Антифрикционными качествами

Материалы на основе фенолформальдегидных полимеров (ФФП). Фенолформальдегидные полимеры широко применяют при создании антифрикционных полимерных материалов ввиду их повышенной термической и химической стойкости и износостойкости. Для улучшения триботехнических свойств в ФФП вводят специальные наполнители (графит, свинец, MoS2, оксиды алюминия и меди, кремний, порошки алюминия, железа и меди, а также базальтовые, стеклянные и углеродные волокна, технический углерод, асбест, различные волокна), что позволяет получить самосмазывающиеся материалы с низкими коэффициентом трения без смазки (0,04-0,06) и интенсивностью изнашивания (10~у-10~") для подшипников скольжения, уплотнений, направляющих, работающих при повышенных температурах. Известны самосмазывающиеся материалы на основе ФФП следующих марок: АТМ-1, АМТ-1Е, Вилан-9Б, Синтек-2, АМАН-24.

Повышение долговечности деталей шлицевого соединения с классом шероховатости поверхности не ниже 7-го класса и высокой точностью изготовления обесречивается за счет применения антифрикционных полимерных покрытий, например, на основе найлона [36]. Однако этот способ не применим в случае серийных деталей шлицевого соединения карданного вала многих грузовых автомобилей. Эти детали часто имеют низкие класс шероховатости и точность изготовления, что в основном обусловливает тяжелые условия работы (удельные нагрузки достигают 50 МПа, имеют место ударные нагрузки, характерные для рассматриваемого типа узла трения). Долговечность серийных деталей повышается при использовании антифрикционных металлических покрытий и металлоплакирующих смазок, обеспечивающих при тре-

24. Ф у к с Г. И., К у т е и н и к о в а 3. А. Свойства и механизм смазочного действия антифрикционных полимерных покрытий. «Физико-техническая механика материалов», 4, № 6, 685, 1968.

Анализ свойств антифрикционных полимерных материалов и областей применения в отечественном и зарубежном машиностроении подшипников из них позволил сделать вывод, что для узлов с недостаточной смазкой наиболее перспективны материалы на основе фторопласта и литьевые термопластичные.

Рис. 1.1. Сравнение интенсивности изнашивания антифрикционных полимерных материалов (цифры обозначают группы материалов по табл. 1.1)

Таким образом, основное воздействие на процессы трения и изнашивания антифрикционных полимерных материалов оказывает температура, влияющая и на физико-механические свойства самих материалов, и на интенсивность протекания физико-химических процессов в зоне контакта полимера с металлом. Поэтому такое внимание уделяется расчетам температуры эксплуатации подшипниковых узлов, которая определяется величинами теплообразования на поверхностях трения и теплоотводом от них через вал и корпус узла.

Общая характеристика свойств антифрикционных полимерных материалов приведена в гл. X.

антифрикционных полимерных материалов

Ниже приведены данные об износостойкости в водной среде ряда антифрикционных полимерных материалов, используемых в производстве подшипников (расточенные втулки диаметром 9,5мм, постоянно работающие в водной среде, РУ=0,21 МН/м2-м/с,

Это привело к разработке антифрикционных полимерных композиционных материалов для получения подшипников, которые смазываются только 1 раз при сборке и не требуют дальнейшей смазки. Использование полимерных композиционных материалов вместо ненаполненных полимеров обусловлено низким сопротивлением их ползучести. Применением смазок можно повысить ресурс работы подшипников на основе наполненных полимеров даже при жестких условиях эксплуатации, тогда как низкая несущая способность ненаполненных полимеров ограничивает их применение даже при хороших антифрикционных свойствах. Так, подшипники, изготовленные из полиамидов и сополимеров формальдегида и работающие со смазкой, обладают хорошими эксплуатационными свойствами, но вследствие низкого сопротивления ползучести предельно допустимая1 нагрузка не превышает 2—5 МН/м2. Поэтому при эксплуатации подшипников из ненаполненных полимеров велика опасность аварийной ситуации вследствие их разрушения при ползучести. Высокие коэффициенты термического расширения ограничивают возможности применения подшипников из ненаполненных полимеров при жестких режимах работы.

Механизм действия смазок на антифрикционные полимерные покрытия. Для изучения механизма поведения антифрикционных полимерных покрытий при трении со смазкой, т. е. при жидкостном трении, Батерф'илд [15] применил термодинамический подход. Изменение свободной энергии системы вследствие адгезионного взаимодействия между полимером и металлом ,(АОадг) в присутствии смазки равно:

Наиболее высокими антифрикционными качествами обладают высокооловянные баббиты, представляющие собой сплавы олова с сурьмой с небольшими присадками меди (вводимой для предупреждения ликвации); структура бабой га — твердые кристаллиты SnSb. вкрапленные в пластичную эвтектику.

Серебряные покрытия отличаются пластичностью, мягкостью (в отожженном состоянии НВ 25 — 35), хорошими антифрикционными качествами и высокой усталостной долговечностью.

Наиболее высокими антифрикционными качествами обладают оловянные алюминиевые сплавы (содержание Sn до 20%). Один из лучших сплавов этого типа, сочетающий пластичность и высокую прочность, имеет состав: 6% Sn; 1,5% Ni; 0,5-1% Sb; 0,5% Si; 0,5-1% Mn; остальное Al.

Углеграфиты обладают хорошими антифрикционными качествами (коэффициент сухого трения 0,05 — 0,08), теплостойкостью, химической стойкостью, низким коэффициентом линейного расширения а = (2 ч- 3) 10" 6. Углеграфиты хорошо обрабатываются резанием. Недостатком их является хрупкость.

2) в разных своих частях звено должно иметь различные физические свойства. Например, вкладыш подшипника скольжения должен обладать высокими антифрикционными качествами, но при этом его материал слишком непрочен и дорог, чтобы выполнять из него также и сам корпус подшипника. Из тех же соображений червячное колесо делают составным из бронзового венца и чугунной ступицы;

Весьма существенное значение (а в ряде случаев решающее) имеют особые свойства материала, к которым относятся коррозионная стойкость, кислотная стойкость, жаропрочность и др. В ряде случаев наилучшим образом подобным требованиям, предъявляемым к современным машинам, отвечают синтетические полимерные материалы, обладающие комплексом необходимых свойств: высокой прочностью при малой плотности; антифрикционными качествами; устойчивостью против воздействия агрессивных сред и химических веществ.

Свинец (табл. 1) обладает низкой проницаемостью для рентгеновского и радиоактивного излучений и высокой пластичностью; хорошо сплавляется с другими металлами, легко наносится (в расплавленном состоянии и электролитически) на различные металлы, хорошо поглощает вибрацию и звук, обладает хорошими смазывающими и антифрикционными качествами. При ударе о свинец не образуется искр. Образующиеся на поверхности свинца тонкие плотные пленки окислов, сульфатов, карбонатов и хроматов хорошо защищают его от коррозии.

Наиболее высокими антифрикционными качествами обладают высокооловянные баббиты, представляющие собой сплавы олова с сурьмой с небольшими присадками меди (вводимой для предупреждения ликвации); структура баббита — твердые кристаллиты SnSb. вкрапленные в пластичную эвтектику.

Серебряные покрытия отличаются пластичностью, мягкостью (в отожженном состоянии НВ 25 — 35), хорошими антифрикционными качествами и высокой усталостной долговечностью.

Хорошими антифрикционными качествами обладают оловянные бронзы типа БрОФ. Бронзы с содержанием > 0,5% Sn отливают (предпочтительно в кокили), с содержанием < 0,5% Sn — штампуют. Твердость штампованных бронз можно снизить до НВ 50-60 посредством смягчающего отжига.

Наиболее высокими антифрикционными качествами обладают оловянные алюминиевые сплавы (содержание Sn до 20%). Один из лучших сплавов этого типа, сочетающий пластичность и высокую прочность, имеет состав: 6% Sn; 1,5% Ni; 0,5-1% Sb; 0,5% Si; 0,5-1% Mn; остальное Al.