Файл: Марочкин, В. Н. Прочность фрикционного контакта учеб. пособие по расчету узлов трения.pdf

лах трения, где действуют значительные ударные нагрузки. Объясняется это тем, что эта сталь после закалки приобрета­ ет высокую прочность, значительную вязкость и хорошую из­

низкой износостойкости этой стали в этих условиях является действие коррозии.

То же относится и к фрикционному материалу ретниаксу, применяемому в тяжелонагружеиіных тормозных узлах. Этот материал выдерживает высокие температуры (до 1000°С) и значительные скорости скольжения — до 60 м/сек). Ретинакс имеет в качестве основы фенол-формальденидиую смолу, мо­ дифицированную канифолью. Наполнителями ретинакса-слу­ жат барит н асбест с мелкой латунной проволокой. При дей­ ствии высоких температур латунь размягчается н размазы­ вается, создавая вместе с продуктами разложения смолы из зернистых соединений (обладающие антизадирными свойст­ вами) и стойкий фрикционный слой, генерируемый при изна­ шивании поверхностей.

При действии высоких температур в технике применение находят тугоплавкие металлы и сплавы: молибден, вольфрам, хром, Колумбии, тантал, сплавы на молибденовой, кобальто­ вой, никелевой основах, сплавы из окиси алюминия, карбитов титана и хрома.

Эти материалы обладают высокими показателями жаро­ прочности, термической усталости и при отсутствии надежной смазки способны образовывать тонкую и прочную защитную пленку, предохраняющую поверхность трения от схватывания.

В условиях глубокого вакуума или космоса образование пленок затруднено. Эти пленки легко улетучиваются с поверх­ ности. В таких узлах трения употребляются самосмазывающиеоя материалы или твердые смазки (дисульфид молибде­ на, графит), сохраняющие смазочные свойства при высоких температурах.

Правила подбора материалов для пары трения

1. Для получения низкого и стабильного коэффициента трения следует сочетать твердый материал с мягким, имею­ щим температуру рекристаллизации ниже средней темпера­ туры поверхности трения.

120

2.Высокая износостойкость пары трения достигается хо­ рошей смазкой прті сочетании двух твердых материалов, обес­ печивающих надежную приработку поверхностей.

3.Следует избегать применения двух мягких материалов, способствующих возникновению очагов схватывания при пе­

регрузках с нежелательными вырыівами материалов из глу­ бины (Поверхностного слоя.

4. Шире использовать экономическое сочетание в узле трения «пару» металл-пластмасса, значительно облегчающую условие работы фрикционного узла.

5.. Для улучшения условий смазки и обеспечения противо­ задирных свойств пары трения следует использовать пористые материалы. К этим материалам относятся металлокерамики, полученные путем прессования порошков с последующим их спеканием, пористые чугуны и литые сплавы (типа алькусин).

6. Улучшение условий работы пары трения можно полу­ чить за счет применения металлических поверхностей со спе­ циальным углублением для удержания смазки. Такие поверх­ ности подвергаются предварительной обработке электролити­ ческими способами либо накатанные специальными формами. Возможно также для улучшения работы узла трения приме­ нение различных прерывистых поверхностей, типа шаброван­ ных.

II. Влияние смазки на работу фрикционного узла

1. Общие замечания

Смазка на поверхностях необходима как для улучшения развивающегося сопротивления при трении и повышения из­ носостойкости поверхностных слоев, так и для предохранения изделий от коррозии, от перегревания фрикционного узла и смягчения действия переменных нагрузок [17].

Исследования показывают, что действие смазки уменьша­ ет потери при трении в десятки раз, и износостойкость иногда повышается еще больше — в сотни раз.

Роль смазки в повышении коррозионной стойкости изде­ лий заключается в том, что она предохраняет поверхностные слои от схватывания и глубинных взрывов интервала.

Предохранение поверхностей трения от перегрева при на­ личии смазки вызвано ее высокой теплоемкостью. Например, теплоемкость машинного масли в 4 раза выше, чем теплоем­ кость металлов.

121

Смазочные материалы могут быть как жидкими (масло, вода), так и газообразными (воздух) и твердыми (графит, дисульфид молибдена).

2. Выбор смазочного материала

Выбор смазки зависит от многих условий: конструкции уз­ ла трения, характера протекающего процесса, действия внеш­ ней среды, условий эксплуатации машины и требований на­ дежности и долговечности работы фрикционного узда.

Имеются два основных вида смазочного материала: масло и консистентная смазка.

Общая характеристика смазочного масла

П р е и м у щ е с т в а

а) Хорошее охлаждающее действие. б) Высокая стабильность.

в) Чистота.

г) Низкий коэффициент внутреннего трения.

д) Лучшая работоспособность при высоких скоростях и температурах.

е) Возможность фильтрации.

ж) Легкость контроля за состоянием смазки. з) Простота смены масла.

и) Возможность сбора отработанного масла и его регене­ рация.

Н е д о с т а т к и

а) Возможность утечки.

б) Потребность в сложных уплотнениях. в) Повышенная жароопасность.

Общая характеристика консистентной смазки

П р е и м у щ е с т в а

а) Не загрязняет поверх(ности трения.

б) Хорошая работоспособность при действии ударной и знакопеременной нагрузок.

в) Лучшая работоспособность при низких скоростях и вы­ соких давлениях.

г) Более мягкая работа поверхностей трения причастых остановках машины.

122

д) Возможность работы при больших зазорах сопряжен­ ных поверхностен.

е) Хорошо удерживается в корпусах машин.

Н е д о с т а т к и

а) Возможно расслоение, расплавление и вытекание смаз­ ки, особенно при действии высоких температур.

б) При смене смаізки требуется разборка и промывка отдельных частей машины.

в) Конструктивные возможности подвода смазки ограни­ чены.

Консистентные смазки применяют в тихоходных, открытых передачах — там, где возможно применение более простой конструкции фрикционной пары. При высоких скоростях скольжения, действии повышенных температур в механизмах и парах, не допускающих разборки, применение консистентной смазки отрдничеио.

3. Смазка в узлах деталей Мишин и кинематических парах

Подшипники скольжения. В подшипниках при малых за­ зорах и маловязких маслах потери на трение вследствие сла­ бого нагревания масла незначительные: при больших зазо­ рах вязкость масла должна быть большой.

Подшипники качения. При выборе смазки исходными па­ раметрами являются контактное давление и окружная ско­ рость. С ростом нагрузки вязкость масла должна увеличи­ ваться, с ростом скорости — уменьшаться. В этом случае пре­ дупреждается чрезмерное нагревание подшипников. Приме­ нение противозадирных присадок в подшипниках качения не­ целесообразно, так как они могут вызвать выкрашивание ра­ бочих поверхностей.

Зубчатая (червячная) передача. С увеличением скорости передачи движения вязкости масла следует снижать, а с рос­ том твердости, увеличивающей период приработки деталей, вязкость масла следует повышать.

Цепная передача. Для глушения шума, возникающего при работе цепной передачи, рекомендуется масло повышенной вязкости. Но наличие шарнирных соединений в узлах тре­ бует, чтобы смазка была текучей и способной заполнить не­ значительные зазоры в местах сопряжения деталей. Хорошей смазкой для цепной передачи является дисульфид молибдена.

Металлизированные смазки. Для уменьшения сопротивле­ ния трению и восстановлению чистоты изношенной поверхно­

123

сти хорошее действие оказывает смесь из медно-свинцового порошка и смазочного масла.

В такой смеси свинец играет роль твердой омазки, а медь,

'обладая высокой теплопроводностью, может переноситься с одной детали па другую, залечивая при этом рваные места поверхностного слоя. Свинец, как твердая смазка, использует­ ся и в металлизированной кальциевой консистентной смазке.

Существуют и другие металлизированные смазки—натрие­ вая или кальциевая смазка в сочетании с порошкообразным цинком или оловом.

Подвод и распределение смазки

Система подвода смазки к рабочим поверхностям . тру­ щихся деталей является одним из важнейших факторов в обеапеченііи надежности работы узла трения.

Смазочные каналы служат для равномерного распределе­ ния масла по рабочим поверхностям, принимают участие -в ох­ лаждении трущихся деталей (когда по ним протекает масло), уменьшают утечки, способствуют удалению твердых инород­ ных частичек с поверхности трения. Надежность работы сма­ зочного канала зависит от геометрической формы его сечения. За счет округления канавки можно увеличить прокачивае­ мость масла более чем на 10%.

Схема подвода смазки к. подшипникам, ползунам, в за­ цеплениях отличается своим разнообразием. Различают смаз­ ки картерную, ручную, капельную. Наиболее распространен­ ной является картерная смазка; окунанием (при умеренных скоростях вращения), фитильная, струйная (в быстроходных передачах и при вертикально расположенных валах). Ручная смазка находит применение в тихоходных (открытых) пере­ дачах. В тяжелонагруженных передачах употребляют капель­ ную смазку, обеспечивающую непрерывное смазывание тру­ щихся поверхностей.

4. Конструкции элементов системы смазки (требования)

а) Стекающее масло должно освободиться от воздуха и паров до вступления в круг циркуляции.

б) Сток в бак не должен вызывать возмущения свободной поверхности масла.

в) Слив масла не должен происходить отвесно. В против­ ном случае подъем пузырьков воздуха затрудняется, что спо­ собствует ценообразованию.

124

г) Слив масла следует так расположить, чтобы исключить образование застойных зон.

д) Прокладка маслопроводов должна обеспечивать по­ жарную безопасность.

е) Применение стальных цельнотянутых труб способству­ ет уменьшению скорости окисления масла.

ж) В циркуляционной системе целесообразно применять фильтрацию масла (например, улавливание частиц износа при помощи магнита).

5.Защита поверхностей трения от загрязнения

идействия паразитных токов

Рабочие поверхности узлов трения, работающие в атмо­ сфере, в агрессивной, влажной или загрязненной среде, непре­ рывно могут подвергаться воздействиям мелких абразивов час­ тиц, окалины, ржавчины, продуктов износа и влаги. Указан­ ные частицы, попадая на поверхность трения, естественнопо­ нижают надежность работы его узла. Действие абразива зна­ чительно может усилиться при .наличии обильной смазки на поверхности трения. В связи с этим при конструировании уз­ ла трения необходимо предусмотреть надежную защиту по­ верхности от попадания инородных частиц. Существует мно­ жество уплотнителей (манжетного типа), предохраняющих подшипниковые узлы от влияния частиц, находящихся в ок­ ружающей среде.

Детали электрических машин часто находятся под действи­ ем паразитных (блуждающих) токов, которые могут вызывать местный нагрев поверхности, его вторичную закалку и эро­ зию. Действие тока может сказываться и на свойствах масла вследствие его электрохимического разложения. Для ослабле­ ния действия паразитных токов применяют шунтирование по­ верхностей малым сопротивлением, изолирование узлой тре­ ния от фундаментной плиты, заземление валов и т. д.

6.Изменение свойств смазки

Впроцессе эксплуатации машины смазка в результате происходящих физико-химических процессов, изменяет свои свойства и стареет.

Потеря смазочных способностей смазки вызывается испа­ рением легких фракций, засорением продуктами износа и окислами, загрязнением пылью, полимеризацией, конденса­ цией и распадом масла, окислением. Наиболее опасным явля­

125

ется окисление, сильно усиливающееся при действии высокой температуры, влаги и присутствия металлов (медь, железо, бронза, баббит и др.). Окислению способствуют высокие дав­ ления, контакт с воздухом, смазка окунанием.и вспениванием. Продуктами окисления масла являются спирты, кислоты, смо­ лы и другие-вещества. В результате окисления масла изменя­ ется химический состав, увеличивается содержание смолис­ тых веществ, повышается плотность, температура вспышки, изменяется цвет, приобретая темный оттенок, увеличивается вязкость.

Увеличение вязкости масла, хотя и повышает гидродина­ мическое действие, является вредным, так как увеличивается внутреннее трение, что приводит к возрастанию температуры и усилению процесса окисления. Очень вредное действие ока­ зывает жидкость. Обводнение масла ухудшает смазочные действия, способствует корродированию поверхностей, а в зимнее время может приводить к образованию ледяных про­ бок, отключающих часть машины от системы смазки.

Отложение на деталях и в системе смазки бывает трех ви­ дов: нагар, лак и шлам. Для нагара характерен черный цвет отложения, структура его различная: плотная, рыхлая, плас­ тинчатая.

Лак представляет собой тонкий слой темного слегка клей­ кого вещества, образующегося в результате полимеризации масла, которое увеличивает противозадирные свойства сопря­ женных поверхностей трения.

Шлам — тестообразное вещество светло-коричневого цве­ та, состоящее из жидкого масла и нерастворимых в нем смо­ листых веществ, которые ухудшают действие смазочной систе­ мы и могут привести к заклиниванию пары трения.

ВОПРОСЫ

/. Приведите конструктивные способы повышения долго­ вечности узлов трения.

2.Дайте сравнительную характеристику подшипников скольжения и качения.

3.Какие Вы знаете технологические способы повышения долговечности и надежности работы узлов трения?

4.Приведите четыре основных вида термохимической об­ работки поверхностей трения.

5.Какие Вы знаете виды химической обработки поверх­ ностей?

126