- •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
ТРЕНИЕ И ИЗНОС ЭЛЕМЕНТОВ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
При работе машин и механизмов происходит явление, которое сопро вождается рассеиванием механической энергии. Это явление называют трением. Подсчитано, что около 33 % мировых энергетических ресур сов бесполезно затрачивается на работу, связанную с трением. Вполне закономерно, что эти затраты необходимо сделать минимальными, т.е. уменьшить силы трения. Для быстроходных машин и механизмов такая задача становится еще более актуальной. Физические основы явления тре ния, силовой расчет механизма с учетом трения и оценка экономичности механизма посредством его коэффициента полезного действия кратко из ложены в настоящей главе.
Трение контактных поверхностей в механизмах и машинах приводит к изнашиванию — процессу постепенного изменения размеров и формы элементов кинематических пар, проявляющемуся в удалении с поверхно сти трения материала деталей и (или) его остаточной деформации. Ха рактер и интенсивность изнашивания зависят от большого числа фак торов, которые подробно изучаются в дисциплине «Трибоника» (или «Триботехника») и в других курсах. Важнейшими факторами являются химико-термические явления в зоне контакта, смазка поверхностей, ме ханические явления в условиях высоких локальных температур и др. В рамках данной дисциплины в гл. 8 обсуждается вопрос влияния на изна шивание сил и скорости скольжения в кинематических парах механизмов и их учет при расчете и прогнозировании износа механизмов.
8.1. Виды и характеристики внешнего трения
При исследовании физических основ явления трения раз личают трение внешнее и внутреннее. Внешнее трение — сопротивление относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей
по касательным к ним и сопровождаемое диссипацией энер гии. Внутреннее трение — процессы, происходящие в твер дых телах при их деформации и приводящие к необратимому рассеянию механической энергии. Силу сопротивления при от носительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленную к общей границе между этими телами, называют силой трения.
Материал, вводимый на поверхности трения для умень шения силы трения и интенсивности изнашивания, называют смазочным материалом. Подведение смазочного материала к поверхности трения называют смазыванием, а действие сма зочного материала, в результате которого между двумя по верхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания, — смазкой.
В зависимости от состояния поверхностей трения различа ют два вида трения: трение без смазочного материала (сухое трение) и трение со смазочным материалом.
Трением без смазочного материала называют трение твердых тел 1 к 2 при отсутствии на поверхностях трения введенного смазочного материала любого вида (рис. 8.1, а)*
Трением со смазочным материалом называют трение твердых тел 1 и 2 при наличии на поверхностях трения уве денного смазочного материала любого вида (рис. 8.1, б).
Различают следующие виды смазки: твердую, при ко торой разделение поверхностей трения деталей 1 к 2 осуще ствляется твердым смазочным материалом (рис. 8.2, а); исидкостную, при которой полное разделение поверхностей трения
б
Рис. 8.4
Процессы трения рассматривают на моделях, позволяю щих оценить молекулярное взаимодействие материалов кон тактирующих тел с учетом влияния внешней среды (оксиды, пленка, смазка). Первоначально разработанные теории ме ханического сцепления, молекулярного притяжения, сварива ния, среза и пропахивания получили значительное развитие в молекулярно-механической теории трения, нашедшей наи более широкое распространение. Согласно этой теории, про цесс трения происходит не только на границе раздела твердых тел, но и в некотором объеме поверхностных слоев, физико механические свойства которых отличаются от свойств ма териалов в объеме тел. Это связано с деформированием по верхностных слоев, с изменением температуры, с образованием слоев адсорбированных паров влаги или газов, с образованием пленок оксидов, атомов или молекул окружающей среды и т.п.
Общее представление о значении коэффициентов трения скольжения / т дают экспериментальные данные для разных
FTi
б
Рис. 8.5
видов трения, приведенные ниже: трение ювенильных поверх ностей при отсутствии смазки и оксидов — 0,8 .. .6,0; трение окисленных поверхностей — 0,4 .. .0,8; граничное трение при наличии мономолекулярного слоя смазки на поверхности — 0,2 ...0,6; граничное трение при наличии мультимолекулярного слоя полярных молекул — 0 ,1 ... 0,4; гидродинамическое трение при наличии слоя неполярных молекул — 0,008 ... 0,02; гидродинамическое трение при наличии жидкокристалличе ской объемной фазы — 0,0001... 0,001.
Для расчетов механизмов, работающих при разных режи мах и видах трения, важное значение имеет зависимость силы трения от скорости VCK относительно движения трущихся по верхностей.
Обобщение экспериментальных данных позволяет прини мать для тех или иных условий следующие принципиальные зависимости:
сила сухого трения FT не зависит от скорости скольжения vCK= х (рис. 8.5, а):
FT — U F д Г ,
сила вязкого трения FT линейно зависит от скорости скольжения х (рис. 8.5, б):
FT — кх\
сила сухого трения FT линейно зависит от скорости сколь жения i, но имеет относительно граничной скорости vK пада ющую 1 и возрастающую 2 ветви характеристики (рис. 8.5, в).
Резкое падение силы трения с увеличением скорости дви жения обычно наблюдается в зоне малых скоростей перемеще ний. Это, например, характерно для технологического обо рудования (перемещение суппортов по направляющим, пози ционирование автооператоров и роботов). При крутопадаю щей скоростной характеристике силы трения наблюдаются не устойчивость движения, характерное скачкообразное движе ние. Это сопровождается неравномерностью подач, снижением точности обработки, неточностью позиционирования. В связи с этим снижается производительность оборудования, возраста ет износ направляющих и инструментов, ухудшается качество обработанных на станках поверхностей деталей, возникают до полнительные динамические нагрузки в механизмах привода.
Для уменьшения вредных последствий скачкообразного движения при малых скоростях перемещения используют раз ные способы. Широко применяют следующие:
использование разгрузки (механической, пневматической, гидравлической и т.п.) для уменьшения нормального давле ния;
уменьшение коэффициента трения во фрикционной паре применением фторопласта (кривая 3 на рис. 8.6) взамен чугуна (кривая 1) и бронзы (кривая 2) и антискачковой смазки (кри вая 4);
использование гидростатической смазки; применение вместо опор скольжения направляющих каче
ния.