Основы теории и техника эксперимента

Учебное пособие по КНИРС

Оглавление

Введение 3

1. Краткая характеристика условий работы зубчатых передач быстроходных гусеничных машин 5

2. Основные виды разрушения поверхностей зубчатых колес 6

3. Режимы трения и смазки тяжелонагруженных зубчатых пар 7

1. Основы теории 10

1.1. Основные положения контактно-гидродинамической теории смазки 10

1.2. Система уравнений контактной гидродинамики 15

1.3. Теоретическое решение задачи 19

2. Техника эксперимента 25

2.1. Роликовая аналогия зубчатого контакта 25

2.2. Установка замкнутого контура 28

2.3. Методика определения коэффициента трения на стенде СМЦ-2 с учетом циркуляции мощности 31

2.4. Техника подготовки и проведения эксперимента на стенде СМЦ-2 33

2.5. Установка разомкнутого контура 34

2.6. Методика проведения экспериментов на стенде разомкнутого контура 38

3. Применение метода полного факторного эксперимента для математического описания результатов испытаний 42

Литература 55

Приложение 1 57

Приложение 2 57

Приложение 3 57

Введение

Современное состояние науки и техники, развитие новых методов проектирования и расчета машин, широкое использование фундаментальных дисциплин, прикладных теорий и вычислительной техники предъявляют повышенные требования к уровню подготовки инженера-конструктора. Для разработки инженерных методов расчета и получения приемлемых для конструирования практических зависимостей принципиально необходимо сочетание теоретических концепций и широких экспериментальных исследований. Выпускник МГТУ им. Н.Э. Баумана должен хорошо знать теорию и методологию исследования, уметь правильно поставить, провести эксперимент и обработать результаты опытов с применением современных математических методов.

В настоящем пособии для курсовой научно-исследовательской работы студентов кафедры К-2 эти вопросы рассматриваются на примере изучения проблемы трения и смазки зубчатых передач и других тяжелонагруженных смазываемых деталей трансмиссий быстроходных гусеничных машин.

Непрерывное повышение удельной мощности, увеличение скоростей движения быстроходных гусеничных машин приводит к росту силовой и тепловой напряженности всех агрегатов машины и прежде всего трансмиссии, к габаритам которой предъявляются все более высокие требования. Работоспособность и долговечность трансмиссий во многом зависит от конструкции и надежности ее основных деталей: зубчатых передач, фрикционных элементов, подшипников качения и других тяжелонагруженных смазываемых контактов.

Совершенствование методов расчета зубчатых передач и других трущихся элементов трансмиссий, учет прочностных характеристик материалов контактирующих поверхностей и смазывающих свойств трансмиссионных масел позволяют уточнить условия и причины разрушения узла, предотвратить их и еще на стадии проектирования принять необходимые меры по обеспечению надежной смазки трущихся деталей. Контактная прочность, износостойкость, потери и температурный режим фрикционных пар в значительной степени зависят от свойств применяемого масла. Для надежного прогнозирования поведения смазочного материала, несущей способности и долговечности узла трения требуется определить толщину смазочного слоя при заданной комбинации материалов поверхности трения и смазки в широком диапазоне изменения основных эксплуатационных (нагрузочных) параметров. Через толщину слоя смазки можно рассчитать режимы трения, определить потери и подобрать масло, способное предохранить детали трансмиссии от таких разрушений, как заедание, износ и т.п. Правильно выбранный смазочный материал уменьшает непроизводительные затраты энергии и обеспечивает благоприятный режим работы узла.

В тяжелонагруженном зубчатом контакте, характеризующемся большими удельными давлениями, значительными градиентами сдвига и высокой теплонапряженностью, вследствие сложных физико-химических процессов вязкостные свойства смазок резко меняются. Вязкость возрастает в сотни и тысячи раз. В масле возможны структурные преобразования и проявление вязкоупругих, неньютоновских свойств. Поэтому изучение поведения трансмиссионных масел в указанных условиях актуально и может внести существенную поправку в расчет несущей способности контакта.

Затруднения при выборе смазочного материала объясняются тем, что для зубчатых передач, в отличие, например, от подшипников скольжения, отсутствует единая теория смазочного действия. В настоящее время для описания процесса трения и смазки катящихся со скольжением тяжелонагруженных тел, к которым относятся зубчатые передачи, все более широко применяется контактно-гидродинамическая теория смазки (КГТС), которая объясняет физику гидродинамических эффектов в смазочном слое с учетом тепловых и деформационных явлений. Так как теоретические решения получены с большим числом допущений, упрощающих реальную задачу, Для оценки несущей способности зубчатых передач чаще применяют экспериментальные методы. Причем исследования проводятся в несколько этапов, включая испытания на моделирующих машинах трения, непосредственно на зубчатых колесах, а также эксплуатационные испытания агрегатов силовой передачи и трансмиссии в целом. Получаемые данные бывают трудно сопоставимы, и использование их в расчетах дает количественно, а иногда и качественно различные результаты. Работ по корреляции таких исследований в технической литературе практически нет. Апробация новых масел, особенно в сочетании с различными вариантами конструкций трансмиссии, требует значительного времени – от пяти до семи лет. Поэтому успешное решение поставленных вопросов позволит сократить сроки испытаний и выбора масел, подойти к разработке методов оценки несущей способности смазочного слоя в трущихся контактах трансмиссий гусеничных машин.