- •МЕХАНИКА МАШИН
- •1.1. Структура машинного агрегата
- •1.4. Управление движением машинного агрегата
- •СТРОЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ
- •2.1. Основные определения
- •2.2. Кинематические пары и соединения
- •2.5. Структурный синтез механизмов
- •2.6. Классификация механизмов
- •КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЗМОВ
- •3.1. Основные понятия
- •tgfa
- •3.6. Примеры графического исследования механизмов
- •pc = fivVB\ Р'Ь" = цайв', Ь"Ь'= цаагВ-
- •3.7. Кинематические характеристики плоских механизмов с высшими парами
- •3.8. Кинематические характеристики пространственных механизмов
- •3.9. Метод преобразования декартовых прямоугольных координат
- •4.1. Динамическая модель машинного агрегата
- •4.2. Приведение сил
- •4.3. Приведение масс
- •4.8. Неравномерность движения механизма
- •JTnp,
- •4.10. Динамический анализ и синтез с учетом влияния скорости на действующие силы
- •5.1. Динамическая модель машинного агрегата
- •5.2. Установившееся движение машинного агрегата
- •5.3. Исследование влияния упругости звеньев
- •СИЛОВОЙ РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ
- •6.1. Основные положения
- •6.4. Силовой расчет механизма с учетом трения
- •6.5. Потери энергии на трение. Механический коэффициент полезного действия
- •ВИБРОАКТИВНОСТЬ И ВИБРОЗАЩИТА МАШИН
- •7.1. Источники колебаний и объекты виброзащиты
- •7.3. Анализ действия вибраций
- •7.6. Статическая и динамическая балансировка изготовленных роторов
- •Щ = у/g sina/<5CT,
- •7.8. Демпфирование колебаний. Диссипативные характеристики механических систем
- •7.9. Динамическое гашение колебаний
- •тт(р - рт) = mjyE.
- •7.11. Ударные гасители колебаний
- •7.12. Основные схемы активных виброзащитных систем
- •ТРЕНИЕ И ИЗНОС ЭЛЕМЕНТОВ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
- •8.1. Виды и характеристики внешнего трения
- •8.2. Основные понятия и определения, используемые в триботехнике
- •8.3. Механика контакта и основные закономерности изнашивания
- •8.4. Методика расчета износа элементов кинематических пар
- •МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СХЕМ ОСНОВНЫХ ВИДОВ МЕХАНИЗМОВ
- •МЕТОДЫ СИНТЕЗА МЕХАНИЗМОВ С ВЫСШИМИ ПАРАМИ
- •9.1. Основные понятия и определения
- •9.2. Основная теорема зацепления
- •9.3. Скорость скольжения сопряженных профилей
- •9.4. Угол давления при передаче движения высшей парой
- •9.5. Графические методы синтеза сопряженных профилей
- •9.7. Производящие поверхности
- •МЕХАНИЗМЫ ПРИВОДОВ МАШИН
- •10.1. Основные понятия и определения
- •10.2. Строение и классификация зубчатых механизмов
- •10.4. Планетарные зубчатые механизмы
- •ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА
- •11.2. Эвольвента, ее свойства и уравнение
- •11.3. Эвольвентное прямозубое колесо
- •11.4. Эвольвентная прямозубая рейка
- •11.5. Эвольвентное зацепление
- •11.8. Подрезание и заострение зуба
- •11.9. Эвольвентная зубчатая передача
- •11.10. Качественные показатели зубчатой передачи
- •11.11. Цилиндрическая передача, составленная из колес с косыми зубьями.
- •11.12. Особенности точечного круговинтового зацепления Новикова
- •ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
- •12.1. Коническая зубчатая передача
- •МЕХАНИЗМЫ С НИЗШИМИ ПАРАМИ
- •13.1. Основные этапы синтеза
- •13.4. Синтез четырехзвенных механизмов по двум положениям звеньев
- •13.5. Синтез четырехзвенных механизмов по трем положениям звеньев
- •13.6. Синтез механизмов по средней скорости звена и по коэффициенту изменения средней скорости выходного звена
- •tijivu) < [tfj]-
- •КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
- •14.1. Виды кулачковых механизмов и их особенности
- •14.2. Закон перемещения толкателя и его выбор
- •sinx4
- •sinx2 = [(*2 “ Vj3)/f34]sm03;
- •14.5. Определение габаритных размеров кулачка по условию выпуклости профиля
- •14.6. Определение координат профиля дисковых кулачков
- •14.7. Механизмы с цилиндрическими кулачками
- •МЕХАНИЗМЫ С ПРЕРЫВИСТЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА
- •15.1. Зубчатые и храповые механизмы
- •15.2. Мальтийские механизмы
- •15.3. Рычажные механизмы с квазиостановками
- •УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ СИСТЕМЫ МЕХАНИЗМОВ
- •16.2. Циклограмма системы механизмов
- •МАНИПУЛЯЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ
- •17.3. Задачи о положениях манипуляторов
- •17.4. Задачи уравновешивания и динамики
- •Glos
Затраты энергии на внутренний сдвиг материала и внут рисхемное выделение теплоты при внутреннем трении оцени вают демпфирующей способностью или коэффициентом погло щения.
Коэффициентом поглощения ф (или относительным ги стерезисом) называют отношение энергии W , рассеиваемой за один период гармонического колебания, к максимальной упру гой энергии U:
ф = W/U.
Для металлов коэффициент поглощения при внутреннем трении очень мал (около 0,01... 0,02 для сталей разных марок) и при расчете звеньев из металла внутреннее трение обычно не учитывают. Однако для высокомолекулярных материалов (на пример, резины и пластмасс) коэффициент поглощения имеет порядок в пределах 0 ,1 ... 1,0, т.е. почти в 100 раз больше, чем для металлов. Поэтому при расчетах деталей из резины и пластмасс необходимо учитывать потери на внутреннее тре ние в материале.
Внутреннее трение в твердых телах используется в основ ном для снижения уровня шумов при ударных и вибрационных нагрузках путем замены металлических материалов пластмас сами и композиционными материалами, а также за счет сниже ния напряжений в конструкциях, возникающих при колебаниях вблизи резонанса.
8.2. Основные понятия и определения, используемые в триботехнике
Износ — изменение размеров, формы и состояния поверх ности элементов кинематических пар механизмов, обусловлен ное разрушением поверхностного слоя, в процессе их относи тельного движения.
Изнашивание — процесс постепенного разрушения поверх ностных слоев элементов кинематических пар при трении на стадии или установившегося режима, или при приработке, или при катастрофическом износе.
Факторы, влияющие на износ:
Механическое (абразивное, усталостие, энное)
куляр-
хани-
в
Рис. 8.7
физико-механические характеристики материалов тру щихся элементов;
наличие пленок смазки, оксидов, сульфидов, полимеров и т.п. соединений между трущимися поверхностями;
силы в зоне контакта; скорость относительного движения;
тепловой режим в зоне контакта; геометрия поверхностных слоев. Виды изнашивания (рис. 8.7):
механическое (абразивное и усталостное), при котором из нос происходит вследствие механических взаимодействий в зо не контакта;
молекулярно-механическое (адгезионное и избирательное трение), при котором износ сопровождается воздействием мо лекулярных или атомарных сил;
коррозионно-механическое (окислительное и фреттингкоррозия), при котором износ сопровождается химическим вза имодействием материала со средой.
8.3. Механика контакта и основные закономерности изнашивания
Контакт элементов кинематических пар является дис кретным в связи с наличием на поверхностях отклонений от номинальных размеров, расположения и формы и шероховато сти, т.е. совокупности неровностей с относительно малыми
шагами и высотой от 0,05 .. .0,10 мкм (гладкие поверхности) до 100 ... 200 мкм (грубые металлические поверхности). Дис кретный контакт происходит на отдельных площадках в кон тактной зоне. Поэтому при расчетах износа различают три вида площади контакта: номинальную Аа, контурную Ас и фактическую Аг. Реальный контакт твердых тел дискретен, поэтому деформируются микрообъемы материала, к которым неприменимы классические расчеты на прочность. Свойства материалов, участвующих в трении, обычно сильно отлича ются от свойств исходных материалов деталей и изменяются в процессе изнашивания поверхностных слоев. Различают три стадии процесса изнашивания: приработка, установившийся процесс изнашивания и катастрофический износ, который от личается интенсивностью изнашивания. Составить простую модель изнашивания не удается, так как следует учитывать огромное число факторов: скорости относительного движения, нормальные и тангенциальные составляющие силы, вид де формации (упругая, пластическая, упругопластическая), меха нические свойства тел (твердость, модули упругости и т.д.), топографию шероховатых поверхностей, макрогеометрию эле ментов пар (плоские и пространственные контакты), темпера турный режим, химическое взаимодействие и т.д.
В связи с этим инженерные расчеты по износу элемен тов кинематических пар проводят с помощью интегральных характеристик: скорость изнашивания и интенсивность изна шивания.
Различают износ линейный И/^ (в направлении, нормаль ном к поверхности трения), износ по массе Ит и износ объем ный ttv.
Отношение износа к пути трения Zr, на котором произо шел этот износ, называют интегральной интенсивностью из нашивания соответственно:
линейной /д = Ид/Хт (мкм/км); массовой 1т = Иm/LT (г/м); объемной Iv = ИV/LT (мм3/м).
Отношение линейного износа ко времени, в течение кото рого он произошел, называют скоростью линейного изнаши вания (мкм/ч):
d}h
7 Л= ДИЛ/Д* = dt
Отношение объема изношенного материала к работе сил трения FT, вызвавших это изнашивание за время t, называ ют энергетической интенсивностью изнашивания (мм3/Дж):
J FxVcxdt
о
Свойство материала оказывать сопротивление изнашива нию в определенных условиях трения называют износостойко стью. Износостойкость — величина, обратная скорости изна шивания или интенсивности изнашивания. В расчетах иногда используют удельную работу сил трения на единицу объема изношенного материала в мм3 или массы в г, или толщины слоя в мкм:
|
|
t |
_ |
1 _ |
f FTvCKdt |
о |
||
7w — J |
— |
т г |
J-W |
XLy |
|
Единицы измерения: |
[7 ^ ] |
= Дж/мм3; [7 и>т ] = Дж/г; |
[iwh] = Дж/мкм.
Линейная интенсивность изнашивания меняется в широ ких пределах: от 10~ 3 до 10-13. Конкретные значения для разных условий получают на основе накопленного опыта и экс периментальных исследований.
Для примера можно проанализировать следующие харак терные значения интенсивности изнашивания некоторых де талей машин (безразмерный коэффициент, например: 1 0 - 1 2 = = 0 , 0 0 1 мкм на 1 км пути трения).
1 . Коленчатые валы автомобилей: шатунные шейки — 4 •10~п ... 5 •10-12; коренные шейки — ( 1 , 6 ... 1 , 8 )1 0 -12.
2.Гильзы цилиндров двигателей автомобиля — (1 ,1 ... 5,6)10-11.
3.Поршневые кольца двигателей — (0 , 6 ... 1 , 2 ) 1 0 11.
4.Направляющие станин станков — (0,4 .. .2,0)10-1 °.
5. Зубчатые колеса экскаватора — 5 10- 1 2 ... 1 ,5 - 10-11. 6 . Зуб ковша экскаватора — 10- 4 .. 10- 3 7. Режущий инструмент из твердого сплава —
Ю- 1 0 .. .(1 ,3 .. .2,9)Ю - 1 0
8. |
Фрикционные элементы |
тормозов (колодочно-диско |
вые) — 2 •К Г 6 ... 4 •И Г10. |
|
|
Основные факторы, влияющие на скорость изнашивания, |
||
следующие: |
|
|
Удельная нагрузка (номинальное давление ра). Для не- |
||
приработанных поверхностей /д |
для приработанных |
|
/д р а, т.е. можно принимать /д пропорциональным давлению |
||
в зоне контакта. |
Показатель степени мо |
|
Упругие свойства материала. |
дуля упругости Е в зависимости влияния на интенсивность изнашивания изменяется в широких пределах, например для направленной шероховатой поверхности 0,6 ... 7,0.
Прочность материала. Чем прочнее материал при испы тании на разрыв, тем выше его износостойкость.
Коэффициент трения. Коэффициент трения зависит от многих условий (свойств материала, нагрузки, шероховатости, молекулярного взаимодействия на контакте и др.). Показатель степени при коэффициенте трения изменяется в пределах от 2 до 10.
Шероховатость и волнистость поверхности оказывают на износ значительное влияние на стадии приработки (иног да до 2—4 порядков). После приработки поверхности исход ная микрогеометрия шероховатой поверхности практически не оказывает влияния.
Вид относительного движения. Износ деталей машин связан с четырьмя основными видами относительного движе ния: скольжением, качением, ударом и вибрацией. На прак тике часто наблюдается сочетание этих движений, например скольжение с качением, скольжение с вибрацией, качение с ударами и т.д.
Действующие при этих движениях механизмы поверх ностного изнашивания очень сложны и взаимосвязаны.
Механическое изнашивание обусловлено механическим взаимодействием между материалами трущихся тел. Это — все виды абразивного изнашивания в результате режущего или царапающего действия твердых частиц и включений; эрози онное изнашивание при воздействии потока газов, жидкостей
или твердых частиц; кавитационное изнашивание при движе нии тела в жидкости в условиях кавитации; усталостное из нашивание в результате повторного деформирования микро объемом материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частичек материала.
Молекулярно-механическое изнашивание происходит в ре зультате одновременного механического воздействия и дей ствия молекулярных и (или) атомарных сил. Закономерности этого вида изнашивания установлены молекулярно-механиче ской (адгезионно-деформационной) теорией трения, построен ной на основе заданной модели контактирующих поверхностей. По этой теории трение обусловлено деформированием матери ала неровностей (механическая составляющая силы трения) и преодолением молекулярных (адгезионных) связей в зоне кон такта (молекулярная составляющая силы трения).
Коррозионно-механическое (механохимическое) изнаши вание материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой (например, образование пленок, химических соединений кислорода и металла при окислительном изнашивании). Осо бенно часто проявляется при наличии в зоне трения химиче ски активных специальных материалов, газовых сред, охлаж дающих жидкостей.
Вид изношенных поверхностей в зависимости от вида из нашивания:
абразивное — царапины, канавки, полосы; усталостное — трещины, выкрашивание; адгезионное — чешуйки, выступы, выкрашивание;
коррозионно-механическое — пленки, частицы, продукты реакций.
Отметим, что в обычных условиях наблюдается сочетание разных видов изнашивания; это крайне затрудняет выполне ние надежных расчетов с учетом разных факторов. Практиче ски при определении сроков службы кинематических пар меха низмов и машин используют интегральные показатели, осно ванные на обобщении опыта эксплуатации машин в разных условиях.
12 - 11273