28. Зубчатые (шлицевые) соединения. Выбор способа центрирования. Упрощённый расчет на прочность.

Предназначены для передачи вращающего момента Т с вала на ступицу (колесо).

Достоинства:

1. Передает большие вращающие моменты

2. Обеспечивает осевое перемещение даже под нагрузкой

3. Хорошо центрирует детали

Недостатки:

1. Сложность изготовления (вал – фрезерование + шлифование, отверстие – протяжка)

2. Вал ослабляется (большой коэффициент концентрации напряжений K_σ)

Различаю прямобочные, эвольвентные и треугольные профили:

• Прямобочные

Центрирование выбирается по технологическим условиям:

1. Если твердость материала втулки позволяет обработку протяжкой (HB < 350), то центрирование по «D»

2. При высокой твердости втулки (HB > 350) – центрируют по «d»

3. Центрирование по «b» (боковым граням) обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по зубьям. Применяют при ударных и реверсивных условиях работы.

   • Эвольвентные

Центрирование осуществляется по боковым поверхностям

ГОСТ → D; z; m

По сравнению с прямобочными шлицами он передают больший момент, лучше центрируют вал и меньше ослабляют сечение вала.

d_ср = D – 1,1m

• Треугольные

Они не стандартизованы

z = 15…70

d_ср = mz

m = 0,5…1,5

h = 1,3

Расчет шлицов на прочность

Основным критерием работоспособности шлицевого соединения является смятие и изнашивание рабочих поверхностей.

Условие износостойкости:

σ_см ≤ [σ]_см ≈ [σ]_усл

29. Основы триботехники. Виды трения и изнашивания.

Триботехника – наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном перемещении.

Охватывает основы трения, изнашивания и смазывания элементов деталей машин.

Трение:

1. Внутренне – способность твердых тел необратимо поглощать механическую энергию при деформации.

2. Внешнее – свойство прижатых друг к другу твердых тел сопротивляться относительному перемещению.

   • Трение скольжения – сопротивление перемещению двух твердых тел, при котором скорости тел в точках контакта различны по величине или направлению

Если относительное перемещение контактирующих тел мало и определяется лишь деформированием в точках контакта – трение покоя.

• Трение качения – трение движения 2-х твердых тел, при котором их скорости в точках контакта одинаковы по величине и направлению.

Трение качения вследствие контактных деформаций сопровождается неизбежным скольжением и рассеиванием механической энергии за счет внутреннего трения.

Для уменьшения сил трения в зону контакта вводят смазочный материал. В зависимости от него различают:

1. Трение без смазочного материала (сухое трение). Оно имеет молекулярно-механическую природу (f = 0,3…0,8). Происходит по поверхностным пленкам.

2. Трение со смазочным материалом:

а) граничная смазка (происходит тончайшим масляным пленкам)

б) Полужидкостная смазка

в) Жидкостная смазка

Трение со смазочным материалом характеризуется относительной толщиной (λ) смазочного слоя:

λ ≤ 1 – граничная смазка

1 ≤ λ ≤ 5 – полужидкостная смазка

5 ≤ λ ≤ 100 – жидкостная смазка

Виды изнашивания

Изнашивание – разрушение контактирующих поверхностей с изменением их размеров.

В результате изнашивания образуется износ, который измеряется в единицах длины, объема, массы и т.д.

Износостойкость – способность трущихся поверхностей сопротивляться изнашиванию.

Износостойкость оценивается:

• скоростью изнашивания: , где h – износ, τ – время

• интенсивностью изнашивания: , где S – путь

Типичное развитее изнашивание узла трения

I – приработка, т.е. интенсивное изнашивание в местах контакта

II – установившееся изнашивание

III – ускоренное (катастрофическое) изнашивание

Период 2 характерен для штатной эксплуатации при полных нагрузках.

По мери увеличения износа снижаются качественные показатели:

- уменьшается точность и КПД

- растут динамические силы, вибрации, шум

- нарушается заданный закон движения

В результате наступает 3-ий период, при котором нормальная эксплуатация недопустима.

Вид изнашивания зависит:

- от характера смазки

- состояния трущихся поверхностей

- величины нагрузки

- химической агрессивности окружающей среды

В условиях граничной смазки изнашивания проявляются в форме истирания. Изнашиваются отдельные гребешки (выступы).

Скудное смазывание или повышение нагрузки приводят к нарушению масляной пленки в отдельных местах. Возникшее трение сопровождается схватыванием.

Процесс возникновения и развития изнашивания трущихся поверхностей вследствие схватывания называют заеданием. Чтобы не было заедания, применяют масла с противозадирными присадками, повышают твердость, снижают шероховатость и ограничивают нагрузку.

В условиях жидкостной и полужидкостной смазок наиболее распространенным видом изнашивания является выкрашивание (питтинг). Часто выкрашивание наблюдается при длительной эксплуатации. Менее опасное, чем заедание.

При повышении загрязненности окружающей среды происходит абразивное изнашивание.

В соединениях, в которых существует контактное напряжение, из-за упругих деформаций может происходить изнашивание от фреттинг коррозии.

При этом на небольших участках образуются мелкие ямки и продукты коррозии в виде налета, пятен и порошка коричневого цвета.

Продукты износа не удаляются из зоны контакта, и они превращаются в абразивные частицы. Фреттинг коррозия часто применяется в соединениях с натягом, шпоночных и шлицевых. Чтобы избавиться от фреттинг коррозии необходимо повышать твердость контактируемых тел.