Справочник по триботехнике. В 3-х т. Т. 3. Триботехника Г4 антифрикционных, фрикционных и сцепных устройств. Методы и средства триботехнических испытаний/Под общ. ред. М. Хебды, А. В. Чичинадзе. — М.: Машиностроение, 1992. — 730 с.: ил.
ISBN 5-217-01919-0
В 3-м томе российско-польского справочника во взаимосвязи с 1-м и 2-м томами изложены сведения о современных антифрикционных в 'фрикционных материалах для подшипников скольжения, муфт сцепления и тормозов. Даны инженерные методы расчета и проектирования этих узлов трения для выбора оптимальной конструкции. Подробно описаны сцепные устройства транспортных, строительно-дорожных и других машин (шины, колеса, ленты, гусеницы). Даны современные методы триботехнических испытаний с указанием целесообразных средств и методов измерений параметров. Описаны испытательные установки, машины трения и стенды для триботехнических испытаний материалов, смазок и узлов трения.
Для научно-технических работников, связанных с разработкой, изготовлением, испытанием и эксплуатацией машин, приборов и аппаратов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к тому 3. . • . 10
Глава 1. Антифрикционные и фрикционные устройства ... 11
1.1. Назначение полимерных подшипников скольжения
(А. Л. Левин, А. В. Чичинадве) 11
1.1.1. Классификация полимерных подшипников скольжения .......... 11
1.1.2. Специфика трибблоги-ческих процессов в полимерных подшипниках ... 23
1.2. Назначение фрикционных устройств (А. Г. Гинзбург,
А. В. Чичинадве, Я- Янецкий) 29
1.2.1. Специфика трибологи-ческих процессов во фрикционных устройствах.... 33
1.2.2. Классификация фрикционных устройств..... 36
Список литературы...... 43
Глава 2. Полимерные подшипники скольжения ...... 45
2.1. Антифрикционные полимерные материалы (АПМ) в машиностроении (А. Л. Левин,
А. В. Чичинадве)....... 45
2.1.1. Сравнительная характеристика АПМ...... 45
2.1.2. Обоснование выбора АПМ для подшипников скольжения и критерии их работоспособности ....... 54
2.2. Конструкция и технология изготовления подшипников скольжения из полимеров
(А, Л. Левин, А. В. Чичинадзе) 59
2.2.1. Рекомендуемые конструкции ......... 59
2.2.2. Режимы изготовления термопластичных подшипников ............ 61
2.3. Расчет термопластичных подшипников скольжения
(А. Л. Левин, А. В. Чичи-надве)............ 69
2.3.1. Основные допущения
и расчетные схемы..... 69
2.3.2. Алгоритм расчета теп-лоотводящей способности подшипниковых узлов... 75
2.3.3. Расчет сборочного зазора в сопряжении вал— втулка ТПС ....... 85
2.3.4. Табличный метод расчета ........... 98
2.4. Работоспособность антифрикционных полимеров в подшипниках (А. Л. Левин,
А. В. Чичинадве)....... 102
2.4.1. Типовые режимы эксплуатации ......... 102
2.4.2. Коэффициенты трения и интенсивность изнашивания ............ 107
2.4.3. Примеры расчета и применения полимерных подшипников......... 116
2.4.4. Рекомендации по использованию полимерных подшипников скольжения . . 121
2.5. Исследование влияния исполнения узлов трения и свойств полимеров на процессы, происходящие при эксплуатации ............ 134
2.5.1. Характеристика про-гр аммно-математического обеспечения для расчета узлов трения на ЭВМ ЕС (А. Л. Левин, А. В. Чичинадве) ........... 134
2.5.2. Влияние исполнения подшипниковых узлов и теплопроводности полимеров на теплоотводящую способность и температурное поле при эксплуатации (А. Л. Левин,
А. В. Чичинадве)...... 137
2.5.3. Коэффициенты теплоотдачи с поверхностей пластмассовых подшипников и стальных валов (Ю. А. Евдокимов) ......... 147
2.6. Специфические свойства углеродных антифрикционных материалов (Ю. Н. Васильев) 152
2.6.1. Исходные свойства и специфика трения углеродных материалов...... 152
2.6.2. Углеродокерамические материалы ........ 156
2.6.3. Антифрикционные са-мосмазывающиеся углепластики ........... 159
2.6.4. Силицированные графиты............ 170
Список литературы...... 171
Глава 3. Фрикционные муфты
(А. Г. Гинзбург, А. В. Чичи-надве. Я- Янецкий)...... 174
3.1. Характеристики и конструкция типовых фрикционных муфт.......... 174
3.1.1. Характеристики фрикционных муфт....... 174
3.1.2. Исходная классификация и предварительный расчет муфт........ 178
3.2. Трибологические характеристики фрикционных пар
муфт............ 187
3.2.1. Требования к фрикционным материалам.... 188
3.2.2. Общие сведения о составе и технологии изготовления фрикционных материалов для фрикционных
муфт и тормозов...... 190
3.2.3. Конструкции и способы крепления фрикционных изделий.......... 201
3.2.4. Допустимые режимы работы фрикционных материалов .......... 203
3.2.5. Физико-механические и фрикционно-износные свойства фрикционных материалов ............ 207
3.3. Основы расчета и проектирования фрикционных муфт при однократном и повторно-кратковременном режимах работы ............ 216
3.3.1. Выбор конструктивного варианта фрикционной
муфты .......... 235
3.3.2. Выбор схемы и вида нагружения муфты..... 23t
3.3.3. Выбор пары трения . . 244
3.3.4. Расчет рабочих характеристик фрикционных муфт на стадии проектирования ........... 245
3.3.5. Иллюстративные примеры расчета и конструирования фрикционных муфт. . 267
3.4. Типовые конструкции фрикционных муфт........ 282
3.4.1. Многодисковые фрикционные муфты...... 282
3.4.2. Конусные фрикционные муфты........ 294
3.4.3. Колодочная разжимная пневмокамерная муфта 301
3.4.4. Дисковая пневмокамерная муфта....... 304
3.4.5. Шинно-пневматические муфты .......... 304
3.5. Специфика расчета и конструирования электромагнитных дисковых фрикционных
муфт............ 311
3.5.1. Муфты фирмы «Хайд» 320
3.6. Особенности смазываемых фрикционных муфт ..... 323
3.6.1. Специфика работы смазываемых муфт...... 323
3.6.2. Замечания о применении смазываемых фрикционных муфт и конструктивных решениях......... 329
3.7. Электромагнитные порошковые муфты, их конструкции
и особенности расчета .... 331 Список литературы...... 337
Глава 4. Фрикционные тормоза
(А. Г. Гинзбург, А. В. Чичи-надве, Я- Янецкий)..... 341
4.1. Характеристики и конструктивные особенности различных типов фрикционных тормозов .......... 341
4.1.1. Характеристика работы фрикционных тормозов . . 341
4.1.2. Типы тормозных устройств ........... 348
4.2. Трибологические характеристики фрикционных пар тормозов.......... 354
4.2.1. Фрикционные материалы для легких тепловых режимов работы...... 356
4.2.2. Фрикционные материалы для средних тепловых-режимов работы . . . ... 357
4.2.3. Фрикционные материалы для тяжелых тепловых режимов работы .... 361
4.2.4. Конструкции и способы крепления тормозных элементов ........ • • 363
4.2.5. Физико-механические ..и фрикционно-износные свой- •
ства материалов фрикционных пар тормозов..... 367
4.3. Основы расчета и проектирования фрикционных тормозов при однократном и по- , вторно-кратковременном режимах работы........ 370
4.3.1. Выбор конструктивного варианта тормоза .... 372
4.3.2. Выбор схемы н вида нагружения........ 384
4.3.3. Выбор пары трения . . 385
4.3.4. Расчет рабочих характеристик фрикционных тормозов на стадии проектирования ........... 387
4.3.5: Иллюстративные примеры расчета и конструирования тормозов...... 422
Список литературы ...... 447
Глава 5. Трение и износ ходовых систем транспортных • средств........... 451
5.1. Трибология шины авто-\ мобильного колеса (Я- Янецкий} • . . .......... 452
5.1.1. Движение автомобильного колеса с шиной по дорожному покрытию .... 452.
5.1.2. Сцепление шины с дорогой ........... 459
5.1.3. Изнашивание автомобильных шин....... 465
5.1.4. Конструкция шин и
их оптимальное применение 468
5.2. Трение и износ системы силовой передачи колесо—рельс
(Ю. М. Лужков]....... 477
5.2.1. Трение и сцепление
в системе колесо—рельс . . 477
5.2.2. Износ элементов системы колесо—рельс .... 482
5.3. Физико-химическая механика контактного взаимодей-
ствия колеса с\ рельсом
(Ю. М. Лужнов)....... 487
5.4. Трибология гусеничной ходовой части (Я- Янецкий) . . 495
.5.4.1. Устройство и работа гусеничной ходовой части . . 495
5.4.2. Сцепление гусеницы
с поверхностью дороги . . . 500
5.4.3. Потери на трение и износ гусеничной ходовой
части.........* . . 506
5.5. Износостойкость материалов и деталей ходовых систем транспортных средств при абразивном изнашивании
(М. М. Тененбаум) ... . . . 510
5.5.1. Виды, процессы и механизмы изнашивания ... 511
5.5.2. Износостойкость материалов ......... 513
5.5.3. Конструкционная износостойкость ....... 514
5.5.4. О лабораторных испытаниях на абразивное изна- -• шивание ........ 515
5.5.5. Способы повышения конструкционной износостойкости ......... 517
5.5.6. Эффективность повы- '• шения ресурса изнашиваю-шихся деталей ..... 520
Список литературы.......520
Глава 6. Способы измерений при трибологических исследованиях и испытаниях ..... 523
6.1. Общие представления. . 523
6.2. Методы оценки силы и момента трения (Э. Д. Браун,
Б. Л. Смушкович)...... 525
6.2.1. .Измерение силы и момента трения с помощью динамометров (X. Кшеминь-ский-Фреда, Б. Л. Смушкович, М. Хебда)....... 525
6.2.2. Измерение силы и момента трения электрическими и механическими сило-измерителями (X. Кшеминь-ский-Фреда, Б. Л. Смушкович, М. Хебда)...... 532
6.2.3. Измерение малых сил и моментов (Б. Л. Смушкович) ............ 544
6.3. Методы измерения температуры на поверхностях тре-
ния и в оиъемал материалов
пар трения......... 545
6.3.1. Измерение температуры термопарами и терморезисторами (Э. Д. Браун, X. Кшеминьский-Фреда,
М. Хебда) ........ 546
6.3.2. Измерение температуры на основании измерения активного электрического сопротивления (X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда)... 551
6.3.3. Измерение термоЭДС термоэлементов(Х. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда) ... 552
6.3.4. Анализ погрешностей при измерении температуры поверхности трения термопарами (X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда)..... 553
6.3.5. Бесконтактные методы измерения температуры
(Э. Д. Браун, X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда)... 553
6.4. Измерение линейного и массового взносов ..... 557
6.4.1. Метрические и весовые методы (Э. Д. Браун). . . 557
6.4.2. Метод искусственных баз (X. Кшеминьский-Фреда,
,М. Хебда) ....... 559
6.4.3. Определение износа с помощью пневматического микрометрического измерения (X. Кшеминьский-Фреда,
М. Хебда) ........ 561
6.'4.4. Определение износа с помощью измерения давления и расхода жидкостей через щель (X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда)... 562
6.4.5. Измерение износа с помощью индикаторов часового типа (X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда)....... 564
6.4.6. Измерение износа с помощью мембранных динамометров (X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда)..... 564
6.4.7. Измерение износа с помощью индукционных и теи-зометрических датчиков
И'.. Кшеминьский-Фреда, . Хебда) .........565
6.4.8. Измерение износа с по-
ЫОП1ЫП ПЯЛИОЯКТНВНЫТ ЫЧЛ-
топов (X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда) ...... 566
6.5. Материаловедческие аспекты исследования трения и износа (Э. Д. Браун)..... 567
Список литературы..... 575
Глава 7. Методы трибологических испытаний и оптимизация параметров трибологиче-ских процессов и систем . . . 576
7.1. Рациональный цикл последовательных испытаний трибо-технических материалов
(Э. Д. Браун, Ю. А. Евдокимов, А. В. Чичинадве).... 576
7.1.1. Испытания на фрикционную теплостойкость . . 576
7.1.2. Модельные испытания
на малогабаритных образцах 580
7.1.3. Стендовые и натурные испытания ........ 584
7.1.4. Эксплуатационные испытания ......... 587
7.2. Некоторые особенности испытания смазочных материалов (Р. М. Матвеевский). . . 590
7.3. Планирование и анализ трибологических экспериментов (Э. Д. Браун, Ю. А. Евдокимов, А. В. Чичинадве). . . 594
7.3.1. Общие положения . . 594
7.3.2. Построение математической модели объекта . . . 596
7.3.3. Обработка априорной информации. Ранжирование факторов методом ранговой корреляции (методом экспертных оценок)........ 603
7.4. Ускоренные испытания трибологических систем на трение и износ (Э. Д. Браун, Ю. А.Евдокимов, А. В. Чичинадве). . 607
7.5. Оптимизация параметров трибологических процессов и систем (Э. Д. Браун, Ю. А. Евдокимов, А. В. Чичинадве). . 617
7.5.1. Теоретические предпосылки и принципы оптимизации ......... 617
7.5.2. Безградиентные методы оптимизации...... 619
7.6. Рекомендации по обработке экспериментальных результатов (X. Кшеминьский-Фреда) 632
7.6.1. Основные схемы проведения экспериментов и их классификация ...... 633
7.6.2. Определение значения, среднего для генеральной совокупности на основании исследования выборки .... 638
7.6.3. Статистическая оценка на основании критериев значимости .......... 641
7.7. Дополнительные сведения о критериях и зависимостях, с помощью которых может выполняться ускоренная оценка трения и износа триботехниче-ских материалов при сухом и граничном трении (Э. Д. Браун, Ю. А. Евдокимов, А. В. Чи-
чинадзе)........... 653
Список литературы...... 657
Глава 8. Испытательная техника для Трибологических исследований и испытаний материалов фрикционных пар . . 6 59 8.1. Стандартные машины трения для трибологическнх исследований и испытаний материалов и фрикционных пар. . 659
8.1.1. Классификация машин трения по силовым и кинематическим признакам
(Б. Л. Смушювт) .... 659
8.1.2. Общие представления о конструкции и технических характеристиках отечественных машин трения (Б. Л. Смушкович)........ 659
8.1.3. Отечественныесерийные универсальные машины трения (Э. Д. Браун,
Б. Л. Смушкович, А. В. Чи-чинадзе).......... 662
8.1.4. Отечественныесерийные машины трения целевого назначения (Б. Л. Смушкович) 673
8.1.5. Зарубежные серийные машины трения (X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда) 678
8.2. Стенды для трибологических модельных испытаний пар трения и натурных испытаний узлов трения ........ 698
8.2.1. Типовые стенды для трибологических исследований подшипников качения (X. Кшеминьский-Фреда,
М. Хебда) ........ 698
8.2.2. Типовые стенды для трибологических испытаний зубчатых передач (X. Кшеминьский-Фреда, М. Хебда) 703
8.2.3. Стенды для испытания материалов и узлов трения в квазистационарных и нестационарных режимах трения (А. В. Чичинадзе) ... 713
8.3. Области применения и особенности эксплуатации серийных машин трения (Б. Л. Смушкович) ............ 718
8.4. Оценка технического уровня машин трения (Б. Л. Смушкович) ............ 720
8.5. Твердомеры, используемые при трибологических исследованиях (Б. Л. Смушкович) . . 722
8.6. Влияние качества трибологических характеристик технических систем на их эксплуатационную эффективность (X. Кшеминьский-Фреда,
М. Хебда) ......... 727
Список литературы...... 729
ПРЕДИСЛОВИЕ К ТОМУ 3
' Перед Вами, уважаемый читатель, том 3 российско-польского справочника по триботехнике, который, по существу, обобщает сведения по теоретическим основам, представленным в томе 1, и сведения по технике смазывания, смазочным материалам, подшипникам скольжения и качения, работающим со смазочными материалами, представленные в томе 2. Эти сведения и первых двух томов использованы в задачах расчета, проектирования, конструирования и выбора антифрикционных полимерных, графитовых и композитных подшипников скольжения, фрикционных муфт и тормозов, работающих при трении со смазочным материалом и без него, фрикционных сцепных устройств широкого класса, в том числе работающих в условиях абразивного изнашивания, а также при разработке инженерных методов испытания на модельных образцах и в натурных условиях. Даны сведения о рациональном цикле последовательных испытаний триботехнических материалов с использованием ускоренных методов испытаний на трение и изнашивание. Описаны также современные триботехнические испытательные- средства и задачи оптимизации узлов трения разного класса и назначения на стадии их проектирования.
При рассмотрении различных узлов трения были выбраны основные типовые, так как, естественно, охватить все существующие конструкции узлов трения невозможно. Это же относится к различным испытательным установкам и машинам трения.
Авторы и редакторы старались, чтобы рекомендации теоретических изысканий были в необходимой и достаточной мере использованы в конкретных задачах, описанных в восьми главах предлагаемого Вам тома 3.
Авторский коллектив и редакторы посвящают российско-польский справочник по триботехнике светлой памяти выдающегося триболога XX сто-
летая — лауреата Золотых медалей Международного Совета по трибологии и Американского общества инженеров-механиков, заслуженного деятеля науки и техники России, профессора, доктора технических наук Крагельского Игоря Викторовича.
Многие поколения отечественных и зарубежных ученых и инженеров получили свои знания в области трибологии и триботехники из фундаментальных и поистине новаторских работ проф. И. В. Крагельского.
Несомненной заслугой проф. Крагельского и важнейшим итогом его многолетней работы в области трибологии является четкая картина процесса внешнего трения, охватывающая физические, химические и механические явления. Оригинальный подход при разработке молекулярно-механи-ческой теории трения и усталостной теории износа твердых тел позволил ему сформулировать и ввести в рассмотрение ставшие общепринятыми три последовательных и взаимосвязанных этапа процесса трения: взаимодействие поверхностей, изменение поверхностных слоев в результате взаимодействия и разрушение (износ) поверхностей вследствие двух предыдущих этапов. Эта знаменитая триада проф. Крагельского явилась базой создания физически обоснованных методов расчета и моделирования трения и износа.
Проф. И. В. Крагельский по существу сумел преобразовать науку о трении и износе твердых тел из чисто эмпирической в науку, имеющую обоснованные аналитические решения, которые успешно применяются в инженерной практике при расчете и конструировании узлов трения различных классов и назначений.
А. Ю. ИШЛИНСКИЙ
М. ХЕБДА
А. В. ЧИЧИНАДЗЕ