Практичні роботи з механіки

 

1.1.1. Ознайомлення з методикою визначення шляху тертя для основних пар тертя.

1.1.2. Опанування практичними навиками визначення шляху тертя та номінальної площі контакту основних пар третя

Робота розрахована на 4 академічні години.

 

Шлях тертя LT являє собою величину переміщення деякої точки одного тіла пари тертя по поверхні тертя іншого тіла (контртіла) за час перебування цієї точки в контакті.

Шлях тертя є важливою характеристикою процесу тертя, оскільки безпосередньо впливає на величину зносу, тобто знаючи шлях тертя можна визначити термін експлуатації пари тертя, та її окремих елементів.

У загальному випадку при заданій величині відносного переміщення деталей пари тертя шляхи тертя будуть різними для кожної із взаємодіючих деталей і для різних точок поверхні тертя даної деталі. Це є однією із причин нерівномірність зносу по поверхні деталі, що важливо враховувати при оцінці ресурсу роботи пари тертя.

Розглянемо визначення шляху тертя на декількох характерних типів пар тертя, які володіють, як правило, деякою періодичністю відносних переміщень. У зв'язку з цим при обчисленні шляху тертя LT зручно користуватися величиною шляху тертя за період L0. У такому випадку LT = L0 n0, де n0 – число періодів (циклів взаємодії).

Іншою важливою характеристикою, яка в значній мірі визначає трибологічну поведінку пари тертя, є номінальна площа контакту між елементами трибосполучення, та її зміна в процесі взаємного переміщення. Площа контакту визначатиме напруження між взаємодіючими тілами, та умови відведення тепла, згенерованого в процесі тертя.

На температурний режим тертя, а отже, і на коефіцієнт тертя та інтенсивність зношування великий вплив має також коефіцієнт , який визначає розподіл теплових потоків та теплове навантаження елементів пари тертя.

На відповідних рисунках (1. 1, 1. 2, 1. 3 і 1. 4) наведені схеми основних пар тертя, їх характерні розміри і кінематичні характеристики. Для кожної деталі побудовані епюри шляхів тертя – графіки, абсциси яких являють собою характерні розміри поверхні тертя деталі в напрямку ковзання, а ординатами є значення шляху тертя в даній точці.

1 Пара поступального плоскопаралельного руху. Типові приклади вузлів, в яких використовуються пари тертя даного типу: різного роду напрямні, кулісні і мальтійські механізми, сполучення плунжер – гільза і інші.

На рисунку 1. 1 представлений загальний випадок відносного переміщення – з консольним вильотом частини повзуна (деталь 1) у крайніх точках траєкторії руху, який зустрічається, наприклад, в напрямних стругальних верстатів. Через Н позначений хід повзуна: його переміщення щодо деталі 2 за один період.

Номінальна площа контакту змінна по довжині ходу: 

e = B1+H+B2 – e; (1. 2)

dt – характерний розмір сполучення в площині, перпендикулярній площині руху (ширина напрямних, довжина кола циліндра і т. д.), в даному випадку ширина доріжки тертя;

х – поточне переміщення деталі 1 щодо деталі 2 (|x| ≤ H), вимірюваний вздовж осі О2Х2 (дивись рисунок 1. 1) від точки О2 деталі 2 до точки О1 деталі 1.

Рисунок 1. 1. Ескіз пари тертя плоскопаралельного руху і епюри шляхів тертя деталей: 1 – повзун; 2 – станина (базова деталь)

Площі тертя

 ;  . (1. 3)

Коефіцієнти і =   (i=1, 2) також будуть змінними:

1= 

2= 

Очевидно, що за відсутності контрольного вильоту (наприклад, для пари «поршневі кільця – циліндрична втулка»)

е = 0, е = 0, 1 = 1, 2 = .

При побудові епюри шляху тертя необхідно з поверхнею тертя, для якої проводиться побудова, зв'язати нерухому систему відліку. У цій системі для кожної точки досліджуваної поверхні визначається величина відносного переміщення сполученого тіла. Епюри шляхів тертя для елементів пари поступального руху при В1 Н В2 приведені на рисунку 1. 1. З цього рисунку випливає, що L01 L02. При е = 0, е = 0 епюра шляхів тертя повзуна на відміну від деталі 2 рівномірна. При В2 «В1 вплив кінцевих ефектів на знос деталі 2 незначний і L02  2L01= const. Наприклад, для сполучення «поршневе кільце – гільза циліндра» за один хід поршня шлях тертя кільця можна рахувати рівним довжині ходу поршня, а в шлях тертя гільзи – висоті поршневого кільця.

2 Торцева пара тертя (рисунок 1. 2) зустрічається в підп'ятниках, фрикційних муфтах, дискових гальмах, торцевих ущільненнях і т. д.

Поверхня тертя одного з тіл (деталь 1) набрана із сегментів з центральним кутом с с кожен. Число сегментів – zc, причому zcс≤2π. При zcс=2π схема звертається в пару торцевого тертя двох суцільних дисків.

Площа контакту

Аа= R2c – r2c). (1. 6)

Площа тертя

 =  (R2c – r2c) ;  =π (R2c – r2c). (1. 7)

Коефіцієнти

1= 2= =  (1. 8)

Епюри шляхів тертя L01 і L02 показані на рисунку 1. 2:

При близьких значеннях радіусів Rc і rc відмінність L01 і L02 невелика і епюру LT можна приймати рівномірною. 

Рисунок 1. 2. Ескіз сполучення та епюра шляхів тертя