ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ И РЕСУРСА в МАШИНОСТРОЕНИИ

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОРМОЗОВ И МУФТ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рассмотренные выше методы и средства испытаний триботехнических характеристик материалов используются и, в частности, при оценке рабочих характеристик тормозов и муфт. Расчетные методы базируются на системе триботехнических характеристик и свойств, определяемых эксперимен­тально [42,44,45 и др.].

Ниже приведен метод расчета тормозов и муфт, являющихся высокона- груженными элементами. Метод предназначен для оценки эксплуатацион­ных (рабочих) характеристик фрикционных материалов, а именно: вели­чины и характера изменения по времени процесса торможения момента трения, скорости, нагрузки, температурного режима. При расчете опреде­ляются также продолжительность процесса, путь трения, стабильность мо­мента трения и износ пар трения. Расчет может быть выполнен для одно­кратного и повторно-кратковременного режимов работы узла.

Расчет проводится на основе системы уравнений тепловой динамики трения и изнашивания, в которой используются зависимости коэффициен­та трения /0?г) и интенсивности изнашивания I(&t) материалов пары тре­

ния от температуры на фрикционном контакте, которая оказывает опреде­ляющее влияние на фрикционно-износные характеристики пары [42-49].

Система уравнений тепловой динамики трения и изнашивания (ТДТИ) отражает взаимообусловленность изменения всех параметров процесса трения при торможении (включении муфты) и связывает изменения ско­рости, коэффициента трения, нагрузки и температуры по времени тормо­жения в зависимости от силовых и кинематических параметров процесса, конструктивных размеров фрикционных элементов, теплофизических, механических и фрикционно-износных свойств материалов пары.

В общем виде система уравнений ТДТИ для тормозов и муфт записы­вается так:

Увщ = и 1 (ft. Vt, t, Сі),

Нвд - Vlift< Pft tfCi),

щей ивщ, ведомой частей и вд и относительной скорости скольжения иск в зависимости от переменного коэффициента трения ft, нагрузки Pt, моментов инерции и характеристики привода. Уравнение (4) задает зависимость коэффициента трения от температуры фрикционного кон­такта, которая получается на образцах фрикционных материалов. Выраже­ние (5) задает изменение нагрузки Pt на номинальный контакт по времени при торможении, (6) — связывает изменение температуры фрикционного контакта &t со скоростью скольжения, нагрузкой, коэффициентом трения, диаметром фактического пятна касания dr [8, 20, 42], теплофизическими свойствами материалов пары, повторностью работы и характером охлаж­дения. Формула (7) связывает изменение диаметра пятна касания с механи­ческими свойствами материалов, которые вводятся в расчет переменными от температуры (8). Уравнение (9) задает изменение износа фрикционного элемента по времени в зависимости от температуры, фрикционного кон­такта, нагрузки, коэффициента трения, скорости. (Система уравнений для режима чистого торможения получится из приведенной как частный случай при v Вд = о ) Данные по зависимости коэффициента трения и ин­тенсивности износа от температуры получаются при испытаниях на фрик­ционную теплостойкость на образцах материалов пары по стандартной методике (ГОСТ 23.210-80) на серийно выпуокаемой машине трения УМТ-1 или ИМ-58 [42, 43, 45, 46, 48]. Типичный вид зависимостей коэф­фициента трения и интенсивности износа от температуры для двух различ­ных типов материалов приведен на рис. 24. Эти зависимости дляиспользо - ваниия в расчетах в системе ТДТИ аппроксимируются с помощью функ­ций вида

К -

К, +

TOC o "1-5" h z [*3(0,-Оті)12 + 1 [*5(<?,-^2)]2 + 1,

О, D,

1 7° Р + [O3(0f-^i)]2+l+ [DsOV-O^^ + lJ ’ (П)

которые позволяют легко описывать зависимости от / и / =const (Д> = = Z)4 = 0, Д > 0) до зависимостей/(0f) и /(0f) с двумя экстремумами [44,45,47].

Метод расчета рабочих характеристик тормозов и муфт с помощью систем уравнений ТДТИ является оригинальным. Схема расчета и прог­нозирование рабочих характеристик тормозов и муфт с помощью си-

191

стемы уравнений ТДТИ с применением ЭВМ и реализация результатов рас­чета представлены на рис. 25.

Итак, на основе данных, известных на стадии проектирования (и их вариаций в допустимых для конструкции и режимов пределах), получаем данные о допустимых режимах эксплуатации для заданных материалов. Таким образом, обеспечивается рациональное проектирование, ускоряю­щее внедрение новых перспективных материалов, а также сокращение затрат и сроков на внедрение новых перспективных материалов и новых перспективных конструкций в производство.

Этот метод расчета используется успешно в различных задачах машино­строения и транспорта, в том числе и для скользящих токосъемных уст­ройств. Некоторые прикладные результаты работ в области тепловой ди-

намики трения и износа переданы по научно-техническому контракту в ГДР, успешно используются они в ряде других стран [48,49].

Машина КТ-2 для оценки температурной стойкости смазочных мате­риалов при трении. Предназначена для определения в лабораторных усло­виях способности смазочных материалов предохранять поверхности тре­ния от металлического контакта в условиях граничной смазки по темпе­ратурному критерию при трении различных сочетаний материалов и раз­личной геометрии контактирования (см. рис. 26).

Техническая характеристика

Числом оборотов шпинделя с верхним

образцом, об/мин

Рабочий диапазон нагрузок, кгс

Температура нагрева, ° С

Потребляемая электроэнергия электромотора

напряжение, В

мощность, Вт Габариты машины, мм Масса, кг

Испытания проводятся при ступенчатом повышении температуры объе­ма смазочного материала (через 15—20°С). Длительность испытания на каждой ступени повышения температуры 60 с. В процессе испытания на самописце регистрируются изменения силы трения. После испытания при заданной ступени повышение температуры производится измерение изно­са на нижних образцах при помощи микроскопа. Результаты испытания представляются в виде графиков зависимости коэффициента трения (f) и диаметра пятна износа (d, мм) от температуры д (рис. 27).

Машины КТ-2 нашли применение для оптимизации материалов поверх­ностей трения и смазочного материала нагруженных узлов машин и меха - нимов, а также при разработке новых смазочных материалов и присадок.

Метод стандартизован в СССР (ГОСТ 23.221-84) и в Болгарской На­родной республике (БДС 14150-77). С его помощью оцениваются трибо­химические, противозадирные и антифрикционные свойства смазочных материалов. Одна из модификаций машины для реализации указанного метода (МАСТ-1), выпускавшаяся Ивановским ПО ’’Точприбор”, награж­дена серебряной медалью ВДНХ.