Trinties jėgos skaičiavimas: statiniai ir dinaminiai koeficientai dideliuose skersmenyse

Ar jums sunku klijuoti-slysti¹ judėjimą arba netikėtą stabdymą jūsų sunkiasvorėse pneumatinėse programose? Neįtikėtinai apmaudu, kai teoriniai skaičiavimai neatitinka realybės gamykloje, o tai lemia nevienodą ciklo trukmę ir galimą įrangos sugadinimą. Šis neatitikimas dažnai atsiranda dėl to, kad nepastebimas esminis niuansas tarp krovinio paleidimo ir jo judėjimo palaikymo.

Skaičiuojant trinties jėgą dideliuose skersmenyse reikia atskirti statinė trintis² (atsiskyrimas) ir dinaminė trintis (judėjimas). Paprastai statinė trintis yra 20–30% didesnė už dinaminę trintį, todėl šį skirtumą būtina įvertinti, norint tiksliai nustatyti dydį ir užtikrinti sklandų veikimą.

Neseniai kalbėjausi su Džonu, vyresniuoju techninės priežiūros inžinieriumi iš didelės automobilių štampavimo gamyklos Ohajuje. Jis pasišiaušė plaukus, nes jo naujas sunkiasvorių krovinių kėlimo mazgas smarkiai trūkčiojo kiekvieno judesio pradžioje. Jis manė, kad jo skaičiavimai buvo neteisingi, tačiau jam trūko vienos dėlionės dalies: statinio koeficiento. Pasinerkime į tai, kaip mes tai išsprendėme. ️

Turinys

• Kodėl skirtumas tarp statinės ir dinaminės trinties yra toks svarbus?
• Kaip tiksliai apskaičiuoti trinties jėgą didelio skersmens cilindruose?
• Kokie veiksniai daro įtaką trinties koeficientams pneumatinėse sistemose?
• Išvada
• Dažnai užduodami klausimai apie trinties jėgos skaičiavimą

Kodėl skirtumas tarp statinės ir dinaminės trinties yra toks svarbus?

Daugelis inžinierių sutelkia dėmesį tik į jėgą, reikalingą kroviniui perkelti, pamiršdami papildomą energiją, reikalingą jam pajudinti. Šis aplaidumas yra tikslumo priešas.

Skirtumas yra svarbus, nes statinis trinties koeficientas nulemia judėjimui pradėti reikalingą slėgį (atsiskyrimo slėgis³), o dinaminė trintis veikia greitį ir sklandumą, kai krovinys jau juda.

“Stick-Slip” reiškinys

Didelės skylės cilindruose sandariklių paviršiaus plotas yra didelis. Kai cilindras yra ramybės būsenoje, sandarikliai įsitvirtina cilindro mikroaplinkose ir sukuria didelį statinės trinties koeficientą. $\mu_s$. Kai stūmoklis pradeda judėti, jis “plūduriuoja” ant tepalo plėvelės, todėl dinaminės trinties koeficientas tampa mažesnis. $\mu_k$.

Jei sistemos slėgis nustatytas tik tiek, kad įveiktų dinaminę trintį, bet ne statinę, cilindre padidės slėgis, jis šoktels į priekį (pasislinks), sumažės slėgis, sustos (užstrigs) ir tai pasikartos. Būtent tokia buvo Johno Ohajo mieste iškilusi problema.

Poveikis dideliems skersmenims

Mažų cilindrų atveju šis skirtumas yra nereikšmingas. Tačiau didelio skersmens cilindro be strypo, vežančio 500 kg krovinį, atveju 30% skirtumas reiškia didžiulę jėgą. Ignoruojant jį, atsiranda:

• Džiovinti mėsos gabaliukai: Jautrių naudingųjų krovinių sugadinimas.
• Sistemos sustojimai: Jei slėgis svyruoja, cilindras sustoja viduryje eigoje.
• Priešlaikinis dėvėjimasis: Pernelyg didelė jėga pažeidžia sandariklius.

Kaip tiksliai apskaičiuoti trinties jėgą didelio skersmens cilindruose?

Dabar, kai mes žinome kodėl tai svarbu, pažvelkime į kaip apskaičiuoti tai nesusipainiojant pernelyg sudėtingoje fizikoje.

Apskaičiuoti trinties jėgą $F_f$, naudokite formulę:

$F_f = \mu \times N$

kur \(\mu\) yra koeficientas (statinis arba dinaminis) ir $N$ yra normali jėga⁴ (sandariklio slėgis). Praktikoje tiesiog pridėkite 15-25% saugos atsargą prie teorinės jėgos, kad būtų atsižvelgta į trintį.

Praktinė formulė

Nors fizikos formulėje naudojami koeficientai $\mu$, pneumatikos pramonėje tai supaprastiname, kad būtų galima praktiškai nustatyti dydį.

Bepto ir OEM skaičiavimas

At "Bepto Pneumatics, dažnai matome OEM katalogus, kuriuose nurodomos optimistinės jėgos vertės, pagrįstos idealiomis laboratorinėmis sąlygomis.

• OEM duomenys: Dažnai daroma prielaida, kad tepimas yra tobulas, o greitis pastovus.
• Bepto realaus pasaulio požiūris: Klientams, tokiems kaip Johnas, patariame skaičiuoti pagal “atsiskyrimo slėgį”.”

Dėl Johno prašymo, mes pakeitėme jo cilindrą į “Bepto” pakaitalą su mažos trinties sandarikliais. Mes apskaičiavome reikalingą jėgą naudodami statinį koeficientą. Rezultatas? „Stick-slip“ efektas išnyko, o jo gamybos linija Ohajo valstijoje jau kelis mėnesius veikia sklandžiai. ✅

Kokie veiksniai daro įtaką trinties koeficientams pneumatinėse sistemose?

Ne visi cilindrai yra vienodi. Trintis, su kuriuo susiduriate, labai priklauso nuo gamintojo pasirinktų medžiagų ir konstrukcijos.

Pagrindiniai veiksniai yra sandariklio medžiaga (Viton vs. NBR), tepimo kokybė, darbinis slėgis ir cilindro korpuso paviršiaus apdaila.

Sandariklio medžiaga ir geometrija

• NBR (nitrilas): Standartinis trinties koeficientas. Tinka bendram naudojimui.
• Vitonas⁵: Didesnis atsparumas aukštai temperatūrai, tačiau dažnai didesnis statinis trintis dėl medžiagos standumo.
• Lūpų profilis: Agresyvios sandarinimo lūpos sandarina geriau, bet sukuria didesnį pasipriešinimą.

Tepimas yra karalius ️

Didelio skersmens cilindruose labai svarbus tepalo pasiskirstymas. Jei cilindras nenaudojamas (pavyzdžiui, savaitgalį), tepalas išspaudžiamas iš po sandariklio, o pirmadienio rytą padidėja statinis trintis.
“Bepto” be strypų cilindruose naudojamos pažangios tepalo sulaikymo struktūros, kurios sumažina šį „pirmadienio ryto efektą“ ir užtikrina nuoseklius trinties jėgos skaičiavimo rezultatus kiekvieną kartą.

Išvada

Supratimas apie statinio ir dinaminio trinties sąveiką yra tai, kas skiria nepatogią mašiną nuo aukštos kokybės sistemos. Apskaičiuodami didesnį statinį trintį (atsiskyrimą) ir suprasdami veikiančias kintamąsias, užtikrinate patikimumą ir ilgaamžiškumą.

"Bepto Pneumatics" ne tik parduodame dalis, bet ir teikiame sprendimus, kurie užtikrina jūsų mašinų judėjimą. Jei pavargote nuo spėliojimų, susijusių su OEM specifikacijomis, kreipkitės į mus. Esame čia, kad padėtume jums optimizuoti jūsų pneumatiką ir sutaupyti išlaidų.

Dažnai užduodami klausimai apie trinties jėgos skaičiavimą