цилиндро - поршневой группы?
4)Какие мероприятия по повышению износостойкости автомобильного двигателя, на ваш взгляд, являются наиболее реализуемыми в условиях эксплуатации?
4 Исследование процессов трения, изнашивания и смазки
4.1 Порядок выполнения работы
Создание надежных триботехнических систем, как правило, предполагает проведение целого комплекса экспериментальных исследований. Целью таких исследований является определение характера влияния различных факторов на те или иные параметры работы сопряжения. Так, например, по результатам, полученным экспериментальными методами, осуществляется выбор материалов пары трения, оптимальные свойства смазочного материала, геометрические параметры сопряжения и другие характеристики.
Помимо решения прикладных задач, триботехнические исследования позволяют получить данные необходимые для более полного понятия и осмысления тех или иных аспектов, связанных с процессами трения, изнашивания и смазки.
В ходе работы над данным заданием студенту необходимо выбрать наиболее оптимальные методы исследования процессов трения изнашивания и смазки и определить необходимый перечень исследовательского оборудования. Работа выполняется для 2-х, 3-х подвижных сопряжений из задания № 3 (выбор сопряжений осуществляется по согласованию с преподавателем).
Подобранное студентом оборудование должно позволить выявить характер влияния наиболее значимых эксплуатационных факторов на ресурс исследуемого сопряжения и на наиболее важные параметры его функционирования.
Задание оформляется в виде отчета, включающего в себя следующие пункты:
а) перечисление преобладающих видов изнашивания рабочих поверхностей исследуемого сопряжения;
б) анализ факторов, оказывающих наибольшее влияние на интенсивность изнашивания рабочих поверхностей при реализации тех или иных видов изнашивания;
в) определение перечня зависимостей, которые необходимо получить для выявления характера влияния названных в п.б факторов на процессы трения, изнашивания и смазки;
г) выбор и краткое описание методов, при помощи которых названные в п.в зависимости могут быть получены;
д) определение перечня испытательного оборудования и средств измерения при помощи которого указанные в п.г методы могут быть реализованы.
В качестве справочного материала ниже приведена краткая информация о наиболее распространенных методах исследования процессов трения, изнашивания и смазки.
4.2 Общие представления о триботехнических исследованиях
Для исследования величины сопротивления трения различных материалов, величины износа и интенсивности изнашивания в зависимости от трибологических факторов изготавливаются специальные машины и стенды для модельных и натурных исследований.
Выбор конкретной установки для триботехнических испытаний зависит от следующих условий: кинематики движения, динамики нагружения, геометрии контакта, вида трения, учитывающего условия смазывания и охлаждения, и размеров трибологической системы.
С точки зрения цели исследований различают три типа исследовательских приборов или машин:
1) приборы (установки или машины) для исследования трения и износа в произвольно задаваемых условиях (например, в среде с заданными свойствами, при повышенной или пониженной температуре, в вакууме). Они позволяют проводить фундаментальные исследования на образцах, в том числе и касающиеся физических законов трения и износа материалов.
С помощью этих установок можно определить влияние отдельных факторов и отдельных свойств смазок на сопротивление трения и интенсивность изнашивания материалов;
2) машины для модельных исследований трения и износа образцов и деталей в условиях, приближенных к реальным для эксплуатации машин;
3) универсальные машины для исследования трения и износа в широко варьируемых производственных условиях. Эти машины позволяют программировать нагрузки, скорость, температуры и другие параметры, воздействующие на процессы трения и износа.
При проектировании машин для исследования трения и износа, виды трения учитываются только в зависимости от количества и качества смазывающего фактора, а именно: сухое, граничное, жидкостное трение и переходный смазочный процесс.
Разрабатываемая машина для исследования трения и износа должна обеспечивать получение вида трения между образцами при заданном виде движения в зоне трения и поддерживать соответствующие скорости и ускорения. В принципе, взаимодействие перемещающихся друг относительно друга испытуемых образцов и деталей машин осуществляется либо при качении, либо при скольжении, либо при сочетании обоих видов движения. Машина должна обеспечивать реализацию соответствующего непрерывного или периодического (возвратно-поступательного) вида движения. Классификация машин с точки зрения динамики нагружения должна учитывать величины давлений и вид нагружения (постоянное, переменное, ударное).
В зависимости от конструктивного решения механизма нагружения усилие в зону трения может передаваться следующими способами: механическими (пружины, грузы), гидравлическими, пневматическими и магнитными.
Очень важно, чтобы независимо от кинематики движения и динамики нагружения машина обеспечивала реализацию такого вида трения, который вызовет ожидаемый вид износа.
Важной конструктивной характеристикой машин для измерения величины коэффициента трения и интенсивности изнашивания является макрогеометрия контакта исследуемых образцов и деталей. Наиболее часто встречается следующая макрогеометрия трибологического контакта: выпуклая поверхность с плоской поверхностью; плоская поверхность с плоской поверхностью; выпуклая поверхность с выпуклой или вогнутой поверхностью.
Оси взаимодействующих образца и контробразца могут быть параллельными или пересекающимися. На рисунке 4.1 показаны примеры часто встречающихся видов контактов образцов:
группа I - поверхностный контакт: 5,6,7,9,10,11;
группа II - линейный контакт: 1,2,3,4,8;
группа III - точечный контакт: 12,13,14,15,16,17.
а - цилиндр с плоской поверхностью;
б - плоская поверхность с плоской поверхностью;
в - цилиндр с цилиндром;
г-шар с шаром;
д - конус с цилиндром;
е - шар с плоской поверхностью
Рисунок 4.1 - Геометрия контакта образца и контробразца в различных машинах трения
Отвод теплоты от трущихся поверхностей испытуемых образцов влияет на трение и износ. Поэтому в машинах для исследования трения и износа применяются следующие способы принудительного отвода теплоты: отвод теплоты от трущихся поверхностей охлаждающей жидкостью, омывающей зоны трения; отвод теплоты от трущихся поверхностей охлаждающей жидкостью протекающей внутри образца или контробразца, но не омывающей трущиеся поверхности.
При проведении триботехнических испытаний, входными параметрами (параметрами задаваемыми исследователем) как правило, являются: относительная скорость и вид взаимного перемещения поверхностей трения; режим нагружения сопряжения; температурный режим работы узла; его геометрические параметры; свойства поверхностей трения; материалы деталей пары трения; свойства смазочного материала; условия его подвода; свойства окружающей среды и другие.
Перечень выходных параметров менее обширен и включает в себя: силу (момент) трения; суммарный износ (интенсивность изнашивания) и характер взаимодействия рабочих, поверхностей (вид трения). В некоторых случаях перечень выходных параметров может быть расширен, и включать в себя: температурный режим, вибрационные, шумовые и другие характеристики работы сопряжения.
4.3 Измерение силы и момента трения
При измерении силы и момента трения наиболее распространены
следующие методы:
с помощью динамометров;
электромеханическими силоизмерителями;
электрическими силоизмерителями.
Метод измерения силы и момента трения с помощью динамометров отличается простотой и доступностью. Некоторые варианты его применения показаны на рисунке 4.2
а) измерение силы трения при поступательном движении;
б) Измерение силы трения вращательном движении
Рисунок 4.2 - Измерение силы и момента трения с помощью динамометров
Недостатком данного метода является низкая точность и нецелесообразность применения для целого ряда сопряжений по конструктивным соображениям.
Более высокая точность измерений может быть получена при помощи электрических или электромеханических силоизмерителей.
В настоящее время в большинстве машин для исследования триботехнических процессов измерение силы и момента трения производится с помощью датчиков, преобразующих деформацию упругого элемента в электрический сигнал. К наиболее распространённым относятся тензомет-рические, пьезометрические и индукционные датчики.
К недостаткам электромеханических и электрических силоизмерителей следует отнести их достаточно высокую сложность. Зачастую датчики таких силоизмерителей оснащаются средствами для компенсации влияния температуры, электромагнитных полей, перегрузок в сети и др.
4.4 Измерение температуры на поверхности трения
Реальную температуру в зонах контакта трущихся поверхностей трудно измерить, так как зоны реального контакта подвергаются непрерывным изменениям, и отвод теплоты, возникающей в результате работы сил трения, не стационарен. О величине температуры на поверхностях трения можно судить на основании измерений косвенных величин, определяемых следующими методами:
определение физических, химических и металлографических изменений в материале поверхностного слоя (пластическое упрочнение материала, внутренние напряжения, макро- и микроструктурные изменения);
измерение температуры на некотором расстоянии от поверхности
контакта. В этом случае для того, чтобы оценить температуру поверхности
трения, необходимо знать градиент температуры в поверхностном слое,
возникающий в результате трения; измерение температуры естественной термопарой. Трущееся соединение используется в качестве термопары. Реализация этого метода измерений температуры возможна при условии, что трущиеся элементы сопряжения выполнены из металлов с разными термоэлектрическими потенциалами. Преимущество этого метода — низкая тепловая инерция измерительной системы. Основной недостаток - невозможность полностью от
фильтровать генерируемые в исследуемом соединении токи трения, сильно
искажающие результаты измерения температуры; трудность тарировки;
измерение температуры скользящей термопарой, которая прижимается к поверхности трения постоянной силой. При этом методе невозможно исключить искажения, вносимые в измерение температуры токами трения; различные бесконтактные методы измерения температуры.
Контактные методы замера температуры реализуются с помощью термоприёмников (термопар и терморезисторов), которые обеспечивают непрерывность показаний при исследовании стационарных и переходных режимов, высокую точность в широком диапазоне измерений. Следует учитывать, что контактные ^методы всегда искажают температурное поле исследуемого элемента; кроме того, термоприёмник показывает фактическую температуру поверхности только тогда, когда она становится равной объёмной температуре его рабочей части. В связи с этим обычные образцы терморезисторов имеют инерционность не менее 2 с. Постоянно совершенствующаяся конструкция горячего спая термопар с целью уменьшения их инерционности, которая может быть на два порядка ниже, чем у терморезисторов.
4.5 Методы измерения износа
Измерение величины износа производят различными методами, в основе которых лежит требование минимальной затраты времени, возможности улавливания износа за короткий промежуток времени, минимального количества разборок и сборок сопряжении. Рассмотрим некоторые из них.
Метод микрометража заключается в измерении микрометрами, индикаторами и другим мерительным инструментом линейного износа.
Преимущества этого метода: простота, доступность, возможность дифференцировать износ по разным точкам поверхности. I Недостатки метода: относительно большая погрешность приборов, которая, если величина износа невелика, может оказаться соизмеримой с величиной износа; необходимость разборки сопряжения для каждого измерения, что приводит к нарушению процесса изнашивания.
Методом взвешивания измеряют суммарный износ (суммарную потерю массы) по поверхности трения.
Преимущества этого метода: простота, доступность, относительно высокая точность.
Недостатки метода: невозможность дифференцирования износа по разным точкам поверхности; необходимость разборки сопряжения для каждого взвешивания; неприменимость данного метода к материалам, шаржируемым продуктами износа или посторонними частицами, а также к материалам, поглощающим влагу или масло.
Метод обнаружения продуктов износа в масле. Суть его заключается в том, что периодически отбирают пробы масла и по количеству находящихся в нем продуктов износа судят о степени износа. Количество продуктов износа в масле определяют химическим или спектральным анализом.
Преимущества этого метода: возможность измерения износа без разборки сопряжения; высокая чувствительность.
Недостатки метода: невозможность определения износа каждой детали в отдельности (метод позволяет измерить суммарный износ всего сопряжения); сложность.
Методом радиоактивных индикаторов определяют износ детали по интенсивности радиоактивного излучения изотопов, удаляемых с поверхности трения вместе с продуктами износа. Материал изнашиваемых деталей предварительно активируется, т. е. в него вводится определенный радиоактивный изотоп одним из следующих методов:
а) введение радиоактивного изотопа в металл при плавке;
б) нанесение радиоактивного электролитического покрытия;
в) введение радиоактивного изотопа методом диффузии;
г) установка радиоактивных вставок;
д) облучение детали нейтронами. .
По мере износа детали вместе с продуктами износа в масло попадает пропорциональное им количество атомов радиоактивного изотопа. По интенсивности излучения этого изотопа в пробах масла можно судить о величине износа.
Преимущества этого метода: возможность измерения износа без разборки сопряжения, непрерывного и периодического измерения износа, раздельного (дифференцированного) измерения износа деталей сопряжения.
Недостатки метода: сложность, необходимость специального оборудования помещения, защитных и очистных устройств и т. д.
Методом встроенных датчиков определяют износ детали по изменению линейных размеров (или положения) этой детали, фиксируемому датчиком, встроенным в сопряжение. В качестве датчиков применяют различные датчики перемещений (индукционные, пневматические, тензомет-рические и др.), сигнал от которых записывают при помощи самописца, осциллографа и т. д.
Преимущества метода: относительно высокая точность; возможность измерения износа без разборки сопряжения, а также непрерывного или периодического измерения износа.
Недостатки: сложность метода, потребность в специальном оборудовании; затруднительное, а в отдельных случаях и невозможное раздельное измерение износа деталей сопряжения.
Метод искусственных баз. Этим методом величину износа определяет по изменению размеров суживающегося углубления (профиль которого известен), выполненного на изнашивающейся поверхности. Такими углублениями могут быть высверленное коническое отверстие, отпечатки в форме конуса или пирамиды, вырезанная лунка.
Преимущества метода искусственных баз: высокая точность; возможность определения износа в разных точках.
Недостатки метода: местное вспучивание и искажение формы лунок; высокая трудоемкость; необходимость разборки узла; наличие специальных приборов для нанесения отпечатков и лунок и измерения их величины.
4.6 Определение состояния смазочного слоя в исследуемом сопряжении
Определение износных характеристик работы исследуемого сопряжения предполагает проведение многочасовых ресурсных испытаний. Такие испытания отличаются высокой трудоёмкостью, материалоёмкостью и продолжительностью. Одним из методов, позволяющих избежать указанных недостатков, является непосредственное определение состояния смазочного слоя в исследуемом сопряжении. Метод позволяет при заданных условиях работы сопряжения определить наличие и относительную продолжительность непосредственного металлического контакта между рабочими поверхностями.
Большинство смазываемых подвижных сопряжений, как правило, работают в режиме поочередного возникновения и исчезновения несущего смазочного слоя между трущимися поверхностями. При этом имеет место так называемый переходный смазочный процесс, заключающийся в том, что нагрузка поочередно воспринимается масляным клином и непосредственно контактирующими поверхностями.
Продолжительность существования смазочного слоя описывается параметром Рж, характеризующим относительную долю времени его существования в подвижном сопряжении. Для его определения разработаны соответствующие методы и технические средства, в частности специальная автоматизированная система (рисунок 4.3). Данная система позволяет в любой момент времени контролировать состояние смазочного слоя в сопряжении.
Рисунок 4.3 - Структурная схема автоматизированной системы определения продолжительности и существования смазочного слоя
Автоматизированная система определения продолжительности существования смазочного слоя функционирует следующим образом. Генератор задающих воздействий вырабатывает электрические импульсы (рисунок 4.4, а), которые подают на подшипник скольжения. Количество этих импульсов за одну секунду известно и равно Кген. При контактном взаимодействии поверхностей электрические импульсы передаются на корпус машины. Регистрирующая аппаратура воспринимает такой способ взаимодействия поверхностей как отсутствие электрических импульсов (рисунок 4.4, б). При наличии смазочного слоя между трущимися поверхностями электрические сигналы проходят через подшипник скольжения без изменения своей частоты и резкого изменения амплитуды, и после преобразования регистрируются счетно-аналитическим устройством. Электрический сигнал, поступающий на вход первичного преобразователя, представляет собой набор гармоник различной периодичности и амплитуды. В нем наряду с полезным информационным сигналом, вырабатываемым генератором, содержатся электрические импульсы, вырабатываемые самой трущейся парой при трении поверхностей деталей (эффект трибо - ЭДС). Первичный преобразователь из всего многообразия электрических сигналов пропускает только те, которые по своей частоте соответствуют частоте генератора Кген. Кроме того, это устройство преобразует биполярный переменный электрический сигнал в сигнал с положительной амплитудой прямоугольной формы. Электрический сигнал на выходе преобразователя (рисунок. 4.4, в) удобен для использования в счетно-аналитическом устройстве, что существенно повышает достоверность результатов измерений.
Рисунок 4.4 - Электрические сигналы, используемые в автоматизированной системе
Счетно-аналитическое устройство воспринимает наличие смазочного слоя между трущимися поверхностями, как наличие электрических импульсов. В результате поочередного появления и исчезновения смазочного слоя в подшипнике скольжения электрический сигнал представляет собой последовательность наличия и отсутствия электрических импульсов. Счетно-аналитическое устройство определяет количество электрических импульсов Кф, прошедших через трущуюся пару за одну секунду.
Отношение Рж = Кф /Кген показывает, какую часть времени в исследуемом сопряжении существовал смазочный слой. Наиболее предпочтителен такой режим работы сопряжения, при котором указанное отношение
имеет большее значение.
Необходимым условием применения указанного метода является наличие электрической изоляции меду элементами крепления одной из трущихся деталей и корпусом машины, а также гарантированное заземление ответного элемента узла трения.
4.7 Некоторые особенности испытания смазочных материалов
Рациональный цикл испытаний смазочных материалов включает в себя оценку их противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств на лабораторных приборах или установках с испытательными образцами простой геометрической формы (плоскости, цилиндры, сферы), на имитирующих машинах с образцами в виде серийных деталей машин или специально изготовленными аналогичными деталями (зубчатые колёса, детали поршневой группы двигателя внутреннего сгорания, подшипники скольжения или качения и др.) и непосредственно в реальных узлах машин и механизмов в условиях эксплуатации.
При испытаниях в условиях эксплуатации действует достаточно большое число разнообразных факторов, и иногда бывает трудно выделить наиболее важные. Для получения достоверных результатов испытания должны быть длительными и проводиться параллельно не нескольких однотипных машинах, что требует много времени и средств. Поэтому в большинстве случаев эксплуатационные испытания смазочных материалов являются заключительным этапом испытательного цикла после лабораторных, модельных и стендовых испытаний.
Стендовые испытания на имитирующих машинах также длительны и дорогостоящи и применяются в основном для определения противозадирных и противоизносных свойств масел для зубчатых колёс, комплексного испытания моторных масел на одно- и многоцилиндровых установках, стендах подшипников качения и скольжения.
Лабораторные испытания на специальных приборах и машинах трения не требуют большой затраты времени и в большей мере позволяют изменять условия на поверхности трения, оказывающие влияние на трибо-технические характеристики смазочных материалов. Условия испытания на них иногда отличаются от действительных условий работы смазочных материалов в реальных машинах, однако, удобства лабораторных испытаний (контроль нагрузки, скорости, температуры, возможность изменения силы трения, износа, малый объём исследуемого смазочного материала) способствовали их широкому развитию, особенно для разработки новых присадок и смазочных композиций.
Основной отличительной чертой различных типов лабораторных испытательных машин и приборов при оценке смазочных материалов является геометрия номинального контакта поверхностей трения их рабочих элементов, определяющая величину номинальных удельных нагрузок в месте смазочного контакта. В существующих машинах и приборах для испытания смазочных материалов приняты следующие схемы трения:
контакт поверхностей трения по площади (вал и цилиндрический подшипник, скользящие плоские поверхности и др.); линейный контакт трущихся поверхностей (цилиндр и плоскость,контакт цилиндров по образующей). Данная схема моделирует условия работы зубчатых колёс и роликовых подшипников;
точечный контакт (контактирование двух сфер, шара и плоскости,цилиндров с взаимно перпендикулярными осями). При испытании смазочных материалов применяются различные критерии для оценки триботехнических' характеристик:
потери на трение, определяемые по величине момента, силы или коэффициента трения; нагрузка, при которой достигаются критические условия на поверхности трения (заедание, задир) или достигается заданная величина силы трения или температуры; величина износа поверхностей трения, определяемая при нормированных условиях опыта по нагрузке, скорости, температуре; температурный критерий, основанный на представлении о разрушении смазочного слоя в трущемся контакте. Критериями температурной стойкости смазочных материалов при трении приняты критическая температура разрушения граничных смазочных слоев, определяемая по резкому изменению коэффициента трения и по скачкообразному его изменению.
4.8 Вопросы для самоподготовки
1)Каким требованиям должен соответствовать любой метод триботехнических испытаний.
2)Какие методы износа наиболее предпочтительны для автомобильных двигателей.
3)Какие недостатки, на ваш взгляд, имеет метод определения продолжительности существования смазочного слоя.
4)С какой целью проводятся триботехнические испытания.
Список использованных источников
А.С. 1312444 СССР, МКИ3 G 01 №3/56. Способ определения на
рушения жидкостного режима трения подшипников скольжения
/Абдрашитов Р.Т., Шевченко А.И., Якунин Н.Н., // Открытия. Изобретения. 1987. №19.
Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1985. -
424с.
Гаркунов Д.Н. Триботехника: Учебник для вузов. - 2е изд., пере-раб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.
Дрючин Д.А. Методика управления состоянием моторных масел
в эксплуатации автомобильных двигателей: Диссертация ... канд. техн.
наук. - Оренбург : ОГУ, 2000. - 169 с.
Евдокимов Ю.А., Колесников В.И., Тетерин А.Н. Планирование
и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. - М.: Наука,
1980.-230 с.
Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников
скольжения. - М.: Машгиз, 1959 - 403 с.
Матвеевский P.M. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов.
-М.: Наука, 1971.
Матвеевский P.M., Лашхи В.Л.,Буяновский И.А. и др. Смазоч
ные материалы. Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы
испытаний. - М.: Машиностроение, 1989. - 224 с.
Основы трибологии (трение, износ, смазка) учебник для техни
ческих вузов / Э.Д.Браун, Н.А.Буше, И.Я.Буяновский и др. Под ред.
А.В.Чичинадзе. - М.: Центр «Наука и техника», 1995. - 778 с.
10. Решиков В.Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. -
М.: Машиностроение, 1975. - 216 с.
П.Розенберг Ю.А. Влияние смазочных масел на надёжность и долговечность машин. - М.: Машиностроение, 1970 - 315 с.
Повышение долговечности транспортных машин: Учебное по
собие для вузов / В.А. Бондаренко, К.В. Щурин, Н.Н. Якунин и др.; Под
ред. В.А. Бондаренко. - М.: Машиностроение, 1999. - 144 с, ил.
Слёзкин И.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. - М.:
Гостехиздат, 1955. - 519 с.
Справочник по триботехнике / Под ред. М.Хебды и
А.В.Чичинадзе. - М.: Машиностроение. - Т.1. - 1989. - 400 с; Т.2 - 1990. -
420 с; Т.З.-1992-730 с.
Справочник по триботехнике. Триботехника антифрикционных,
фрикционных и сцепных устройств. Методы и средства триботехнических
испытаний / под ред. М. Хебды и А.В.Чичинадзе. - М.: Машиностроение,
Варшава ВКЛ, 1992. - 730 с.-Т.З.
Приложение А Таблица А. 1 - Исходные данные к практическому занятию № 1
|
Вариант |
Тип двигателя |
Диаметр вала d. мм |
1/d |
Сорт масла |
hKp> мкм |
Р, кН |
п, мин;1 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
К |
40 |
0,3 |
М-12Г1 |
6 |
10 |
2000 |
|
2 |
Д |
50 |
0,4 |
M-10B2 |
5 |
15 |
1200 |
|
3 |
К |
45 |
0,5 |
М-10ГФЛ |
4 |
12 |
2500 |
|
4 |
Л |
55 |
0.6 |
M-8B2 |
3 |
17 |
1400 |
|
5 |
к |
50 |
0,7 |
М-8Г1 |
2 |
14 |
3000 |
|
6 |
д |
60 |
0,3 |
M-6B |
3 |
20 |
2000 |
|
7 |
к |
55 |
0,4 |
М-12Г1 |
4 |
16 |
3400 |
|
8 |
д |
65 |
0,6 |
M-10B2 |
5 |
23 |
1600 |
|
9 |
к |
60 |
0.6 |
М-10ГФЛ |
6 |
18 |
3200 |
|
10 |
д |
70 |
0,7 |
М-8В2 |
5 |
26 |
2500 |
|
11 |
к |
65 |
0.3 |
М-8Г1 |
4 |
20 |
2500 |
|
12 |
д |
75 |
0.4 |
М-6В |
3 |
10 |
2000 |
|
13 |
К |
70 |
0,5 |
М-12Г1 |
2 |
22 |
4000 |
|
14 |
д |
80 |
0.6 |
М-10В2 |
3 |
25 |
1500 |
|
15 |
к |
75 |
0,7 |
М-10ГФЛ |
4 |
15 |
4500 |
|
16 |
д |
85 |
0,3 |
М-8В2 |
5 |
14 |
1300 |
|
17 |
к |
80 |
0,4 |
М-8Г1 |
6 |
18 |
2500 |
|
18 |
д |
90 |
0,5 |
М-6В |
5 |
23 |
1700 |
|
19 |
к |
85 |
0,6 |
М-12Г1 |
4 |
19 |
3000 |
|
20 |
д |
95 |
0.7 |
М-10В2 |
3 |
35 |
1800 |
|
21 |
к |
90 |
0.3 |
М-10ГФЛ |
2 |
24 |
3500 |
|
22 |
д |
100 |
0.4 |
М-8В2 |
3 |
22 |
2000 |
|
23 |
к |
95 |
0.3 |
М-8Г1 |
4 |
20 |
3900 |
|
24 |
д |
105 |
0.6 |
М-6В |
5 |
30 |
2400 |
|
25 |
к |
40 |
0,7 |
М-8Г1 |
2 |
10 |
2200 |
|
26 |
д |
40 |
0.6 |
М-10В2 |
2 |
20 |
1200 |
|
27 |
к |
45 |
0,5 |
М-12Г1 |
3 |
11 |
2400 |
|
28 |
д |
45 |
0.4 |
М-10В2 |
3 |
22 |
1300 |
|
29 |
к |
50 |
0.3 |
М-10ГФЛ |
4 |
12 |
2600 |
|
30 |
д |
50 |
0,3 |
М-8В2 |
4 |
24 |
1400 |
|
31 |
к |
55 |
0.4 |
М-8Г1 |
5 |
13 |
2800 |
|
32 |
д |
55 |
0,3 |
М-10В2 |
5 |
26 |
1500 |
|
33 |
к |
60 |
0,6 |
М-12Г1 |
6 |
14 |
3000 |
|
34 |
д |
60 |
0.7 |
М-8В2 |
6 |
28 |
1600 |
|
35 |
к |
65 |
0.7 |
М-10ГФЛ |
7 |
15 |
3200 |
|
36 |
д |
65 |
0.6 |
М-8В2 |
7 |
30 |
1700 |
|
37 |
к |
70 |
0.5 |
М-8Г1 |
6 |
16 |
3400 |
|
38 |
д |
70 |
0.4 |
М-10ГФЛ |
6 |
32 |
1800 |
|
39 |
к |
75 |
0,3 |
М-12Г1 |
5 |
17 |
3600 |
|
40 |
д |
75 |
0.3 |
М-10В2 |
5 |
34 |
1900 |
|
41 |
К |
80 |
0,4 |
М-10ГФЛ |
4 |
18 |
3800 |
|
42 |
Д |
80 |
0,5 |
М-10В2 |
4 |
36 |
2000 |
|
43 |
к |
85 |
0,6 |
М-8Г1 |
3 |
19 |
4000 |
|
44 |
д |
85 |
0,7 |
М-10ГФЛ |
3 |
38 |
2100 |
|
45 |
к |
90 |
0,7 |
М-12Г1 |
2 |
20 |
4200 |
|
46 |
д |
90 |
0,6 |
М-10В2 |
2 |
40 |
2200 |
|
47 |
к |
95 |
0,5 |
М-10ГФЛ |
3 |
21 |
4400 |
|
48 |
д |
95 |
0,4 |
М-10В2 |
5 |
42 |
2300 |
|
49 |
к |
40 |
0,5 |
М-10ГФЛ |
5 |
10 |
3000 |
|
50 |
д |
50 |
0.4 |
М-10В2 |
6 |
15 |
1000 |
|
51 |
к |
42 |
0,3 |
М-8Г, |
7 |
12 |
3200 |
|
52 |
д |
54 |
0.3 |
М-ЮГФЛ |
7 |
18 |
1100 |
|
53 |
к |
44 |
0,4 |
М-8Г1 |
6 |
14 |
3300 |
|
54 |
д |
58 |
0.5 |
М-8В2 |
5 |
21 |
1200 |
|
55 |
к |
46 |
0,6 |
М-10В2 |
4 |
16 |
3500 |
|
56 |
д |
62 |
0,7 |
М-8В2 |
3 |
24 |
1300 |
|
57 |
к |
48 |
0,6 |
М-8Г1 |
2 |
18 |
3400 |
|
58 |
д |
64 |
0,5 |
М-10ГФЛ |
3 |
27 |
1400 |
|
59 |
к |
50 |
0.4 |
М-12Г1 |
4 |
20 |
3600 |
|
60 |
д |
66 |
0.3 |
М-10В2 |
5 |
30 |
1500 |
|
61 |
к |
52 |
0,3 |
М-6В |
6 |
21 |
3700 |
|
62 |
д |
70 |
0,4 |
М-10ГФЛ |
7 |
29 |
1600 |
|
63 |
к |
54 |
0.5 |
М-12Г1 |
5 |
20 |
3800 |
|
64 |
д |
74 |
0.6 |
М-10В2 |
6 |
28 |
1700 |
|
65 |
к |
56 |
0.7 |
М-10ГФЛ |
2 |
19 |
3900 |
|
66 |
д |
78 |
0,7 |
М-8В2 |
3 |
27 |
1800 |
|
67 |
к |
58 |
0.6 |
М-12Г1 |
4 |
18 |
4000 |
|
68 |
д |
82 |
0.5 |
М-8В2 |
2 |
26 |
1900 |
|
69 |
к |
60 |
0.5 |
М-6В |
5 |
17 |
2000 |
|
70 |
д |
86 |
0.4 |
М-8В2 |
4 |
25 |
2000 |
|
71 |
к |
62 |
0,3 |
М-12Г1 |
3 |
16 |
1500 |
|
72 |
д |
90 |
0,4 |
М-10ГФЛ |
6 |
24 |
2100 |
|
73 |
к |
70 |
0,3 |
М-12Г1 |
5 |
20 |
1500 |
|
74 |
д |
88 |
0.4 |
М-10В2 |
4 |
25 |
2000 |
|
75 |
к |
68 |
0,5 |
М-10ГФЛ |
3 |
22 |
1700 |
|
76 |
д |
86 |
0.6 |
М-10В2 |
2 |
23 |
2100 |
|
77 |
к |
66 |
0,7 |
М-12Г1 |
3 |
16 |
1900 |
|
78 |
д |
84 |
0,7 |
м-10в2 |
4 |
22 |
700 |
|
79 |
к |
64 |
0.5 |
М-10ГФЛ |
4 |
15 |
2100 |
|
80 |
д |
82 |
0,6 |
М-10В2 |
5 |
26 |
2100 |
|
81 |
к |
62 |
0.4 |
М-12Г1 |
5 |
17 |
2300 |
|
82 |
д |
80 |
0.5 |
М-10В2 |
6 |
25 |
1400 |
|
83 |
к |
60 |
0.3 |
М-8Г1 |
6 |
13 |
2500 |
|
84 |
Д |
78 |
0.7 |
М-10ГФЛ |
2 |
30 |
1500 |
|
85 |
к |
58 |
0,5 |
М-12Г1 |
3 |
24 |
3200 |
|
86 |
д |
76 |
0.6 |
М-8В2 |
4 |
26 |
1300 |
|
87 |
к |
56 |
0.4 |
М-6В |
5 |
12 |
3500 |
|
88 |
д |
74 |
0,3 |
М-8В2 |
6 |
14 |
1500 |
|
89 |
К |
54 |
0,4 |
М-8Г1 |
7 |
18 |
4000 |
|
90 |
д |
72 |
0,5 |
М-10В2 |
6 |
16 |
2100 |
|
91 |
к |
52 |
0,7 |
М-6В |
5 |
20 |
5000 |
|
92 |
д |
70 |
0,6 |
М-8В2 |
2 |
22 |
2200 |
|
93 |
к |
90 |
0.7 |
М-12Г1 |
2 |
20 |
4200 |
|
94 |
д |
90 |
0,6 |
М-10В2 |
2 |
40 |
2200 |
|
95 |
95 |
0,5 |
М-10ГФЛ |
4 |
21 |
4400 |
|
|
96 |
д |
95 |
0,4 |
М-10В2 |
5 |
42 |
2300 |
|
97 |
к |
90 |
0,6 |
М-10В2 |
2 |
40 |
2200 |
|
98 |
д |
95 |
0,5 |
М-10ГФЛ |
3 |
21 |
4400 |
|
99 |
к |
95 |
0,4 |
м-10в2 |
5 |
42 |
2300 |
|
100 |
д |
72 |
0.5 |
М-10В2 |
6 |
16 |
2100 |
|
Вариант |
Модель транспортного средства |
Агрегат или узел |
Вариант |
Модель транспортного средства |
Агрегат или узел |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1 |
КамАЗ -5320 |
Двигатель |
16 |
ВАЗ 2108 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
|
2 |
КамАЗ -5320 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
17 |
ВАЗ 2108 |
Карданные передачи, задний мост |
|
3 |
КамАЗ -5320 |
Карданная передача, ведущий мост |
18 |
ВАЗ 2108 |
Подвеска, ходовая часть |
|
4 |
КамАЗ -5320 |
Подвеска, ходовая часть |
ВАЗ 2108 |
Рулевое управление |
|
|
5 |
КамАЗ -5320 |
Рулевое управление |
20 |
ВАЗ-2108 |
Тормозная система |
|
6 |
КамАЗ -5320 |
Тормозная система |
21 |
ВАЗ 2108 |
Элементы электрооборудования |
|
7 |
КамАЗ -5320 |
Элементы электрооборудования |
22 |
Урал -4320 |
Двигатель (ЯМЗ - 236) |
|
8 |
ЛиАЗ-677 |
Двигатель |
23 |
Урал-4320 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
|
9 |
ЛиАЗ-677 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
24 |
Урал-4320 |
Карданная передача, ведущий мост |
|
10 |
ЛиАЗ-677 |
Карданная передача, ведущий мост |
25 |
Урал-4320 |
Подвеска, ходовая часть |
|
11 |
ЛиАЗ -677 |
Подвеска, ходовая часть |
26 |
Урал-4320 |
Рулевое управление |
|
12 |
ЛиАЗ -677 |
Рулевое управление |
27 |
Урал-4320 |
Тормозная система |
|
13 |
ЛиАЗ -677 |
Тормозная система |
28 |
Урал-4320 |
Элементы электрооборудования |
|
14 |
ЛиАЗ-677 |
Элементы электрооборудования |
29 |
ГАЗ - 66 |
Карданная передача, ведущий мост |
|
15 |
ВАЗ 2108 |
Двигатель |
30 |
ГАЗ - 66 |
Подвеска, ходовая часть |
|
31 |
ЗИЛ -130 |
Двигатель |
46 |
ГАЗ-3110 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
|
32 |
ЗИЛ- 130 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
47 |
ГАЗ-3110 |
Карданные передачи, задний мост |
|
33 |
ЗИЛ- 130 |
Карданная передача, ведущий мост |
48 |
ГАЗ-3110 |
Подвеска, ходовая часть |
|
34 |
ЗИЛ- 130 |
Подвеска, ходовая часть |
49 |
ГАЗ-3110 |
Рулевое управление |
|
35 |
ЗИЛ- 130 |
Рулевое управление |
50 |
ГАЗ-3110 |
Тормозная система |
|
36 |
ЗИЛ- 130 |
Тормозная система |
51 |
ГАЗ-3110 |
Элементы электрооборудования |
|
37 |
ЗИЛ-130 |
Элементы электрооборудования |
52 |
Урал-4320 |
Двигатель (ЯМЗ - 236) |
|
38 |
МАЗ-555 |
Двигатель |
53 |
Урал-4320 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
|
39 |
МАЗ-555 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
54 |
Урал-4320 |
Карданная передача, ведущий мост |
|
40 |
МАЗ-555 |
Карданная передача, ведущий мост |
55 |
Урал-4320 |
Подвеска, ходовая часть |
|
41 |
МАЗ-555 |
Подвеска, ходовая часть |
56 |
Урал-4320 |
Рулевое управление |
|
42 |
МАЗ-555 |
Рулевое управление |
57 |
Урал-4320 |
Тормозная система |
|
43 |
МАЗ-555 |
Тормозная система |
58 |
Урал-4320 |
Элементы электрооборудования |
|
44 |
ВАЗ-2106 |
Элементы электрооборудования |
59 |
ГАЗ - 66 |
Карданная передача, ведущий мост |
|
45 |
ГАЗ-3110 |
Двигатель |
60 |
ГАЗ - 66 |
Подвеска, ходовая часть |
|
61 |
ЗАЗ-1102 |
Двигатель |
81 |
ГАЗ-3110 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
|
62 |
ЗАЗ-1102 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
82 |
ГАЗ-3110 |
Карданные передачи, задний мост |
|
63 |
ЗАЗ-1102 |
Карданная передача, ведущий мост |
83 |
ГАЗ-3110 |
Подвеска, ходовая часть |
|
64 |
ЗАЗ-1102 |
Подвеска, ходовая часть |
84 |
ГАЗ-3110 |
Рулевое управление |
|
65 |
ЗАЗ-1102 |
Рулевое управление |
85 |
ГАЗ-3110 |
Тормозная система |
|
66 |
ЗАЗ-1102 |
Тормозная система |
86 |
ГАЗ-3110 |
Элементы электрооборудования |
|
67 |
ЗАЗ-1102 |
Элементы электрооборудования |
87 |
Урал -4320 |
Двигатель (ЯМЗ - 236) |
|
68 |
ГАЗ-53А |
Двигатель |
88 |
Урал -4320 |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
|
69 |
ГАЗ-53А |
Муфта сцепления, коробка переключения передач |
89 |
Урал -4320 |
Карданная передача, ведущий мост |
|
70 |
ГАЗ - 53А |
Карданная передача, ведущий мост |
90 |
Урал-4320 |
Подвеска, ходовая часть |
|
71 |
ГАЗ - 53А |
Подвеска, ходовая часть |
91 |
Урал-4320 |
Рулевое управление |
|
72 |
ГАЗ - 53А |
Рулевое управление |
92 |
Урал -4320 |
Тормозная система |
|
73 |
ГАЗ - 53А |
Тормозная система |
93 |
Урал -4320 |
Элементы электрооборудования |
|
74 |
ГАЗ - 53А |
Элементы электрооборудования |
94 |
ГАЗ - 66 |
Карданная передача, ведущий мост |
|
75 |
ГАЗ-3110 |
Двигатель |
95 |
ГАЗ - 66 |
Подвеска, ходовая часть |
|
76 |
КрАЗ-257 |
Рулевое управление |
96 |
Урал - 4320 |
Тормозная система |
|
77 |
КрАЗ-257 |
Тормозная система |
97 |
Урал-4320 |
Элементы электрооборудования |
|
78 |
УАЗ - 457 |
Элементы электрооборудования |
98 |
ГАЗ - 66 |
Карданная передача, ведущий мост |
|
79 |
КрАЗ-257 |
Подвеска, ходовая часть |
99 |
Урал-4320 |
Рулевое управление |
|
80 |
КрАЗ-257 |
Рулевое управление |
100 |
Урал-4320 |
Тормозная система |
PAGE 37