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求助:钢轮踏面与轨道摩擦系数的计算

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1#
发表于 2013-6-3 09:35:00 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 沈石头 于 2013-6-3 09:42 编辑

     当前工况是钢轮材料ZG310~570,表面淬硬至HB300~380;     轻轨30-GB/T11264-1989(该是碳钢55Q),表面硬度不小于197HB.     钢轮受到通过轴心的径向压力为25000N,要确认钢轮与轻轨间的摩擦系数。
     钢轮的滚动速度不大,够不上机械手册里相对滑动速度对摩擦系数的影响。找类似的工况,手册前面有个冷钢在辊道上的摩擦是0.15~0.18。不知这个数据是否能采用,另外手册后文有滑动摩擦因数与压力变化的关系,这个只针对摩擦面上两者材料软硬不同的情况?还是硬度相近的材料也可以如此计算。比如上面提到的冷钢在辊道上的摩擦系数是0.15~0.18,如果压力比较大,是否就要取摩擦系数较大即在表面压力影响下的摩擦系数?手册上的数据是根据接触表面不同的应力对应不同的摩擦系数,而摩擦学里有弹性接触表面最大压应力的求法,同时也可求出弹性接触面的宽度,已知踏面长度,这样就知道了面积,同样可求应力。这种情况下以哪个数据为准?我的工况是圆柱面与平面弹性接触,接触面弹性变形后不是平面而是弧面,表面接触应力是由中间向两边减小的。我计算了弹性接触表面最大压应力和弹性接触面宽度,利用宽度和踏面长度求出面积再求平均压应力,结果是平均应力比最大压应力多一点点,约3%
  小结一下:问题1.钢轮在轨道上的摩擦系数有没有定值? 问题2.钢轮在轨道上的正压力对摩擦系数的有无量化的影响?是否与接触面的材料有关系?问题3.关于机械手册压力变化对滑动摩擦系数的影响其针对的接触面都是平面吗?如果是弧面,表面应力如何计算? 问题4.压力变化对有量纲的滚动摩擦因数有无影响?

附图是摩擦学教材上提供的,接触面上最大压应力和接触面宽度的求法

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我忘了在算面积的时候宽度是要乘以2的。。。  发表于 2013-6-3 10:17
汗,你这数据前后差别也大了点。刚才说多了一倍,现在变成了3%。  发表于 2013-6-3 10:10

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老鹰 + 20 问题描述清楚,显得很专业!

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2#
发表于 2013-6-3 09:51:55 | 只看该作者
如果承载过大,是没有定值的。定值摩擦系数的前提是,接触面不发生变形。你这里提到的摩擦系数实际上属于滚动摩擦系数。如果接触面发生变形,滚摩是肯定会变小的。另外,温度的变化也是有影响的。
原则上说,在使用定值滚摩系数前,首先要校验两个接触面的接触强度。在疲劳校验没有问题后,可以按照定值摩擦系数计算。
如果发生了滑动摩擦,原则上说,滑动摩擦系数只取决于表面粗糙度。但如果发生接触面侵蚀现象,就相当于改变了表面粗糙度,会产生滑动摩擦系数的变化。
至于你提到的弹性接触。我不太明白你的意思。滚摩的产生机理实际上就是一种弹性接触变形。这个弧面有什么影响吗?
另外,可能有点外行,为什么你会去计算平均应力。一讲应力实际上就是一种微元化力学分析了,为什么要再计算平均?

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沈石头 + 1 热心助人,专业精湛!
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3#
 楼主| 发表于 2013-6-3 10:17:08 | 只看该作者
zerowing 发表于 2013-6-3 09:51
如果承载过大,是没有定值的。定值摩擦系数的前提是,接触面不发生变形。你这里提到的摩擦系数实际上属于滚 ...

  如果从接触面是否发生变形来决定是否选用定值摩擦系数,那么难点就是变形的大小在不同工况中的容忍程度,因为表面有压力的接触都存在变形。
计算表面压应力是为了对比手册上的应力影响下滑动摩擦系数,知道目前选取的摩擦系数0.18相对于应力影响下的摩擦系数有多大差距,而计算这个表面接触应力我就想到了摩擦学书上的这两个公式,后面的计算是偶然发现的结果,其实当时还有个疑问,接触面是个弧面,我这样用投影面积算平均应力肯定是偏大的。
  对于我这个工况来说,依大侠的说法就是先校表面接触强度,确定疲劳校验没有问题才能确定是否有定值滚摩系数?滚动摩擦系数平时用的少,我们原先的老设计也是用滑动摩擦系数算的电机选型,通过实际使用发现电机驱动力富余很多,所以现在再核算一次。谢谢大侠的指点,我的思路有点混乱,在何时考虑选用滚动摩擦系数不很清楚,尤其有的工况同时存在滚动摩擦和滑动摩擦时,比如带钢输出时,辊子与带钢表面同时就有滚动摩擦和滑动摩擦,不知道大侠对于这种工况下的摩擦系数确定有没有经验?谢谢指点!

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好,我仔细拜读一下,谢谢!  发表于 2013-6-3 10:39
http://bbs.cmiw.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=323184&extra=呵呵,凑合看看吧。还希望你多多指教。  发表于 2013-6-3 10:36
对于辊子跟钢带的摩擦情况,其实不应该算到滚动摩擦和滑动摩擦里了。个人更倾向于是静摩擦于滑动摩擦的组合。而因为张紧力不足,导致产生了部分相对滑动,产生了滑动摩擦。  发表于 2013-6-3 10:35
我没看到你的计算小车功率那贴,给个链接看看吧,谢大侠!  发表于 2013-6-3 10:31
但是,确实如后面某大侠的说法,毕竟轮子的启动静摩擦力是有限的。如果启动功率过大,那么肯定是会打滑的。反而增加了电机的负荷。  发表于 2013-6-3 10:31
至于你说的双摩擦同时存在的情况。这种情况实际上是我们最不愿因看到的情况。因为启动能力降低了。之前在写小车功率计算 那贴的时候,实际上是一种考虑最低功率时的计算方法。  发表于 2013-6-3 10:29
我上面说那么多,只是想说说这两种摩擦的产生机制,这样方便你自己判断应该考虑什么不考虑什么。  发表于 2013-6-3 10:27
你的这个情况,我怀疑用不到校核接触强度这么麻烦。2.5吨而已。不至于发生破坏。你应该是可以直接选值计算的。  发表于 2013-6-3 10:26
怎么说呢,我说的变形应该属于破坏类变形的范畴了。正常的弹性变形应该是在你的滚动摩擦因数提供值范围内了。即,重在取大轻载取小。如果发生了破坏变形,就必须计算破坏量了。  发表于 2013-6-3 10:24
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4#
发表于 2013-6-3 10:34:14 | 只看该作者
本帖最后由 翔梦随风 于 2013-6-3 10:44 编辑

http://ishare.iask.sina.com.cn/download/explain.php?fileid=23460883
希望对楼主有用
ps,建议楼主看看GBT3811-2008起重机设计规范

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谢谢!  发表于 2013-6-3 11:39
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5#
 楼主| 发表于 2013-6-3 14:40:57 | 只看该作者
zerowing 发表于 2013-6-3 09:51
如果承载过大,是没有定值的。定值摩擦系数的前提是,接触面不发生变形。你这里提到的摩擦系数实际上属于滚 ...

  换用固定的滚动摩擦系数0.05cm进行计算,这样算到电机这里的输出功率(0.0375kW,计入传动效率值,下同)远小于原来用滑动摩擦系数(0.18)计算的结果(1.68kW)。用滚动摩擦系数计算得到的功率确实是个最小的理论功率,实际中当前选用的电机为2.2kW,在一个偶然的机会下把原来一个减速箱用反了,作为一个增速箱用,这样相当于驱动力是原来的四分之一,而大多数设备照样能驱动,运行正常,部分设备因为轨道安装的原因驱动力不够,运行有卡滞。可见用滑动摩擦系数来粗算电机的功率选型是存在很大的浪费的,但是如果仅仅靠滚动摩擦系数的计算结果来确定电机功率又肯定不够,因为实际应用结果表明实际需要的功率是理论计算结果的10倍左右。当然这里面不排除安装和加工的问题。遇到这样的情况,实际使用的经验成了验证设计最好的方式。但是初始设计肯定不是这样的顺序,不知道大侠对于这样的问题:理论与现实差距较大,加工和安装会影响到理论计算结果的情况,除了做样机,有没有应对的办法?

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一句话,纯滚动是摩擦功最低,动力功最高的状态。也就是效率最优状态。其他任何状态都会产生额外的能量消耗,增加电机符合。为了不超载使用,一般电机选择要比计算理论功率大20-30%  发表于 2013-6-3 22:00
我没有具体核对过,但应该误差在这个范围内。注意我的那句话,牵引力始终不等于滚动摩擦力。所以,千万别直接拿滚摩算功率。  发表于 2013-6-3 21:56
具体问题具体分析。你这样说我很难给你判断的。但是如果按照我帖子里的算法,最后的计算功率如果还有10倍之差,那我真不知道你的这个设备是什么状况了。原则上说,那么算误差不会超过20%。  发表于 2013-6-3 21:54
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6#
发表于 2013-6-4 09:43:08 | 只看该作者
鄙人也一直关注   zerowing  大师的“关于小车功率的帖子...   ”  查了一些论文资料     里面很多都是按静阻力计算的    一大部分情况都是忽略风阻、坡阻 的(室内环境)。   现列出一工况还请大侠如果有空 列出计算过程。
一四轮小车     前驱   后驱随动内装滚动轴承
风阻及坡阻忽略
整车质量1700KG
启动/制动要求:5S内从0加速到0.9M/S   制动同理
不能打滑
接触副材料:轮子:铸钢 轨道:轻轨
条件不够的话  可以补充   
说明:小弟不是在套结果哦    因为自己计算的和实际上的就是能差10倍
所以很想请大侠演算下计算过程
毕竟理论是要结合实际应用的。
谢谢!

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另外,这个里面不包含转动动能。也就是说包括轮子、轴承在内的所有转动部件的能量是没有被计算的。如果要全部计算,请分别用0.5*m*w^2的公式计算。w是角速度。  发表于 2013-6-5 10:19
注意,n0要换乘r/s,k要换算成m计算  发表于 2013-6-5 10:14
试试这个公式:P=0.5*m*v^2/t+N*k*2*pi*n0*i;m是质量,v是终速度,t是启动时间,N是支撑力,k是动摩擦系数,n0是电机转速,i是减速比。不计算机械效率,看看这个能差多少最后。  发表于 2013-6-5 10:14
呵呵。不知道能不能告知轮子的半径。另外,我试着弄,哈哈,最后合不合得上不晓得了就  发表于 2013-6-5 09:42

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7#
 楼主| 发表于 2013-6-5 08:16:23 | 只看该作者
一2三 发表于 2013-6-4 09:43
鄙人也一直关注   zerowing  大师的“关于小车功率的帖子...   ”  查了一些论文资料     里面很多都是按静 ...

大侠,你发我这了,不是让zerowing大师计算吗?另外我按照大师的帖中的算法,根据你不计风阻坡阻的要求推出了下面的公式。不过你说你关注过zerowing大师的帖子,自己也算过功率实际有10倍差距,为何不知提供缺少驱动轮半径,电机输出转速+传动比(或者驱动轮转速)?我前面说过的10倍之差只是个偶然,因为我们的移动小车所在导轨安装有平行度不够的原因,所以有的小车因为安装问题驱动吃力。我当前的工况实际选型电机功率比滚阻功率计算结果大115倍。

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1/5有些浪费,控制在50%-75%比较合适。当然,你可以试试90-95%的使用情况,估计发热会大一些。  发表于 2013-6-5 21:35
我的工况负载不变,如果实际需求的功率一直是额定功率的五分之一以下是不是浪费了?  发表于 2013-6-5 10:17
补一句,一般选用大电机的另外一个原因是尽量让电机工作在其功率曲线的上升段,避免出现短时间过载或者接近满负荷的情况,减少电机的损坏可能。  发表于 2013-6-5 09:54
呵呵,我还顶不起“大师”这俩字。依旧是个初学者。  发表于 2013-6-5 09:44
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8#
发表于 2013-6-6 11:20:42 来自手机 | 只看该作者
上面的没给滚轮直径,粗略算一下,250w应该够了
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9#
发表于 2013-6-8 22:54:05 | 只看该作者
0.05

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0.05的单位是cm,使用的时候注意换算。  发表于 2013-6-10 07:33
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10#
发表于 2017-5-15 00:04:14 | 只看该作者
学习
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