Фрикционная цилиндрическая передача

федеральное агентство по образованию  

Волгоградский государственный  технический университет 

Факультет подготовки инженерных кадров 

Кафедра «Сопротивление материалов» 
 
 
 
 
 
 

Фрикционная цилиндрическая передача 

контрольная работа по дисциплине «Прикладная физика (триботехника)»

Специальность «Автомобили и автомобильное  хозяйство»

(заочная  форма обучения) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение.

       Основные понятия и определения.

     Триботехника — наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания и смазки машин.

К общим  понятиям триботехники относятся следующие  термины.

     Внешнее трение — явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.

     Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

     Износ — результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Величина износа может выражаться в единицах длины, объема, массы и др.

     Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

     Смазочный материал — материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

     Смазка — действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.

     Смазывание  — подведение смазочного материала к поверхности трения.

     Трение  покоя — трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

     Трение  движения — трение двух тел, находящихся в относительном движении.

     Трение  без смазочного материала — трение двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

     Трение  со смазочным материалом — трение двух тел при наличии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

     Трение  скольжения — трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различны по величине и направлению, или по величине или направлению.

     Трение, качения — трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы но величине и направлению. Сила трения — сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, направленной по касательной к общей границе между этими телами.

     Наибольшая  сила трения покоя — сила трения покоя, любое превышение которой ведет к возникновению движения.

     Предварительное смещение — относительное микроперемещение двух твердых тел при трении в пределах перехода от состояния покоя к относительному движению.

     Скорость  скольжения — разность скоростей тел в точках касания при скольжении.

     Поверхность трения — поверхность тела, участвующая в трении.

     Коэффициент трения — отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

     Коэффициент сцепления — отношение наибольшей силы трения покоя двух тел к нормальной относительно поверхностей трения силе, прижимающей тела друг к другу. 

     Виды  изнашивания.

     Механическое  изнашивание происходит в результате механических воздействий.

     Абразивное  изнашивание проявляется вследствие попадания между трущимися поверхностями так называемых абразивных частиц.

     Изнашивание при пластическом деформировании сопровождается изменением макрогеометрических размеров детали без потери массы под действием передаваемой нагрузки и под влиянием сил трения, что сопровождается перемещением металлов в сторону скольжения.  Изнашивание при хрупком разрушении заключается в том, что поверхностный слой трущихся деталей в результате трения и деформирования (чаще многоциклового) подвергается интенсивному наклепу, становится хрупким и разрушается.

     Усталостное изнашивание (“питтинг”) заключается в образовании на поверхности трения усталостных трещин под действием повторных знакопеременных сил.

     Молекулярно-механическое изнашивание происходит в результате молекулярного взаимодействия трущихся поверхностей.

     Изнашивание схватыванием (схватывание  первого рода). Заключается в микросваривании участков трущихся поверхностей, после последующего их взаимного перемещения возникшая связь разрушается.

     Адгезионное (тепловое) изнашивание (схватывание  второго рода). Первые этапы идентичны предыдущему виду изнашивания, а далее схватывание контактирующих поверхностей разъединяется не в месте сваривания, а происходит с переносом части одного металла на поверхность другого (адгезия металла).

     Коррозионно-механическое изнашивание. Это механическое изнашивание, усиленное явлениями коррозии.

     Окислительное изнашивание. Под действием химически агрессивных сред (вода, неорганические и органические кислоты) на трущихся поверхностях образуются оксиды металлов. Данный вид изнашивания наблюдается на всех трущихся поверхностях деталей автомобиля, контактирующих с агрессивными средами – детали ЦПГ двигателя, шарниры систем автомобиля и т.д.

     Фреттинг-коррозионное изнашивание характерно для поверхностей трущихся деталей, подверженных, помимо окисления, вибрациям, т.е. колебаниям с высокой частотой и малой амплитудой.

     Эрозионное  изнашивание заключается в вырывании частиц материалов деталей с поверхностей, омываемых газами с высокой температурой и скоростью.

     Кавитационное изнашивание происходит при омывании твердого тела жидкостью.  
 

        Смазка и её роль в процессах трения и изнашивания.

      Смазывание  поверхностей трения деталей машин обусловлено необходимостью уменьшения сил трения и интенсивности изнашивания, а также охлаждения зоны трения и удаления потоком масла продуктов изнашивания. Смазочный материал оказывает демпфирующее действие в зоне контакта, снижая динамичность переменных нагрузок и уменьшая поперечные и продольные колебания. Смазочные материалы могут быть жидкие (масла, вода, водные растворы), пластичные (консистентные), твердые (графит, дисульфид молибдена) и газообразные.

      В зависимости от количества и вида смазочных материалов между трущимися поверхностями деталей различают следующие  виды трения:

• трение при отсутствии смазки;
• граничное трение;
• жидкостное трение

     При трении без смазки молекулярная составляющая силы трения особенно велика, так как от непосредственного соприкосновения поверхностей защитой служат только окисные и адсорбированные плёнки газов и влаги. При повышении температуры адсорбированные плёнки исчезают, и тогда возникают условия для схватывания в местах разрушения окислых плёнок на контактных поверхностях.

      Трение  без смазки встречается в тормозах, фрикционных передачах, ременных передачах, работающих всухую. При таком виде трения имеет место наибольший износ элементов пар трения.

      При граничном трении наименьшая толщина смазочного слоя может иметь место при мономолекулярном слое, то есть слое, состоящем из однородно расположенных молекул вещества смазки и достигающем 0.1 мкм. Прочность граничных масляных пленок зависит от количества и качества поляризованных молекул. Эти плёнки могут быть очень прочными и после местного их повреждения в процессе трения самозалечиваться. Граничная масляная плёнка должна хорошо сопротивляться продавливанию и иметь слабое сопротивление касательным напряжениям. Эта плёнка не будет разрушаться при внедрении выступов твёрдой детали в поверхность более мягкой и одновременно не будет препятствовать скольжению одной детали по другой. Этими качествами как раз и обладает слой поляризованных молекул смазочного материала.

      При жидкостном трении при толщине смазочного слоя в 5∙10^-4 мм силы притяжения между молекулами масла и поверхностью детали настолько ослабевают, что молекулы масла получают возможность свободно перемещаться. При относительном движении сопрягающихся деталей в разделяющем их слое масла происходит скольжение между молекулами, не связанными силами притяжения с самими деталями. Происходит как бы свободное скольжение в жидкости. При этом вся нагрузка от одной детали к другой передаётся только через слой масла. Для возможности такой передачи нагрузки необходимо создание давления в слое масла.

      Если  это давление и компенсация утечек масла создаются искусственно, например, с помощью насоса, смазка называется гидростатической, а если давление создаётся автоматически (затягивание масла в клиновой зазор), смазка называется гидродинамической.

      Трение  при газовой смазке можно рассматривать как жидкостное трение, при котором несущий смазывающий слой газа является сжимаемым ( в отличие от жидкости). 
 

       Методы повышения износостойкости.

     Все известные методы упрочнения подразделяются на 6 основных классов:

      упрочнение  с образованием пленки на поверхности;

      с изменением химического состава  поверхностного слоя;

      с изменением структуры поверхностного слоя;

      с изменением энергетического запаса поверхностного слоя;

      с изменением микрогеометрии поверхности и наклепом;

      с изменением структуры по всему объему материала.

     Упрочнение  с созданием пленки на поверхности.

      а) осаждение химической реакции (оксидирование, сульфидирование, фосфатирование, нанесение  упрочняющего смазочного материала, осаждение из газовой фазы).

      б) осаждение из паров (термическое  испарение тугоплавких соединений, катодно-ионная бомбардировка, прямое электронно-лучевое испарение, реактивное электронно-лучевое испарение, электронно-химическое испарение).

      в) электролитическое осаждение (хромирование, никелирование, электрофорез, никельфосфатирование, борирование, борохромирование, хромофосфатирование).

      г) напыление износостойких соединений (плазменное напыление порошковых материалов, детонационное напыление, электродуговое напыление, лазерное напыление, вихревое напыление, индукционное припекание порошковых материалов).

     Упрочнение  с изменением химического  состава поверхностного слоя металла.

      а) диффузионное насыщение (борирование, цианирование, азотирование, нитроцементация и т.п.)

      б) химическое и физико-химическое воздействие (химическая обработка, ионная имплантация, электроискровая обработка и  т.д.).

      Упрочнение  с изменением структуры поверхностного слоя.

      а) физико-термическая обработка (лазерная закалка, плазменная закалка);