Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

сообразно различать следующие условия, связанные с расста­ новкой материалов [95]:

вому условию, называют обратной парой трения; второму уело-

Рис. 51. Обратные и прямые пары:

а — пластическая деформация ма­ териала детали 1 в случае обрат­ ной пары при поступательном дви­ жении; б — внедрение детали 2 в случае прямой пары при поступа­ тельном движении; в — пластиче­ ская деформация детали 1 в слу­ чае обратной пары при враща­ тельном движении; г — внедрение в деталь 2 в случае прямой пары при вращательном движении

вию — прямой парой трения. В прямой паре трения более твер­ дый ползун скользит по мягкой поверхности, в обратной паре более мягкий ползун скользит по твердой поверхности.

Схемы прямых и обратных пар для узлов с поступательным и вращательным движениями приведены на рис. 51. Опыт эксп­ луатации машин и стендовые испытания трущихся деталей по­ казывают, что обратные пары трения более стойки против зае­ дания и имеют меньшее повреждение поверхностей.

Различие в работе прямых и обратных пар состоит в том, что при перегрузках пластическая деформация образца прямой пары с меньшей твердостью препятствует нормальной ее работе, в результате чего повышается трение, усиливается повреждение поверхности, и пара быстро выходит из строя. В обратных па­ рах при перегрузке пластическая деформация образца с мень­ шей твердостью не препятствует работе пары. При испытании на машине-трения с постепенным ступенчатым нагружением хро­ мированных стальных цилиндрических образцов по стальному диску (прямая пара) и стальных цилиндрических образцов о хромированный диск (обратная пара) было установлено, что за­ едание во втором случае наступает при нагрузках, в 15 раз больших, чем в первом случае.

Микроструктуры продольного сечения стального образца по передней и задней кромкам после работы его по хромированно­

му диску показаны на рис. 52. Как на передней, так и на задней кромках образца образовались заусенцы вследствие пластиче­ ского трения поверхностного слоя. При трении хромированных образцов о стальной диск пластического течения хромового слоя не происходило, что приводило к взаимному внедрению по­ верхностей трения и заеданию металлов при незначительной пе­ регрузке. Таким образом, при расстановке металлов в сочле­ нении наряду с общепринятыми положениями (условия проч­ ности, ремонта, конструктивные и технологические соображе-

Рис. 52. Микроструктуры продольного сечения образца:

а — передняя кромка; 6 — задняя кромка

ния) необходимо учитывать соотношение величин поверхностей трения и твердостей контактируемых деталей.

Вдополнение к сказанному необходимо рассмотреть вопрос

отак называемых «обращенных парах». Этот термин появился в связи с конструированием подшипниковых узлов, когда анти­ фрикционный материал нанесен на вал, а подшипник выполнен из стали. Исследования показывают, что имеются преимущест­ ва обращенных пар перед обычными парами. При постоянном направлении вектора нагрузки и вращающемся валу, как это имеет место в подшипниках электродвигателей, шпинделей ме­ таллообрабатывающих станков и т. п., антифрикционный слой вкладыша подвергается одностороннему местному износу, сни­ жающему несущую способность подшипника. При обращенной паре вследствие вращения вала износ будет распределяться равномерно по всей поверхности вала, между тем как местный износ твердого вкладыша будет меньше, чем местный износ вкладыша в первом случае.

Основным препятствием созданию обращенной пары явля­ ются технологические трудности нанесения антифрикционного

материала на стальной вал. Подшипники >с обращенными парами трения находят применение при восстановлении всякого рода оборудования методом нанесения металлического покрытия на шейки валов из антифрикционного материала.

Материалы для изготовления деталей узлов трения

Износостойкие материалы с малым взаимным внедрением на микроучастках поверхностей трения. Для уменьшения взаим­ ного внедрения материала на участках контакта необходимо, чтобы одна из трущихся поверхностей обладала высокой твер­ достью и однородностью механических свойств. Например, вы­ сокая твердость электрического хрома и его однородность дают возможность повысить износостойкость многих деталей в 5—15 раз. При этом характерно, что хром не только сам является вы­ сокоизносостойким, но в большинстве случаев он значительно уменьшает износ сопряженной детали.

В качестве износостойких покрытий для рабочих поверхно­ стей калибров и других приборов и инструментов применяют алмазную крошку, соединенную с подложкой сплава какоголибо твердого металла металлом, нанесенным гальваническим способом. Кроме алмазной крошки могут быть использованы от­ работанные алмазы, алмазная пыль, корунд или карбиды крем­ ния, бора и вольфрама.

В связи с большой перспективой применения титана вследст­ вие его малой плотности и высокой прочности при повышенных температурах возникла необходимость улучшения его анти­ фрикционных свойств, которые весьма низки. Последние работы показали возможность значительного повышения износостойко­ сти титана обработкой в струе азота при температуре 850°С в течение 16—30 ч. После азотирования титан показал удовлет­ ворительные результаты (без применения смазки в паре с чугу­ ном, твердым хромовым покрытием и азотированным титаном, а при испытании со смазкой — в паре с бронзой, углеродистой сталью, легированной сталью и бакелитом).

Износостойкие самосмазывающиеся материалы. В последние годы разработано много новых самосмазывающихся материа­ лов, которые можно рекомендовать для применения в машино­ строении. Такие материалы удобны в эксплуатации, так как не требуют смазки. К их числу следует отнести материалы: АМАН-2, АМАН-22, АМАН-4 и АМАН-24. Детали из АМАНа могут работать без смазки при нормальной и повышенной тем­ пературах (до 250°С). Заготовки деталей из АМАНа изготовля­ ют на Любучанском заводе пластмасс по ТУ—605—14—28—71. АМАН обладает высокой вибропрочностью, может быть ис­ пользован для втулок подшипников скольжения, сепараторов

шарикоподшипников, смазывающихся вкладышей и зубчатых колес.

На рис. 53 приведены графики зависимости коэффициента трения / от времени испытания и линейного износа h во време­ ни для вкладышей из АМАНа (кривые 1 и 3) и Малениума (кривые 2 и 4), выпускаемых фирмой «Моликотт» (США). Вал диаметром 40 мм вращался со скоростью 0,4 м/с при давлении 50 кгс/см2. Как видно из графиков, линейный износ АМАНа ока­ зался выше при практически одинаковом коэффициенте трения.

Рис. 54. Влияние температуры на коэффициент трения f:

/ — АМАНа; 2 — АФЗ

Фрикционную теплостойкость АМАНа и материала АФЗ ха­ рактеризует рис. 54.

В Англии фирма «Глассир» выпускает подшипниковый мате­ риал, который имеет в своей основе пористую бронзу, заполнен­ ную фторопластом-4 с примесью олова или свинца с дисульфи­ дом молибдена. Вследствие низкого коэффициента трения (око­ ло 0,002) этот материал может работать без смазки. Материал стоек к действию кислот, газов, а также пыли, работоспособен в интервале температур от —200 до +280° С.

Из асбофрикционных материалов, применяемых для тормо­ зов и сцеплений, представляют интерес три материала: эскол, 6КВ10 и ретинакс (ГОСТ 10851—64).

Высокий коэффициент трения f и фрикционную теплостой­ кость (рис. 55) имеет металлокерамика ФМК-11, представляю­ щая собой железный пористый металлический каркас, пропи­ танный фенолформальдегидной смолой.

В узлах трения все более возрастает роль армированной пластмассы. В будущем возможны новые комбинации: металл— пластмасса, металл — стекло, пластмасса — стекло, керамика— стекло.

Имеются отечественные материалы на основе графита АГ-1500, АГ-600, АО-1500 и АО-600 (см. табл. 13) для изготовле­

ния поршневых колец, уплотнений и подшипников, работающих без смазки в газовых и жидких средах. Высокая химическая стойкость, теплопроводность, работоспособность в окислитель­ ных средах до температуры 400° С и в нейтральных средах до температуры 2500°С позволили применять графитовые материа­ лы в насосах турбокомпрессоров и многих машинах химической промышленности.

Для повышения надежности работы подшипников качения необходимо правильно выбрать материал сепараторов. Высокие

нагрузки и скорости скольжения резко ограничивали срок служ­ бы подшипников качения. Исходя из механизма процессов трения и износа, желательно применять материал, который дол­ жен состоять в основном из твердой фазы, ограничивающей площадь истинного контакта, и мягкой фазы, действующей в качестве металлической смазки. Исследования показали, что удовлетворительным материалом оказались железокремниевая бронза с серебряным покрытием и медноникелевый сплав с не­ которым содержанием кремния, а также с серебряным покрыти­ ем. Часто сепараторы изготовляют из фторуглеродистой смолы, армированной стеклянными микропроволоками и пропитанной дисульфидом молибдена. При вращении подшипника ролики снимают с сепаратора небольшое количество дисульфида и по­ крывают ровным слоем дорожку качения. Вследствие того, что смазка обладает большой устойчивостью (не твердеет, не сох­ нет и не становится очень вязкой), подшипники с такими сепа­ раторами можно применять в механизмах, работающих в усло­ виях низкой температуры и в вакууме. Подобным же образом работает в сепараторах и АМАН.

Материалы для пар трения, работающих при высокой темпе­ ратуре. По принципу самосмазывания изготовляют износостой­ кие материалы для узлов трения, работающих при высокой тем­ пературе. Такие материалы должны обладать хорошей жаро­ прочностью, сопротивлением коррозии, термической усталостью и теплопроводностью, а при работе без смазки их поверхность