Огневой В.Я. Машиностроительные материалы

151

σ

СЖ

, МПа при t,

0

С:

20

200

σ

ИЗГ

, МПа

НВ, кгс/мм

2

KCV, кДж/м

2

α⋅10

5

,

0

С

-1

λ, Вт/(м⋅

0

С)

t

ЭКСПЛ

,

0

С, предел:

нижний

верхний

f без смазки

90-150

60

60-80

48-54

0,2-0,3

1,8

2-3

-60

250

0,087

160-180

30-40

50-70

40

0,2-0,35

4,0

3-5

-60

200

0,1

4.2.3.4. Выбор АПМ для подшипников скольжения

Сравнительная характеристика некоторых видов АПМ в

условиях эксплуатации в несмазываемых подшипниковых узлах

приведена в табл. 45 и дана в сравнении с

традиционным.подшипниковым материалом - оловянно-свинцовистой

бронзой. Виды АПМ приведены в соответствии с табл. 39.

Сравниваемые представители сопоставлены по десяти

эксплуатационным и четырем экономико-

технологическим

показателям. По каждому показателю представители распределены по

местам с первого по пятое.

Таблица 33

Сравнительная характеристика АПМ (по видам) [27]

Показатель А, В D E F Бронза

Эксплуатационные показатели

152

Задиростойкость

Степень влияния

изнашивания вала

Абразивостойкость

Нетребовательность

к смазке

Теплостойкость

Стабильность размера

Коэффициент трения

без смазки

Работоспособность при

отклонении валов от

соосности

Прирабатываемость

Демпфирующая

способность

2

1

5

3

1

1-2

3

2-3

5

3

2

1-2

4

3

4

1

2-3

4

2

3

4

1-2

2

1-2

4

3

4

3

4

3

4

3

5

2

5

1

5

Сумма мест 22 30 23 36 39

Экономико-технологические показатели

Стоимость

Доступность

Технологичность

Безотходность

2

1

2

1

2

1

5

3

4

5

Сумма мест 7 5 14 15 19

Общая сумма мест 29 35 37 51 58

Анализ данных табл. 45 показал, что при работе без смазки

выявилось определенное преимущество композиционных материалов

на основе литьевых термопластов и тонкослойных ленточных

подшипниковых материалов. Среди первых - полиацетали и

композиционные полиамидные материалы, среди вторых -

металлофторопластовая лента.

Вместе с тем очевидны и недостатки литьевых термопластов -

ограниченная теплостойкость и нестабильность их размеров в

процессе

эксплуатации, объясняемая повышенными значениями

коэффициента линейного температурного расширения и изменением

153

линейных размеров при повышении влажности окружающей среды.

Недостаточная стабильность размеров подшипника вызывает

необходимость увеличения начального сборочного зазора в

сопряжении вал - подшипник скольжения, что не всегда желательно.

В этом случае применимы подшипники из ленточных материалов, у

которых в свою очередь также просматриваются недостатки:

ограниченная абразивостойкость, высокая чувствительность к

неточностям сборки, ограниченная

демпфирующая способность.

Для узлов трения с недостаточным смазыванием наиболее

перспективны также композиционные материалы на основе литьевых

термопластов и металлофторопластовая лента.

Материалы на основе ПТФЭ (фторопласта) имеют малый

коэффициент трения, не увеличивающийся с повышением

температуры. Срок службы подшипников из этих материалов

определяются скоростью их изнашивания. Следовательно, для расчета

их долговечности требуется

установить зависимости интенсивности

их изнашивания от условий и режимов эксплуатации (с учетом

конструктивных особенностей подшипников).

В отличие от ПТФЭ антифрикционные и другие свойства

литьевых термопластичных материалов (специальных смол,

полиамидов) зависят от температуры. Поэтому основным критерием

предельных режимов эксплуатации термопластичных подшипников

скольжения (ТПС) является допустимый уровень температуры и в

основе расчета

нагрузочной способности ТПС должен лежать

тепловой расчет узла. Ввиду малой теплопроводности и сравнительно

высоких значений коэффициента линейного температурного

расширения полимеров при эксплуатации ТПС возникают

затруднения в отводе тепла через подшипник и в связи с этим

значительно увеличиваются сборочные зазоры.

4.3. Фрикционные материалы

Фрикционные материалы, в противоположность

антифрикционным должны в первую очередь обеспечивать

задаваемый коэффициент трения в конкретный момент

взаимодействия с контртелом. В машиностроении фрикционные

материалы в основном используются в узлах трения покоя с

частичным проскальзыванием контактирующих элементов -

154

фрикционные муфты, тормоза и др. Коэффициент трения во время

работы данных узлов является переменным и зависит от многих

факторов: используемых материалов, конструкции узла трения, темпа

и частоты включения (торможения) и т. д.

В муфтах сцепления оптимальным коэффициентом трения

является f=0,3...0,4. В муфтах сцепления ведущие элементы обычно

изготавливают из более жестких

элементов и пластическая

деформация их поверхностных слоев гораздо ниже, чем у ведомых.

Причем касание ведущего диска ведомых элементов происходит, как

правило, не по всей поверхности ведомого элемента, а в некоторых

точках касания, что приводит к неравномерному нагреву ведомого

элемента. Следовательно, для сохранения стабильным коэффициента

трения необходимо обеспечить интенсивный отвод тепла из

таких

участков и также с поверхности трения, т.е. для ведомых элементов

необходимо применять материалы с хорошей теплопроводностью.

Для этих целей в ряде случаев в состав материала вводится

металлическая стружка. К фрикционным накладкам муфт сцепления

предъявляется еще ряд требований: способность не размягчаться в

пределах рабочих температур, минимальное коробление под

действием

температур, высокое сопротивление заеданию и т.д.

К фрикционным материалам в тормозах предъявляют несколько

иные требования. Принципиальной разницы при выборе материалов

муфт сцепления и тормозов не существует, однако она определяется

различной энергетической нагруженностью данных узлов: тормоза

более нагружены. В подавляющем большинстве случаев в тормозах

подвижные элементы изготавливают более твердыми и

износостойкими, чем неподвижные фрикционные элементы, износ

которых выше. Следовательно, фрикционные материалы должны:

быть тепло- и термостойкими, выдерживать достаточно большое

число нагреваний и охлаждений без значительного растрескивания и

коробления, обладать высоким сопротивлением к схватыванию в

холодном и нагретом состояниях, иметь высокую маслостойкость, не

допускать при торможении возникновения автоколебаний, иметь

высокое сопротивление

к налипанию на контртело. Кроме того, при

работе тормозов недопустимо возникновение шумов, особенно

высокочастотных, которые обусловливают такие дефекты, как “писк

тормозов”.

155

Следовательно, создание материалов для фрикционных

элементов является сложнейшей технической задачей. В настоящее

время в машиностроении применяются следующие группы

фрикционных материалов: органические (дерево, кожа, пробка,

войлок), металлические (чугун, стали и др.), полимерные (ФПМ),

спеченные (порошковые) материалы. Наиболее отвечают

современным требованиям к фрикционным материалам две последние

группы: полимерные и спеченные

материалы. Они и будут

рассмотрены далее.

4.3.1. Фрикционные полимерные материалы (ФПМ)

ФПМ во всем мире нашли наиболее широкое применение.

Номенклатура и количество выпускаемых фрикционных полимерных

материалов достаточно велики [11,27].

ФПМ представляют собой многокомпонентные композиции.

Компоненты, общее число которых в рецептуре достигает 15 и более,

можно разделить на три основные группы:

- теплостойкий армирующий компонент (15 -60 %);

- фрикционно-способные порошкообразные и

другие

наполнители, обычно неорганического происхождения (20 - 60%);

- полимерное связующее - синтетические каучуки, синтетические

смолы (15 - 30%) с вулканизирующими агентами (или

отвердителями), ускорителями и активаторами вулканизации.

В целях получения армированной структуры в состав ФПМ

вводят различные волокна. До сих пор наиболее применяемым было

асбестовое волокно, но в связи с его вредностью для организма

человека в

настоящее время во всем мире активно ищут ему

равноценные замены. Частично заменяют его: минеральная

(шлаковая) вата; стеклянные, базальтовые, угольные и другие

волокна.

Фрикционно-способные наполнители вводят для придания

материалу таких физико-химических и механических свойств,

которые, в конечном счете, определяют требуемые фрикционно-

износные свойства изделия. Наполнителями являются оксиды

металлов, соли

некоторых кислот, графит, технический углерод,

металлические порошки, проволока и стружка. Всего используется

около 30 таких компонентов. В качестве дешевых фрикционных

156

наполнителей широко используют барит, железный сурик и графит.

Графит вводится в целях предотвращения схватывания поверхностей

трения при высоких скоростях скольжения и температуре.

Для придания фрикционным материалам необходимых

фрикционно-износных свойств в качестве активных наполнителей

широко применяют оксиды различных металлов: цинка, алюминия,

хрома, свинца, железа и др. Наиболее часто применяют в

составах

ФПМ оксид алюминия (глинозем). Он обладает абразивными

свойствами, однако при высокой дисперсности повышает

коэффициент трения, не проявляя заметного абразивного воздействия

на контртело.

Металлические наполнители применяют в виде порошка,

проволоки или стружки. При введении в состав ФПМ меди, латуни,

бронзы, цинка, алюминия, железа и других металлов улучшаются

теплопроводность и теплостойкость

фрикционных материалов,

стабилизируется коэффициент трения и повышается износостойкость.

Металлические наполнители способствуют снижению температуры на

поверхности трения за счет повышения теплопроводности ФПМ. При

высоких температурах эти наполнители заменяют выгорающее

органическое связующее.

В качестве связующего в ФПМ из каучуков применяют

бутадиеновые (СКБ, СКБСР, СКД), бутадиен-нитрильные (СКН-26м),

бутадиен-метилвинилпиридиновые, стирольные, метилстирольные

и

другие синтетические каучуки. Широко применяют

фенолформальдегидные и анилинфенолформальдегидные смолы.

ФПМ на основе чистых фенольных смол имеют повышенную

хрупкость и сравнительно низкий коэффициент трения. В целях

устранения этих недостатков используют модифицированные смолы,

модификаторами которых служат канифоль, льняное масло и другие

продукты.

Фрикционные изделия на каучуковом связующем отличаются

достаточно высокими коэффициентом

трения и износостойкостью

при температурах до 200-250

о

С. При более высоких температурах,

например, в тяжелонагруженных узлах трения каучуковые ФПМ

имеют недостаточную износостойкость и вследствие этого низкий

уровень коэффициента трения и повышенную интенсивность

изнашивания.

157

Смолы придают изделиям более высокую теплостойкость.

Недостатком изделий на смоляном связующем является сравнительно

низкий и недостаточно стабильный при увеличении температуры

коэффициент трения, а также повышенная по сравнению с

каучуковыми материалами хрупкость.

Применение комбинированного связующего (совместное

употребление каучука и смолы) позволяет в некоторой степени

совместить положительные качества каучука и смолы

в одном

изделии.

Широкое применение ФПМ обусловлено их достаточно

хорошими эксплуатационными свойствами (высокое и стабильное

значение коэффициента трения в интервале эксплуатационных

давлений, скоростей и температур, удовлетворительная

износостойкость), доступной стоимостью и простотой изготовления.

Недостатком изделий из ФПМ является их относительно невысокая

теплостойкость, которая определяется термостойкостью связующего.

Это ограничивает применение фрикционных изделий

в условиях

трения, когда температура достигает 400

о

С, а давление 6 МПа.

Фрикционные изделия различают по назначению и способу

изготовления:

а) для тормозных узлов - формованные (колодки, накладки,

секторы, пластины, вкладыши), вальцованные (ленты и накладки),

тканые (ленты и накладки), картонно-латексные (накладки);

б) для муфт сцепления (в основном кольца) - формованные,

тканые, картонно-бакелитовые, картонно-латексные, спирально-

навитые и

эллипсно-навитые.

Формованные изделия получают прессованием специальной

формовочной смеси в пресс-формах. Этот способ в настоящее время

получил наибольшее распространение в производстве фрикционных

полимерных изделий. Главным его преимуществом является

возможность практически неограниченного применения различных

связующих и наполнителей для совершенствования рецептуры ФПМ.

Вальцованные изделия изготовляют вальцеванием

специальной формовочной смеси. При этом

можно получить

эластичную фрикционную ленту практически любых размеров.

Вальцевание характеризуется непрерывностью процесса и высокой

производительностью. Недостатком вальцованной ленты является ее

сравнительно низкая прочность.

158

Основу тканых фрикционных изделий составляет прямая тканая

лента, например из асбеста (для тормозных накладок), или с

некоторой кривизной (для накладок сцепления). Тканые заготовки

пропитывают смолами или каучуками, подсушивают, подвергают

термообработке в установках непрерывного действия (тормозная

лента) или в горячих пресс-формах (накладки сцепления).

Изготовление тканых изделий является трудоемким и

малопроизводительным

процессом. Изделия обладают высокой

прочностью, но имеют сравнительно невысокую фрикционную

теплостойкость.

Основу спирально- и эллипсно-навитых накладок сцепления

составляет нить, в частности асбестовая, пропитанная составом,

содержащим связующее и наполнители. На станке нить навивается в

кольцевые заготовки, которые подвергаются горячему прессованию в

пресс-формах. Процесс изготовления накладок поддается

автоматизации. Накладки обладают

высокими прочностью,

фрикционно-износными свойствами и теплостойкостью. Повышенные

эксплуатационные качества навитых накладок достигаются за счет

применения пропитки, содержащей фрикционные наполнители.

Картонно-бакелитовые изделия изготовляют вырубкой

заготовок из асбестового картона с последующей их пропиткой

фенолформальдегидной смолой и горячим формованием в пресс-

формах.

Картонно-латексные изделия обычно изготовляют из

асболатексного картона

с последующей термообработкой в печах.

Процесс изготовления изделий из картона отличается высокой

производительностью, однако, полученные накладки имеют низкие

эксплуатационные свойства и процесс нельзя считать перспективным.

В табл. 46 и 47 приводятся свойства и применяемость некоторых

фрикционных полимерных материалах и изделий из них.

Таблица 46

Краткая характеристика изделий на основе ФПМ [9.27]

Обозначение

ФПМ

Тип

изделия на основе ФПМ и краткая

характеристика

АГ-1Б

Накладки барабанного тормоза легкового автомобиля,

формованные из асбокаучукового материала

159

ФК-16Л

ФК-24А

Т-167

Т-266

Т-332

6КВ-10А

6КВ-56А

(ЭМ-2)

6КХ-1Б

6КФ-58

Ретинакс А

Ретинакс Б

Колодки тормозные, сектора, вкладыши, формованные

из асбосмолянного материала, армированного

латунной проволокой

Колодки и накладки тормозные, формованные из

асбосмолянного материала

Накладки барабанного тормоза автомобилей ВАЗ,

формованные из асбокаучукового материала

Накладки

дискового тормоза автомобилей ВАЗ,

формованные из материала на основе асбеста и

связующего (смола+каучук)

Накладки сцепления автомобилей ВАЗ из спирально

навитых асбестовых нитей, армированных латунной

проволокой, с латексно-смоляной пропиткой

Колодки тормозные, фрмованные из асбокаучукового

материала

Накладки тормозные, ленты тормозные вальцованные,

накладки сцепления из асбокаучукового материала

Накладки сцепления, колодки и

накладки тормозные,

формованные из асбокаучукового материала

Накладки барабанного тормоза, формованные из

асбокаучукового материала

Для работы в паре с чугуном ЧНМХ при Т

≤ 1100

О

С,

асбосмоляная композиция с латунной проволокой

Для работы в паре с серым чугуном и легированными

сталями с Т ≤ 700

О

С, асбосмоляная композиция

Таблица 47

Физико-механические свойства ФПМ [9,11,27]

Материал

НВ,

МПа

σ

В,.

МПа

σ

И,

МПа

Е

ИЗГ

,

ГПа

f

АГ-1Б

300

40

48

4,6

0,48

160

ФК-16Л

ФК-24А

Т-167

Т-266

Т-332

6КВ-10А

6КВ-56А

(ЭМ-2)

6КХ-1Б

6КФ-58

Ретинакс А

Ретинакс Б

470

390

300

140

110

340

360

260

220

480

470

25

22

12

-

14

12

8

32

44

25

22

42

11

28

73

15

14

61

78

-

7,5

6,9

0,11

4,1

3,7

0,16

0,12

4,3

4,8

7,5

6,9

0,38

0,37

0,49

0,5

0,57

0,47

0,43

0,45

0,44

0,35

4.3.2. Спеченные (порошковые) фрикционные материалы

Порошковая металлургия позволила создать новый класс

фрикционных материалов, отличающийся от традиционных

повышенными коэффициентом трения, износостойкостью и

теплостойкостью, что позволило применять эти материалы в узлах

трения с тяжелыми режимами работы: при объемной температуре до

1000

о

С, а температуре поверхностей трения более 1000

о

С.

Основными типами спеченных фрикционных материалов

являются материалы на железной и медной основе. Первые обычно

применяются для тяжелых и самых тяжелых условий работы и, как

правило, используются в условиях сухого трения. Материалы на

медной основе предназначены для работы в более легких условиях и

применяются как при сухом трении, так и

при работе с жидкостной

Огневой В.Я. Машиностроительные материалы

Подождите немного. Документ загружается.