Расчёт фрикционной передачи

Минобрнауки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего  
профессионального образования

«Волгоградский  государственный технический университет» 
 

Кафедра «Сопротивление материалов» 
 

Семестровая работа по дисциплине «Прикладная физика (триботехника)» на тему:

Расчёт  фрикционной передачи 

Вариант 13 
 

Выполнил:

студент группы АТ-313

Мулин В. А.

Проверил:

к. т. н. доцент

Паршев  С. Н. 
 
 
 

Волгоград, 2011

  Содержание

  Введение ……………………………………………………………… 2

I. Теоретическая часть…………………………………………………8

  Типы  фрикционных передач………………………………………….10

  Расчет  фрикционной передачи……………….……….……………..13

Макрогеометрия  поверхности (спецвопрос)……………..…………15

  II. Расчётная часть …………………………………………………... 19

  Заключение ………………………………………………………….. 23

  Список  литературы …………………………………………………. 24 
 
 
 
 
 
 

 

Введение 

  Триботехника  – наука о  контактном  взаимодействии  твердых  тел  при  их относительном  движении,  охватывающая  весь   комплекс   вопросов   трения, изнашивания и смазки машин. В некоторых  странах,  в  том  числе  и  России, вместо термина триботехника  употребляют  термины  трибология  и  трибоника.

  Название  научной  дисциплины  трибология  образовано  от   греческих   слов «трибос» –  трение  и «логос» –  наука.  Она охватывает  теоретические и экспериментальные  исследования  физических  (механических,   электрических, магнитных, тепловых), химических, биологических и других явлений,  связанных с трением, изнашиванием и  смазкой.  Как  наука,  трибология  имеет  научно- технические    разделы:    трибофизику,     трибохимию,     триботехническое материаловедение, трибомеханику, трибоинформатику и др.

  Трибохимия - изучает взаимодействие контактирующих поверхностей с химически активной средой. Она исследует проблемы коррозии при трении, химические основы избирательного переноса и воздействие на поверхность деталей химически активных веществ, выделяющихся при трении вследствие деструкции полимеров или смазочного материала.

  Трибофизика - изучает физические аспекты взаимодействия контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении.

  Трибомеханика - изучает механику взаимодействия контактирующих поверхностей при трении. Она рассматривает законы рассеяния энергии, импульса, а также механическое подобие, релаксационные колебания при трении, реверсивное трение, уравнения гидродинамики и др. применительно к задачам трения, изнашивания и смазывания [1].

  Трибометрия — система методов и средств  измерения сил трения, износа и  несущей способности трущихся тел. Измерения, полученные непосредственно  в процессе фрикционного взаимодействия, позволяют простыми расчетами определить величины коэффициента трения, интенсивности  изнашивания, допустимых нагрузок, скоростей  и температур.

      Дадим определения основным понятиям триботехники.

      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.

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

     Износостойкость – свойство материала  оказывать сопротивление  изнашиванию в определенных условиях трения,  оцениваемое  величиной,  обратной  скорости изнашивания или интенсивности изнашивания [3].

     Антифрикционные материалы –  материалы, используемые для работы  в  несущих или  направляющих  узлах  трения  (подшипниках  скольжения,   радиальных   и торцовых уплотнениях).

     Фрикционные материалы – материалы,  предназначенные или  используемые  для работы в узлах трения,  передающих  или  рассеивающих  кинетическую  энергию движущихся масс (в тормозах, муфтах,  сцеплениях,  демпферах,  вариаторах  и др.).

     Присадка – вещество, добавляемое  к смазочному материалу для  придания  ему новых свойств или усиления существующих.

     Надежность – это свойство  объекта сохранять во  времени   в  установленных пределах значения всех  параметров,  характеризующих  способность  выполнять требуемые функции в заданных режимах  и  условиях  применения,  технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования[5].

  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. Износ 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 направлению, или по величине или направлению.

  Трение  качения - трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по 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[1]. 

  I. Теоретическая часть 

  Фрикционные передачи — передачи, в которых движение от одного вала к другому передается за счет трения между рабочими поверхностями вращающихся катков (дисков). Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

  Фрикционная передача состоит из двух колес (катков) — ведущего и ведомого, которые  прижаты друг к другу с заданной силой. При вращении одного из катков, например, ведущего приходит в движение ведомый, благодаря возникающей  силе трения.

  Условие работоспособности передачи Т_mp ≥ F,

  где: F — передаточное окружное усилие;

  Т_mp — сила трения в месте контакта.

  Примечание. Окружное усилие — сила, которая вращает шкив, коленчатый вал, маховик и т. д., направленная по касательной к окружности, по которой движется точка приложения этой силы. Определяют окружное усилие по формуле 

  где: М — вращающий момент;

  r — расстояние от точки приложения  окружного усилия до оси вращения.

  Если  это условие нарушается, то возникает  буксование, то есть ведомый каток  не вращается, а ведущий скользит по нему.

  Передаточное  число фрикционной передачи —  отношение угловых скоростей  ведущего и ведомого валов — не может быть строго постоянным, так как всегда существует относительное проскальзывание катков, изменяющееся в зависимости от нагрузки.

  Различают фрикционные передачи с условно  постоянным передаточным числом между  валами с параллельными пересекающимися  осями и передачи с переменным передаточным числом (вариаторы) без  промежуточного звена и с промежуточным  звеном.

  В зависимости от условий работы фрикционные  передачи подразделяют на открытые, работающие всухую, и закрытые, работающие в  масле. Коэффициент трения в открытых фрикционных передачах выше, а  прижимное усилие катков меньше. В  закрытых фрикционных передачах  масляная ванна делает скольжение менее  опасным, кроме того, обеспечивается отвод тепла и увеличивается  долговечность передачи[4].

  Фрикционные передачи обладают рядом достоинств, основными из которых являются: простота и бесшумность работы; равномерность  вращения колес; возможность регулирования  скорости (без остановки передачи); небольшая стоимость колес (катков).

  К недостаткам фрикционных передач  относятся значительные нагрузки на валы и подшипники, непостоянство  передаточного числа, сравнительно низкий КПД, неравномерный износ  рабочих поверхностей колес.

  Фрикционные передачи широко используются в различных  отраслях промышленности. Их часто  применяют в приводах конвейеров, в сварочных и литейных машинах, в металлорежущих станках и др.

  Для колес применяют следующие сочетания  износостойких материалов с высоким  коэффициентом трения и модулем  упругости: закаленная сталь по закаленной стали (такое сочетание обеспечивает высокий КПД, не требует изготовления передачи с высоким классом шероховатости поверхности); чугун по стали или чугуну (в этом случае рабочим поверхностям придают большую твердость, для чего отбеливают поверхность чугунных колес). 

  Типы  фрикционных передач