Основы прочностного расчета фрикционных пар

Материалы тел качения

К материалам тел качения предъявляются следующие требования:

· Высокая износостойкость и поверхностная прочность.

· Высокий коэффициент трения (во избежание больших сил прижатия).

· Достаточно высокий модуль упругости (Е) для снижения потерь на трение, связанных с размерами площадки

контакта.

Этим требованиям отвечает закаленная сталь (т.е. очень твердая) по закаленной стали. При этом обеспечиваются наименьшие габариты и высокий КПД передачи. Стали ШХ15, 18ХГТ и др.

Передачи работают, как правило, в масле.

Для пары «сталь-пластмасса» требуется менее высокая точность изготовления и отделка контактирующих поверхностей. Такие передачи не требуют смазки. Из-за большого коэффициента трения (f = 0,3…0,5) на валы действуют меньшие силы прижатия, чем при металлических катках. Обычно применяется текстолит, но сейчас применяют и специальные фрикционные пластмассы (ретинакс и др.)

Критерии работоспособности:

· Усталостное выкрашивание

· Износ

· Задир поверхности

Усталостное выкрашивание происходит в ходе нормальной

длительной эксплуатации передачи работающей с обильной смазкой. Износ является следствием скудной смазки, а задир поверхности происходит как результат буксования или перегрева.

Все перечисленные виды разрушения поверхности катков зависят от напряжений в месте контакта. Поэтому прочность и долговечность оценивают по контактным напряжениям.

Контактные напряжения образуются в месте соприкосновения двух тел в тех случаях, когда размеры площадки касания малы по сравнению с размерами тел. Основоположником теории контактных напряжений является немецкий механик H. Herz. Контактные напряжения записываются σH, где индекс обозначен в честь ученого. Рассмотрим пример сжатия 2-х цилиндров (см. рис.)

Формула Герца для расчета контактных напряжений при сжатии двух цилиндров:

Здесь

s H =

q ×

0,418 ×

E пр

rпр.

E пр =

2 E 1×E 2

q = Fn

1 1 1

E 1 + E 2; b;

r пр

= r 1 ± r 2.

+ – для выпуклых поверхностей;

- – для вогнутых поверхностей.

При контакте цилиндра с плоскостью r2 = ¥.

Где q – нагрузка на единицу длины контактной линии;

r1 u r2 – радиусы цилиндров;

b –длина контактной линии (длина цилиндров).

При вращении цилиндров (например, катков фрикционных пар) отдельные точки их поверхностей периодически нагружаются и разгружаются. Контактные напряжения в этих точках изменяются по прерывистому отнулевому циклу (см. рис.).

 

Это вызывает усталость поверхностных слоев деталей. Образуются микротрещины, и происходит выкрашивание мелких частиц металла. Чтобы не было усталостного малоциклового разрушения нужно

ограничить величину контактных напряжений, т.е. выполнить условие:

где [ s H ]

s H£[ s H],

- допускаемое контактное напряжение.

Условие прочности для контакта цилиндров по линии запишется:

s H=

0,418 ×

q ×Eпр

£[ s ]

rпр H.

Это выражение используется для проверочного расчета, когда известна геометрия передачи, т.е. ее размеры, материалы и нагрузки.

Допускаемые напряжения.

Для закаленной стали при твердости поверхности H1,2 ³60 HRC

[ s H]

= 1000…1200 МПа.

Для текстолита

[ s H]

= 80 …100 МПа.

При проектном расчете фрикционной передачи определяются ее размеры. Межосевое расстояние «а» между катками находят из выражения:

a =(i

+1)×3 ×(

[ ])

T 2× K × E пр

yba × f

0.418 2

i × s H,

где i – передаточное отношение без учета знака;

yba

= b / a -коэффициент ширины катка, выбираемый по

рекомендациям.

При известном «a» находят другие размеры передачи по формулам:

»

d

2 a

1 i +1;

d 2 = d 1 × i ×(1 - e);

b = yba × a.

ЛЕКЦИЯ № 4

Дата добавления: 2014-01-20