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機械摩擦的利用及限制
1、機械摩擦的基本原理
眾所周知,任何兩個相互接觸的物體之間存在著或大或小的摩擦。例如人們走路,就是依靠鞋底與路面之問的摩擦力,才實現了行走。可以這么說,在自然界,摩擦無處不在。
但是,摩擦是一把雙刃劍,它既能為人類傳遞動力,也會造成磨損,消耗功率,并且產生摩擦熱和靜電。我們的任務是,如何在需要的時候充分利用和放大摩擦的功能,在不需要的時候克服摩擦帶來的不利影響。
科學實驗表明,摩擦力的大小與摩擦面上的正壓力(總壓力在垂直方向的分壓力)成正比,同時與材料的摩擦系數成正比。根據這一物理學原理,人們逐漸找到了利用或者限制摩擦力的種種方法和途徑。
認清機械摩擦的原理和本質,或許對農機駕駛和維修人員自覺地搞好維護保養有所幫助。
2、機械摩擦的利用實例
在農業機械上,有許多利用機械摩擦原理的機構,例如:離合器、制動器、傳動帶、橡膠輪胎以及螺紋連接等等。
另外,有一種不為人熟知的、利用摩擦力實現動力傳遞的裝置——錐度連接。例如有的農用車輛的曲軸前端與曲軸帶輪的連接、單缸柴油機曲軸后端與飛輪的連接、多缸柱塞式噴油泵的凸輪軸與驅動齒輪的連接等。錐度連接的特點是:依靠內外錐面結合而定心,依靠鍵與鍵槽的結合而定位。無論定心還是定位,都是根據靜壓力和摩擦原理。
要想使錐度連接牢固和可靠,必須同時滿足以下三個條件(即錐度連接三要素):
(1)軸與孔的錐度一致。如果由于制造誤差或者磨損等原因,造成軸與孔的錐度不一致,它們之間將無法全方位貼合,由于缺乏足夠的摩擦力,所以無法承受軸向載荷,在工作中一受沖擊,容易產生相對移動,從而喪失軸向固定作用。
(2)鏈連接可靠。在錐度連接上設置平鍵或者半月鍵的目的,一是周向固定,二是零件定位。平鍵和半月鍵都是以鍵的兩個側面做工作面,靠兩個側面傳遞扭矩,所以鍵與鍵槽必須緊密貼合(但是鍵的頂面與軸上的零件之間應當留有一定的間隙),否則將喪失周向固定的功能。在實際使用中,如果鍵松動,應當及時更換,以免產生“滾鍵”事故,那樣會破壞軸與孔的原有的錐度裝配關系。有的小型柴油機出現“啟動容易而運轉困難(自動熄火)”的怪現象,就是由于曲軸正時齒輪的平鍵過窄(比標準寬小1.5 mm),一受負荷,曲軸與安裝它上面的正時齒輪發生相對轉動,其結果是活塞提前到達上止點,造成供油角度過分滯后,因此柴油機不能持續運轉。
(3)緊固螺母擰緊牢固。在錐度連接中,軸端螺母與彈簧墊圈(或者平墊圈)配合,起到軸向緊固的作用。為此,在維修中應當注意以下幾個問題:
、偈孪葯z查兩個零件的錐度是否相同,如果不一致,將無法可靠地連接在一起,所以需要更換零件;②務必按照規定的扭矩擰緊緊固螺母;③如果軸的臺階外露,應當增加一個適當厚度的金屬墊圈,使螺母能夠通過該墊圈可靠地壓緊在連接零件上,防止緊固螺母被軸的臺階擋住而出現假擰緊。
有的機型的曲軸正時帶輪與曲軸之間不是采用半月鍵定位,而是依靠曲軸正時帶輪的錐形內孑L與曲軸的錐形端面配合,再通過曲軸帶輪壓緊,借助兩者之間的摩擦力來固定。對于這種結構,不能使用“風炮”對曲軸帶輪的螺栓進行緊固。因為在沒有固定曲軸的情況下緊固曲軸帶輪的螺栓,有可能出現曲軸隨“風炮”旋轉而曲軸帶輪不旋轉的現象,從而導致配氣時刻錯亂,進而引起活塞頂撞氣門的事故。
3、機械摩擦的限制措施
實踐證明,農機零件的損壞,在相當多的情況下是由磨損引起的。旋轉零件之間(無論金屬零件還是非金屬零件)的干摩擦是機械傳動的大忌。因此,需要盡最大努力減少摩擦損耗。那么,怎樣才能取得最佳的減磨效果呢?
在農業機械上,普遍采用礦物油作為潤滑劑,并且設置了專門的潤滑系統。在最常見的軸與孔的配合中,利用潤滑油的楔形力作用,將軸包圍,并且使之浮起。潤滑油的厚度僅僅0.6 m左右,油膜的主要作用是,利用摩擦副間的“油楔”作用,將轉軸托起,使軸與孔兩個零件隔開,變固體之間的摩擦為液體摩擦,或者固體與液體之間的摩擦。
為了達到理想的液體潤滑狀態,必須同時具備以下幾個條件,一是潤滑油具有一定的壓力,保證油液能夠壓送到配合表面;二是配合間隙不過大也不過小,零件表面不失圓不拉傷,否則不容易形成有效的油膜,或者油膜的強度降低;三是潤滑油要保持清潔,如果潤滑油中夾帶了機械雜質,將妨礙邊界油膜的形成。
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