Файл: Марочкин, В. Н. Прочность фрикционного контакта учеб. пособие по расчету узлов трения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 72
Скачиваний: 0
Для предотвращения износа канатов применяют футеров ку шкивов текстолитовыми вкладышами, а для предотвраще ния износа направляющих станков — пластмассовые наклей ки или специальные недорогостоящие накладки, например, накладки из сплава ЦАМ — 10—5.
Чтобы обеспечить долговечность дорогого изделия, можно его поверхность покрыть дешевым антифрикционным мате риалом, п этим снизить стоимость композиционного матери ала и улучшить эксплуатационные качества пары трения. В этом отношении хорошо зарекомендовали себя экономичные пояски из бронз, лёгко прирабатывающиеся и указывающие правильность сочленения пары трения. Для увеличения пло щадки касания сопряженных шероховатых поверхностен и облегчения режимов трения находят применение вставки из баббитов. Вставки и пояски из сплавов предотвращают также чугунные поверхности от схватывания и атомарного переноса материалов.'
Использование триметаллических вкладышей с промежу точным серебряным слоем значительно улучшает условия работы в тяжелонагружениых узлах трения (высокие скорос ти, давления, температуры). Хорошее действие на работу уз ла трения оказывает электролитическое осаждение на слой свинцовистой бронзы еще одного третьего тонкого антикорро зионного слоя из свинцовистого сплава с 5—10% олова либо 3,5—4,5% индия. Применение тонкостенных вкладышей с по ристым материалом, заполненным пластиком, также улучша ет работоспособность узла трения.
Роль плавающих деталей в конструкции узла трения
В местах сочленения деталей и образования кинематиче ской пары (например, вращательной, — шатун-кривошип, — в кривошипно-шатунном механизме) целесообразно примене ние промежуточной свободной плавающей втулки, облегчаю щей эксплуатационные условия работы узла трения.
При относительном движении одного звена относительно другого наличие промежуточной плавающей детали позволя ет данное угловое перемещение в кинематической паре заме нить двумя составляющими угловыми перемещениями: кри вошипа относительно втулки и втулки относительно шатуна.
Такое расчленение перемещения на два перемещения по зволяет уменьшить скорость составляющих движений, сни зить тепловыделение на контакте и уменьшить износ поверх ностей.
106
С другой стороны, такое конструкционное решение при проектировании узла трения позволяет избежать возможного заедания в кинематической паре. Действительно, если заеда ние произойдет на поверхности кривошип-втулка, то криво шип вместе со втулкой мосут свободно проворачиваться отно сительно шатуна; если заедание произойдет на поверхности шатун-втулка, то перемещение шатуна со втулкой станет воз можным относительно кривошипа,-
Также,, большую долговечность вследствие уменьшения износа и смягчения возможных ударов в сочленении и более гарантированную надежность вследствие предохранения узла от возможного заедания обеспечивает и комбинированный подшипник специальной конструкции. В этом подшипнике про межуточное плавающее кольцо располагается между шарика ми и вкладышем. При отказе узла шарикового подшипника, скольжение сохраняется по вкладышу, при заедании кольца с вкладышем качение сохраняется по шарикам.
Для устранения возможных осевых удлинений вала вслед ствие его перегрева и, следовательно, усложнения работы уз лов трения, в опорах один из подшипников (менее нагружен ный) устанавливается «плавающим», т. е. способным свобод но перемещаться вместе с валом в осевом направлении.
Замена внешнего трения внутренним трением упругого элемшта
Для устранения возможных незначительных перемещений сочлененных деталей, -смягчения действия ударных нагрузок и уменьшения износа поверхностей от трения обычные шар ниры заменяют резиио-металличсскими. Такая конструкция узла трения предохраняет сопряженные поверхности от попа дания абразивных частиц, не нуждается в смазке, создает бесшумность в работе.
Замена трения скольжения трением качения
Замена трения скольжения трением качения повышает долговечность работы сопряженных деталей, обеспечивает большую надежность в эксплуатации и улучшает экономиче ские показатели машины.
107
Сравнительная характеристика подшипников скольжения и подшипников качения
Подшипники качения
Пр е и м у щ е с т в а
1.Обеспечивают малые энергетические потери и да ют высокий КПД,.
2.Обеспечивают стабиль ность коэффициента трения при изменении скорости и нагрузки.
3.Экономичны, т. к. не ис пользуют дорогой цветной металл.
4.Обеспечивают меньший расход смазочных материа лов.
5.При эксплуатации не требуется принудительного
охлаждения.
6.В работе не требуют специального ухода.
7.Стандартизованы, что упрощает конструирование подшипникового узла и уп рощает монта^к.
Не д о с т а т к и
1.Недолговечны.
У
2.Ненадежны при дей ствии динамических нагру зок: малая площадь каса ния, например, в паровых турбинах.
3.Непригодны при дейст вии значительных усилий, например, в прокатных ста нах.
4.Плохо работают при качательных движениях в свя зи с явлением бринелирования.
Подшипники скольоісения
Н е д о с т а т к и Не обеспечивают малые
энергетические потери и да ют низкий КПД.
Коэффициент трения очень чувствительный при измене нии скорости и нагрузки.
Неэкономичны. Вкладыши изготавливают из дорого го цветного металла.
Требуют большого расхода смазочных материалов.
При эксплуатации требу ется принудительное охлаж дение.
В работе требуют специ ального технического ухода.
Нестандартизованы, что усложняет конетруирование подшипникового узла и ус ложняет монтаж.
П р е и м у щ е с т в а
Долговечны благодаря на личию сменных колец.
Обеспечивают надежность при действии динамических нагрузок благодаря значи тельной площади касания.
Пригодны |
при действии |
значителы-iыXусилий. |
|
Явление |
бринелирован ия |
отсутствует. |
|
108
5. |
Вызывают шум в работе. |
В работе бесшумны. |
||
6. |
Недостаточная коррози |
В |
работе |
коррозибнно |
онная и тепловая стойкость. |
стойкие |
и теплостойкие. |
||
7. Усложнен ремонт: не |
Разъемпы для ремонта. |
|||
разъемны. |
|
|
|
|
|
Направляющие качения |
|
||
Преимущества направляющих качений по |
сравнению с |
|||
направляющими скольжениями: |
|
|
|
|
1.Оказывают меньшее сопротивление движению.
2.Отсутствует эффект прилипания поверхностей, приво дящий к прерывистому движению.
3.Проще в эксплуатации и при уходе.
4.В эксплуатации более долговечны.
Винтовые пары качения
В винтовых парах канавки па теле винта и гайки служат дорожками, по которым перекатываются шарики. Такие па ры—винт-гайка — находят применение в приборах, где необ ходимо осуществить медленное и достаточно точное переме щение.
Устранение монтажных перекосов
Монтажные перекосы создают во фрикционных узлах на чальные напряжения, отрицательно сказывающиеся на на дежности работы узла трения. Устранение монтажных пере косов достигается установкой машины на три точки. Это спо собствует равномерному распределению нагрузки на опоры, что создает предпосылки к долговечности работы узла тре ния в машине.
Конструктивным примером для выравнивания действую щей нагрузки на опоры является подпятник на гидравличе ской опоре для гидрогенераторов. Принцип действия конст рукции состоит в следующем. На кольцевом основании име ются цилиндрические углубления, над которыми установле ны приваренные эластичные (с кольцевыми выточками) ка меры, наполненные маслом и сообщающиеся между собой каналом. Самоустановка оси вала с осью опоры устраняет перекос вала относительно подшипника и способствует рав номерному распределению нагрузки в узле трения и повыше нию его долговечности.
109
Разгрузка рабочих поверхностей
Для уменьшения величины воспринимаемых нагрузок и перевода пластического контакта в режим упругого сопря женные поверхности частично разгружают.
Примерами таких разгрузок являются обычная шевронная передача, разгружающая опоры от действия осевых составля ющих передаваемого усилия, двухколодочный тормоз, раз гружающий валы, и, следовательно, подшипники от действия радиальных усилий.
Учет температурных деформаций трущихся деталей
Для компенсации действия тепловых явлений, вызываю щих неравномерные деформации сопряженных деталей и ис кажающих нормальное контактирование поверхностей, необ ходимо при конструировании узлов трения правильно назна чать зазоры и тепловые натяги в сопряжениях, ослаблять раз личными устройствами действия тепловых источников (напри мер, обдув), вводить циркуляционную смазку и т. п.
Улучшить условия работы детали при ее неравномерном нагревании можно путем заформирования в ее тело в опреде ленных местах специальных материалов, изменяющих мощ ность тепловых потоков и снимающих неравномерную тепло вую деформацию. Таким материалом может быть, например, инвар, имеющий коэффициент линейного расширения пример но в 10 раз меньший, чем у чугуна. Возможность тепловых де формаций обусловливает специальные требования, налагае мые на конструкции машин.
При проектировании машин следует стремиться к симмет ричной или осесимметричной конструкции относительно источ ника теплового воздействия, располагающегося на поверхно сти трения.
7.2. Технологические способы повышения долговечности поверхностей трения
В технологии трения решается основная задача по выбору рациональной обработки поверхностей сопряженных деталей с целью обеспечить надежную работу поверхностных слоев.
Применяют следующие технологические способы повыше ния долговечности и надежности работы узлов трения:
I. Деформирование поверхностей. II. Обработка поверхностей.
III. Покрытия, наплавки, упрочнения поверхностного слоя.
ПО
I. Деформирование поверхности
Ориентировка волокон. Ориентировка волокон на поверх ностях сопряженных детален оказывает влияние на прочность и износостойкость поверхностных слоев. При торцевой ориен тировке волокон предел прочности на изгиб для материалов уменьшается в 2 раза по сравнению с пределом прочности, который имеют те же материалы, но с ориентировкой воло кон на поверхности.
Влияние последовательности операций и режимов обра ботки. Валки холодной прокатки могут обрабатываться по двум технологическим вариантам: 1) обточка, закалка с ин дукционным нагревом, грубое и чистовое шлифование, довод ка; 2) то же, но перед закалкой производится дополнитель ное шлифование.
Во втором варианте структура валка более однородная и усталостная контактная прочность повышается.
Виды обработки поверхностей. Большая износостойкость поверхностей трения обеспечивается, когда неподвижная по верхность обработана наклепом шариками, а подвижная — шабрением, фрезерованием либо шлифованием.
Режимы обработки поверхностей. Режимы и виды обра ботки поверхностей определяют структуру и свойства поверх ностных слоев и этим оказывают влияние на их износостой кость и долговечность в работе.
Структура поверхностного слоя. Распад структурных сос тавляющих, переход материала из одной модификации в дру гую, релаксация остаточных напряжений, взаимодействие ма териала со средой — все это, даже в нормальных условиях эксплуатации, может привести к изменению формы и разме ров деталей с нарушением условий контактирования сопря женных поверхностей. Так, в местах распада аустенита уве личивается объем и уменьшаются зазоры в сопряжениях, ко торые могут вызвать повышение контактных давлений.
Направление следов обработки. Исходная шероховатость и направление следов обработки оказывают влияние на про цесс приработки поверхностей. Было установлено, что каждо му процессу трения соответствует своя эксплуатационная ше роховатость, определяемая режимом протекания процесса. Поэтому при различной исходной шероховатости интенсив ность приработки различна.
В связи с этим в трибонике установилось требование об
111