ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.06.2024
Просмотров: 256
Скачиваний: 8
Тогда
Коэффициент трения в сопряжении уплотнения со штоком или цилиндром
/ ж |
р > |
где
Рп = \ p'rnD dl, p'r = p0 + pr.
Тогда
dhdo dl
(38)
dl
Значение |
известно в точке, где h = hm. |
Выразим значение коэффициента жидкостного трения приме нительно к условиям точки hm.
При -Фг = - г — и 1 |
1 — const |
|
|
||
r |
dh |
hm |
|
|
|
|
|
|
h |
7]V |
(39) |
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
.nrr cp |
|
|
где pr |
— |
среднее радиальное |
давление в |
уплотнении |
|
dl
Pr. cp =
С увеличением pr значение hm несколько убывает, и умень шается значение коэффициента трения.
Ранее было получено для прямого хода
1
-2г)о
(JL)
Подставляя в формулу (39) значение hm, имеем
51
Значение |
определено выше. Оно зависит от Е, гк и |
величины обжатия уплотнительного кольца при сборке.
Коэффициент трения при полужидкостном трении
При полужидкостном трении давление на единицу поверх ности уплотнения рп, поджимающее уплотнение к сопряженной поверхности, воспринимается гидравлическим давлением рг и давлением в зоне непосредственного контакта микронеровностей рк
Рп = Рг + Рк-
Сила трения будет
•^тр |
-^iifnp |
^к/к ~Ь |
ск |
удельная сила трения
•^тр. уд |
Рп/пр |
РкАс ~Т~ Prfж> |
откуда приведенный коэффициент трения
Л . Р = - * ^ = |
+ |
(40) |
где / к — коэффициент граничного трения в зоне контакта микро неровностей; /ж —коэффициент жидкостного трения.
Коэффициент трения при граничном трении
Согласно исследованиям И. В. Крагельского и К. Э. Виногра довой [37 ] , для сухого и граничного трения значение коэффициента трения в зависимости от нормальной нагрузки N выражается следующей формулой:
|
|
|
|
f = - - ^ + P = - £ - + P. |
|
|
|||
где |
а и р — постоянные величины для пары данных материалов; |
||||||||
Бф — фактическая |
площадь |
касания; |
q$ — фактическое удель |
||||||
ное |
давление. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая, что |
5 Ф зависит |
от |
N, принимают |
[37] |
||||
|
Обычно, |
для |
мягких материалов |
и небольших |
напряжений |
||||
Р ^ |
0; для |
твердых |
и прочных |
материалов - ~ |
^ |
0. |
|||
В экспериментах замеры трения производились при скорости скольжения v —> 0, при которой вероятно граничное трение.
52
При обработке опытных данных принята следующая зависи мость:
|
|
|
|
f |
|
= |
ь- |
|
UP,-. |
|
b |
|
|
|
|
|
|
(41) |
|||
|
|
|
|
|
|
'{P'r+af |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ориентировочные опытные значения постоянных величин а и Ь, |
|||||||||||||||||||||
входящих в уравнение (41) при k = |
|
|
для |
различных видов |
|||||||||||||||||
уплотнений характеризуются следующими |
данными: |
|
|
|
|
||||||||||||||||
а) два |
кольца |
круглого |
сечения |
(ГОСТ |
9833—61) |
а — 10, |
|||||||||||||||
Ъ = |
0,7; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
б) две |
шевронные манжеты |
(ГОСТ |
9041—59) |
из |
доместика |
||||||||||||||||
а = |
30, |
b = |
3,6; |
|
|
|
|
|
|
|
|
?стат |
|
|
|
|
|||||
в) одна манжета (ГОСТ 6969—54) плюс |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
две шевронные манжеты (ГОСТ 9041—59) |
|
иг |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
а — 25, |
b = |
1,5; |
|
|
уплотнения |
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
г) дифференциальные |
а |
= |
|
|
|
|
|
|
—« |
|
|||||||||||
10, |
Ъ = |
2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OA |
|
|
|
|
-3 |
|
|||
д) две малогабаритные манжеты плюс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
одно |
кольцо |
круглого |
сечения |
а = |
4, |
|
0 |
|
|
|
|
1Шь\ 1мес |
|||||||||
b = |
0,4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fOclMUH |
1ч |
|
||||||
Коэффициент трения резины по стали |
|
|
|
|
|
|
1нед |
Т |
|||||||||||||
Рис. 24. Изменение |
/ с т а т |
||||||||||||||||||||
после длительною |
покоя при страгивании |
||||||||||||||||||||
может |
достигать |
больших |
значений, |
на |
во времени |
под |
влиянием |
||||||||||||||
прилипания |
резины |
к |
|||||||||||||||||||
пример |
до |
1,2 ч - 1 , 6 . |
Сила |
трения |
гладкой стальной поверх |
||||||||||||||||
при |
страгивании |
после |
длительного |
по |
|
|
|
ности: |
|
||||||||||||
коя (в течение нескольких |
дней, например |
/ |
— гладкая резина, масло |
||||||||||||||||||
недели) увеличивается до 5 раз по |
сравне |
без |
прпсадкн; |
2 |
— гладкая |
||||||||||||||||
резина, |
масло |
с |
графитом; |
||||||||||||||||||
нию |
с |
силой -трения |
при |
движении'. |
|
|
3 |
— грубошероховатая |
ре |
||||||||||||
Изменение коэффициента трения в за |
|
зина, масло без |
присадки |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
висимости от продолжительности контакта определяется |
формулой |
||||||||||||||||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fo |
|
|
|
fo |
— 1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
7o> /со — предельные |
значения |
коэффициентов |
в |
зависимости |
от |
||||||||||||||||
продолжительности |
контакта |
t = |
0 |
и |
оо; |
и — постоянная |
ве |
||||||||||||||
личина для данных материалов и условий работы. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Изменение коэффициента трения в зависимости от времени |
|||||||||||||||||||||
перерыва в движении по данным Денни |
[201 показано на рис. 24. |
||||||||||||||||||||
Увеличение при этом силы трения объясняется |
постепенным |
||||||||||||||||||||
исчезновением |
граничной |
пленки |
смазки |
между |
поверхностями |
||||||||||||||||
и переходом к сухому трению. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Кроме уменьшения коэффициента трения, с увеличением давле |
|||||||||||||||||||||
ния |
необходимо отметить также имеющее место при |
испытаниях |
|||||||||||||||||||
53
изменение коэффициента трения с увеличением скорости сколь жения и температуры.
Зависимость коэффициента трения от скорости скольжения
определяется |
зависимостью |
|
|
|
f = (a-\- |
bv) е~си -4- d. |
|
Примем f = LJv, |
|
|
|
где f0 — коэффициент трения |
при скорости |
скольжения, близкой |
|
к нулю; kv— |
коэффициент, зависящий от скорости скольжения. |
||
В соответствии с опытными данными
Влияние колебаний температуры А0 на коэффициент трения оценивается коэффициентом
h — — р+аДО
кв — f — е~
С учетом влияния продолжительности времени контакта, ско рости скольжения и температуры
/ |
= щ . |
( 4 2 ) |
Определение коэффициентов трения и силы |
трения |
|
в контактных уплотнениях на основе опытных данных |
||
Сила трения в уплотнениях |
|
|
•^тр = |
^ т р 0 + Ртрр, |
(43) |
где F7p — сила трения, обусловленная предварительным поджатием уплотнительных элементов при сборке и перекосом што ков относительно направляющих поверхностей (в пределах до пусков на изготовление); ; F7Pp — сила трения в уплотнениях, обусловленная давлением жидкости.
При движении штока
|
FTp |
= л dlfPn |
|
где / — коэффициент трения |
в уплотнениях; d— диаметр штока, |
||
по которому |
происходит скольжение; |
рг с р — среднее радиальное |
|
давление на |
поверхности прилегания |
уплотнения от давления |
|
жидкости; р„—"радиальное давление на поверхности прилегания уплотнения от предварительного натяга уплотнительных элемен тов; р'г = ро + р, с р — с р е д н е е радиальное давление, возника ющее в соединении за счет предварительного натяга уплотнения при сборке и за счет действия давления жидкости; / — длина уплотнительного элемента.
При определении движения поршня в выражении для Frp вместо диаметра штока d необходимо взять диаметр поршня D.
54
Значение ргср |
обычно является переменным по длине |
уплотни- |
|
тельного элемента. |
|
|
|
Давление рй |
зависит от величины натяга' и модуля |
нормаль |
|
ной упругости |
материала уплотнения и может достигать |
больших |
|
значений, например для кожаных колец при. Агв |
— Агп |
= 2 мм, |
|
2гн — 7 см и Е = 2000 кгс/см2 будем иметь р0 ^ |
1700 кгс/см2 . |
||
Значения сил трения для различных уплотнений, замеренные
вусловиях собранного гидравлического цилиндра (диаметр
штока 70 мм), при неболь |
FTp кгс |
|
|
|
|
|||||||||||
ших |
скоростях |
перемеще |
|
|
|
|
||||||||||
2000v- |
|
|
|
|
||||||||||||
ния штоков приведены на |
|
|
|
|
|
|||||||||||
рис. 25. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Из графика следует, что |
|
|
|
|
|
||||||||||
сила |
трения |
|
в |
уплотне |
|
|
|
|
|
|||||||
ниях, состоящих из набора |
|
|
|
|
|
|||||||||||
резиновых |
|
уплотнитель |
|
|
|
|
|
|||||||||
ных колец |
круглого |
сече |
|
|
|
|
|
|||||||||
ния в два-три |
раза мень |
|
|
|
|
|
||||||||||
ше |
силы |
трения |
при при |
|
|
|
|
|
||||||||
менении |
манжет. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Сила |
же |
|
|
трения |
в |
|
|
|
|
|
|||||
уплотнении, |
состоящем из |
|
|
|
|
|
||||||||||
малогабаритных |
манжет и |
Рис. 25. Изменение значений |
силы трения |
|||||||||||||
одного кольца, |
получается |
|||||||||||||||
в уплотнениях в зависимости от давления за |
||||||||||||||||
меньшей, |
|
чем |
|
в |
случае |
пираемой |
жидкости: |
|
||||||||
применения |
одних |
колец. |
; — две шевронные манжеты (ГОСТ 9041 —59); |
|||||||||||||
|
Значения |
коэффициен |
2 — одна манжета (ГОСТ |
6969—54) плюс две ше |
||||||||||||
|
вронные манжеты (ГОСТ |
9041—59); 3 — диффе |
||||||||||||||
тов трения для одних и тех |
ренциальное уплотнение |
из полиамида 68Н; 4 — |
||||||||||||||
же |
|
материалов, |
|
но для |
одна манжета (ГОСТ 6969—54); |
5 — дифферен |
||||||||||
|
|
циальное уплотнение из |
резины |
9088; 6 — три |
||||||||||||
различных |
уплотнений |
в |
чугунных поршневых |
кольца; 7 — два |
кольца |
|||||||||||
круглого сечения; 8 — дифференциальное |
уплот |
|||||||||||||||
условиях |
|
гпдроцилиндра |
нение из фторопласта-4; |
|
9—две |
малогабаритные |
||||||||||
с |
учетом |
|
разной |
|
утечки |
манжеты плюс кольцо |
круглого |
сечения; 10 — |
||||||||
|
|
комбинированное уплотнение фторопласт—резина |
||||||||||||||
жидкости и разной смазки
их являются разными. На величину f влияют также особенности конструкции уплотнений, наличие дополнительного сопротивле ния вследствие перекоса штоков в цилиндре и др. Поэтому при расчетах сил трения в гидравлических агрегатах для каждого типа уплотнений нужно пользоваться значенияим коэффициентов
трения, полученными опытным путем в |
условиях |
гидроци |
линдра. |
|
|
В большинстве расчетов для подобных |
конструкций уплот |
|
нений (состоящих из одинакового количества однотипных уплот
нительных элементов) |
можно |
приближенно определить |
силу |
|||
трения, пользуясь |
приведенными |
коэффициентами |
трения |
/ п р , |
||
полученными на основе |
опытных |
данных. |
|
|
||
В дальнейшем |
будем |
принимать для уплотнения |
штока |
|
||
|
|
FTp = |
я dhp'rfnp |
(44) |
||
55
(для уплотнения поршня в этом выражении вместо d надо
подставить |
D), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где l-i—.длина рабочей поверхности |
первого |
уплотнительного |
||||||||
элемента со |
стороны давления |
рабочей |
жидкости. |
|
||||||
|
В |
этом |
случае |
приведенный |
коэф |
|||||
|
фициент |
трения |
|
|
|
|
||||
0,3 |
|
|
|
f |
f |
^Факт |
• |
|
||
|
|
|
|
/пр — / |
[ ± |
|
|
|||
|
На рис. 26 даются |
значения приве |
||||||||
0,2 |
денных коэффициентов трения. Эти зна |
|||||||||
чения |
силы трения, |
полученные для |
||||||||
|
||||||||||
|
различных |
уплотнений, |
соответствуют |
|||||||
|
опытным данным, |
приведенным |
выше. |
|||||||
0,1 |
Величины |
приведенных |
коэффициентов |
|||||||
учитывают |
наличие |
предварительного |
||||||||
|
||||||||||
|
натяга |
уплотнительных |
элементов и |
|||||||
•перекоса штока за счет неконцентрич ности направляющих поверхностей при
|
|
200 |
400 |
малой |
скорости |
перемещения |
(до |
|||||||
|
|
|
р, кгс/см* |
0,1 м/с). |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рис. |
26. Изменение |
значений |
В |
соответствии со сказанным выше, |
||||||||||
приведенных |
коэффициентов |
при обработке |
опытных |
данных |
при |
|||||||||
трения |
для |
различных |
||||||||||||
нято: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
уплотнений: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
/ — две |
шевронные |
манжеты |
1. |
Давление |
по длине |
манжеты по |
||||||||
(ГОСТ 9041 — 59); 2 — одна ман |
стоянное и равно давлению запираемой |
|||||||||||||
жета |
(ГОСТ |
6969—54) |
плюс |
жидкости (р'г |
р). |
|
|
|
|
|||||
две шевронные манжеты |
(ГОСТ |
|
|
|
|
|||||||||
9041 —59); 3 — одна шевронная |
2. |
Давление |
по |
длине |
контактной |
|||||||||
манжета |
(ГОСТ 9041—59); 4 — |
|||||||||||||
два |
кольца круглого сечения; |
поверхности |
резинового |
уплотнитель |
||||||||||
5 — две |
малогабаритные ман |
|||||||||||||
жеты плюс кольцо круглого се |
ного кольца |
круглого |
поперечного се |
|||||||||||
|
|
чения |
|
|
чения |
постоянное (р* ^ |
0,8 р), и длина |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
контактной поверхности равна диаметру поперечного сечения кольца.
3. При наличии нескольких уплотнительных элементов, уста новленных последовательно, сила трения отнесена только к пер вым уплотнительньш элементам на штоке и поршне.
Для расчета силы трения значения [ п р снимаются с графика, полученного на основе опытных данных, или могут быть подсчи таны по приведенным выше зависимостям.
13. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ПРИ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ
Выход из строя уплотнений обычно происходит по следующим причинам:
1) действие усталостных явлений в материале уплотнения, связанное с приложением переменных напряжений от сил трения;
2) износ рабочих поверхностей.
56