Трение и изнашивание механизмов, смазочные материалы
Покупка
Новинка
Тематика:
Общее машиностроение. Машиноведение
Авторы:
Поляков Сергей Андреевич, Андриенко Людмила Анатольевна, Лычагин Владимир Владимирович, Кулешова Екатерина Михайловна
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 52
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7038-5479-2
Артикул: 838927.01.99
Представлены лабораторные работы по изучению методов и средств испытаний на триботехническую работоспособность конструкционных материалов при качении с проскальзыванием, по оценке потерь на трение и определению коэффициента полезного действия механической передачи в зависимости от режима работы на примере зубчатого, волнового и червячного редукторов. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 15.04.01 «Машиностроение».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Трение и изнашивание механизмов, смазочные материалы Учебно-методическое пособие Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
УДК 621.89.017 ББК 34.41 Т66 Издание доступно в электронном виде по адресу https://bmstu.press/catalog/item/6921 Факультет «Робототехника и комплексная автоматизация» Кафедра «Основы конструирования машин» Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия Авторы: С.А. Поляков, Л.А. Андриенко, В.В. Лычагин, Е.М. Кулешова Т66 Трение и изнашивание механизмов, смазочные материалы : учебно-методическое пособие / [С. А. Поляков и др.]. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. — 47, [5] с. : ил. ISBN 978-5-7038-5479-2 Представлены лабораторные работы по изучению методов и средств испытаний на триботехническую работоспособность конструкционных материалов при качении с проскальзыванием, по оценке потерь на трение и определению коэффициента полезного действия механической передачи в зависимости от режима работы на примере зубчатого, волнового и червячного редукторов. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 15.04.01 «Машиностроение». УДК 621.89.017 ББК 34.41 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020 © Оформление. Издательство ISBN 978-5-7038-5479-2 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
Предисловие «Трение и изнашивание механизмов, смазочные матери- алы» — одна из основных дисциплин, предусматривающих формирование у студентов знаний о физических причинах отказа оборудования машиностроения. Освоив данную дисциплину в рамках образовательной программы магистратуры по направлению подготовки 15.04.01 «Машиностроение», студенты приобретут знания об основных положениях трибологии в машиностроении и принципах расчетов деталей и сопряжений на изнашивание. Эти знания и полученные навыки они могут применять при проектировании и эксплуатации объектов общего машиностроения. Цель издания — обучение проведению лабораторных и стен довых испытаний и определение триботехнической работоспособности оборудования. Пособие содержит теоретическую часть «Особенности прове дения лабораторных испытаний процессов изнашивания» и четыре лабораторные работы по следующим направлениям: • триботехнические лабораторные испытания материалов для зубчатых колес; • стендовые испытания волнового редуктора для оценки энергоэффективности; • стендовые испытания червячного редуктора для оценки энергоэффективности и причин механических потерь в червячной передаче; • стендовые испытания для оценки влияния проскальзывания в эвольвентном зацеплении на коэффициент полезного действия зубчатой передачи. В каждой лабораторной работе приведены краткие теорети ческие сведения по теме, описание используемой лабораторной установки, образцов, предназначенных для испытаний, а также указания о порядке выполнения работы, методике проведения испытаний и оценке образцов и форме отчета о выполнении. К каждой лабораторной работе даны контрольные вопросы, в конце издания — список рекомендуемой литературы. Выполнение представленных лабораторных работ позволит студентам непосредственно ознакомиться с технологией испытаний и необходимым для этого оборудованием, понять методику
проведения лабораторных и стендовых испытаний для оценки триботехнической работоспособности, а также научиться адекватно ставить задачу испытаний и овладеть навыками их проведения. Условием допуска к защите лабораторных работ является их выполнение студентами и предоставление заполненной формы отчета. Лабораторные работы защищаются по такому критерию, как наличие ответов на контрольные вопросы. Поскольку лабораторные работы травмоопасные, перед началом их выполнения студенты должны ознакомиться с требованиями техники безопасности, обязательными для соблюдения в помещении, где проводятся работы.
Особенности проведения лабораторных испытаний процессов изнашивания Конструктивное оформление, размеры и кинематический тип сопряжения, как показывают многочисленные исследования, оказывают существенное влияние на процесс его изнашивания. В связи с этим при лабораторных испытаниях важно учитывать отличия, которые неизбежно возникают при моделировании в лаборатории эксплуатационных процессов изнашивания. Используемые в практике триботехнических испытаний экс периментальные установки существенно различаются по размерам образцов, для испытания которых они предназначены. Существуют установки, габариты которых весьма велики — порядка сотен миллиметров, и малые настольные установки для испытаний образцов с размерами в несколько миллиметров. При выборе размеров образцов имеют значение естественные ограничения с их верхней и нижней сторон. Анализ и обоснование выбора испытательных установок и возможности моделирования с учетом масштабных коэффициентов предусмотрены ГОСТ 23.224–86. Методы и средства испытаний конкретной поверхности опре деляются задачей испытаний и уровнем изученности свойств этой поверхности. Подобное ранжирование позволяет с помощью более кратковременных и дешевых методов последовательно исключать материалы и технологии, требующие длительных испытаний и прямого сопоставления с условиями эксплуатации. Согласно ГОСТ 23.224–86, установлены четыре группы мето дов испытаний. Группа А. Сравнительные экспресс-испытания, сущность ко торых состоит в определении соотношения интенсивности изнашивания исследуемой и эталонной поверхностей, используемых при заранее установленных идентичных условиях. Испытания этой группы проводят в соответствии с ГОСТ 23.208–79, ГОСТ 23.211–80, ГОСТ 23.220–84, ГОСТ 23.224–86, РД 50–339–82, РД 70.0009.006–85. Они предназначены для предварительного отбора вариантов исследуемых технологий обработки и упрочнения поверхностей, подлежащих последующим испытаниям групп Б, В, Г, а также для контроля стабильности технологического процесса.
Отсев на стадии испытаний группы А существенно сокращает и удешевляет общий комплекс испытаний. Группа Б. Моделирующие испытания, сущность которых со стоит в оценке интенсивности изнашивания при эксплуатации путем пересчета результатов стендовых испытаний через масштабные коэффициенты и (или) коэффициенты ускорения. Основные нормативные документы для этой группе испытаний: ГОСТ 23.210–80, ГОСТ 23.224–86, МР 176–85. Испытания рекомендуется проводить в целях оценки работоспособности материалов в условиях, отличающихся небольшим влиянием на изнашивание. Группа В. Ускоренные ресурсные испытания по ГОСТ 23.205–79, ГОСТ 23.224–86 и МР 151–85, проводимые для оценки или контроля ресурса сопряжения применительно к заданным условиям эксплуатации. Группа Г. Испытания по ГОСТ 23.215–84, ГОСТ 23.222–85, ГОСТ 23.224–86 и РД 70.0009.006–85 для определения диапазона нагрузок, скоростей скольжения и температур, обеспечивающих применимые в эксплуатации значения интенсивности изнашивания. Испытания группы Г проводят путем анализа кинетических свойств трибосистемы в соответствии с методикой приработки на грани заедания. При этом реализуется метод многофакторного анализа стационарных свойств трибосистемы. Учет конструктивных особенностей при испытаниях осущест вляется путем выбора конкретных исполнений испытательных узлов и введение их геометрических и теплофизических параметров в масштабные коэффициенты. В связи с этим испытания перечисленных групп проводят по следующим вариантам: а) испытания материалов, обработанных по новой технологии, при которых материал сопряженного образца, конструктивное исполнение и кинематический тип сопряжения унифицированы согласно соответствующему нормативно-техническому документу и результат сравнивается с эталоном — материалом, обработанным по традиционной технологии; б) испытания обработанных по новой технологии сопряжений, при которых материал сопряженного образца и кинематический тип сопряжения соответствуют материалу и кинематическому типу натурного сопряжения. Кинематический тип определяется взаимоположением, геометрией, характером относительного движения трущихся деталей
и возможностью их самоустановки. Классификация кинематических типов для учета их при выборе методов и средств триботехнических испытаний, содержащаяся в ГОСТ 23.224–86, приведена ниже. Классификация основных кинематических типов подвижных сопряжений Форма и взаимоположение деталей сопряжения Характер относительного движения в сопряжении Поперек образующей Вдоль образующей Однонаправленное Знакопеременное Знакопеременное 1. Внутреннее касание непло ских поверхностей («цилиндр — цилиндр», «сфера — сфера») с близки ми значениями радиусов кривизны 1.1. Радиальный подшипник скольжения, тормоз — колодка 1.2. Радиальный шарнир, сфериче ский шарнир, винт, гайка 1.3. Кольцо — гильза цилиндра, направляющая втулка — толкатель 2. «Плоскость — плоскость» 2.1. Осевой подшипник скольжения (подпятник), торцовое уплотнение 2.2. Осевой шарнир, торцовое уплотнение шарнира 2.3. Кольцо — канавка поршня, направляющие типа «ласточкин хвост» 3. Внешнее касание неплоских поверхностей с разными радиуса ми кривизны 3.1. Зубчатое зацепление, кулачок — толкатель, тело качения — обойма 3.2. Реверсивное зубчатое зацепление, направляющая — тело качения 3.3. Направляю щая — тело качения Кинематический тип узла трения обозначается сочетанием цифры, указывающей форму и взаимоположение деталей узла, и цифры, указывающей характер относительного движения в узле. Например, тип узла кольцо — гильза цилиндра обозначается: 1.3. Большинство деталей машин входит в подвижные сопряжения, поэтому результат их взаимодействия при относительном перемещении, т. е. износ, является основной причиной выхода из строя множества изделий машиностроения и основным показателем их надежности.
Перед проведением испытаний определяют группу и варианты испытаний, а также кинематический тип сопряжения, в котором работает деталь. В соответствии с кинематическим типом выбирают схему испытательной установки, имитирующей соответствующий тип сопряжения. Для реализации нужного кинематического типа используются различные испытательные машины, указанные в ГОСТ 23.224–86, а также испытательные стенды, моделирующие эксплуатационные условия.
Лабораторная работа № 1 Изучение методов и средств испытаний на триботехническую работоспособность конструкционных материалов при качении с проскальзыванием Цель работы — изучение конструкции и функциональных воз можностей испытательной машины СМТ-1 и методических основ определения показателей контактной усталости образцов машиностроительных материалов при качении с проскальзыванием. Краткие теоретические сведения Одной из основных причин выхода из строя зубчатых колес является выкрашивание и изнашивание рабочих поверхностей зубьев. Для определения связи механических свойств материалов зубчатых колес с их долговечностью по критериям выкрашивания и износа используются испытания на контактную выносливость при качении с проскальзыванием. Кинематический тип исследуемого сопряжения — 3.1 (см. с. 7, Классификация). Для подобного типа сопряжений характер взаимодействия деталей определяется сосредоточенным контактом по типу Герца — Беляева, но с учетом как нормальных, так и тангенциальных напряжений. Если рассматривать характер напряжений в статическом контакте двух тел с постоянными радиусами кривизны в обеих главных плоскостях в области контакта, то картина напряжений будет иметь вид, как на рис. 1.1. Определение значений возникающих напряжений проводится на основе следующих формул: P Q ab 0 1 5 = , π , (1.1) a n Q k a = ∑ 1 5 1 3 , η , (1.2)
b n Q k b = ∑ 1 5 1 3 , η , (1.3) где η — характеристика упругих свойств материалов, η µ µ = − + − ( ) ( ) 1 1 1 2 1 2 2 2 E E ; (1.4) Q — нормальная сила, сжимающая образцы; k ∑ — сумма значе ний главной кривизны поверхностей образцов, k k k k k = + + + ∑ 11 12 21 22 ; (1.5) µ1 и µ2 — коэффициенты Пуассона материалов соответственно первого и второго тел; Е1 и Е2 — их модули упругости; k11, k12, k21, k22 — плоскости главной кривизны первого и второго тел, k R 11 11 1 = , k R 12 12 1 = , k R 21 21 1 = , k R 22 22 1 = ; (1.6) Рис. 1.1. Упругие напряжения на эллиптической площадке контакта с большой (а) и малой (b) полуосями