Антифрикционным материалом

В 1935 г. состоялась Первая всесоюзная конференция по антифрикционным материалам, созванная Комиссией по экономии металлов НКТП. В 1938 г. Е. А. Чудаковым совместно с И. И. Артоболевским был организован Институт машиноведения АН СССР, одним из трех основных направлений научной деятельности которого была разработка вопросов трения и износа в машинах. В 1940 г. Институтом машиноведения была проведена Первая всесоюзная конференция по трению и износу в машинах.

Антифрикционные свойства. Многие пластмассы имеют малый коэффициент трения (0,02—0,1) и высокую износостойкость. К лучшим антифрикционным материалам относятся фторопласты, полиамиды, текстолиты, древеснослоистые пластики и др. Антифрикционные свойства могут быть улучшены при введении в некоторые

Хотя приведенный перечень далеко не исчерпывает все требования, предъявляемые к антифрикционным материалам, однако он свидетельствует о сложности 1 .>7*

В связи с изложенным для определения критических температур масел на машине КТ-2 при трении стали по различным антифрикционным материалам авторами была предложена новая схема трения «сфера— кольцевой образец» (рис. 1), при которой резко снижаются контактные удельные нагрузки и в то же время сохраняется низкая скорость скольжения. В этом случае трение происходит между вращающимся шариком из закаленной стали диаметром 12,7 мм и сферической вогнутой поверхностью в виде кольцевого пояска, выдавленной на фаске неподвижного нижнего образца, изготовленного из испытуемого материала. Внутренний диаметр кольцевого образца, по которому происходит трение, 8 мм.

1 Из доклада проф. А. К. Зайцева. Испытание на трение свинцовистых бронз (1-я Всесоюзная конференция по антифрикционным материалам, 1935 г.).

К антифрикционным материалам предъявляются определенные требования. Они должны обладать: 1) по возможности низкими значениями коэффициента трения (для снижения потерь на трение); 2) высокой износостойкостью; 3) способностью быстро прирабатываться и легко приспосабливаться к ужесточению условий работы трибосистемы (вторичная приработка); 4) повышенной сопротивляемостью к заеданию и задиру; 5) хорошими свойствами совместимости трибосистемы; 6) достаточной прочностью и сопротивляемостью усталостным, ка-витационным, коррозионным и абразивным повреждениям.

К углеродным антифрикционным материалам относятся:

К антифрикционным материалам предъявляются определенные требования. Они должны обладать: 1) по возможности низкими значениями коэффициента трения (для снижения потерь на трение); 2) высокой износостойкостью; 3) способностью быстро прирабатываться и легко приспосабливаться к ужесточению условий работы трибосистемы (вторичная приработка); 4) повышенной солротивляе-мостью к заеданию и задиру; 5) хорошими свойствами совместимости трибосистемы; 6) достаточной прочностью и сопротивляемостью усталостным, ка-витационмым, коррозионным и абразивным повреждениям.

Выбор оптимального антифрикционного материала зависит от условий его эксплуатации, в частности работы трения, приходящейся на единицу площади трущихся поверхностей, и количества смазки, используемой для снижения коэффициента и работы трения. Основными требованиями к антифрикционным материалам являются способность нести нагрузку, без проявления текучести или ползучести при температурах, развиваемых при работе подшипников, стойкость к средам, в которых эксплуатируются подшипники, и стойкость к абразивному износу. Особенно важным требованием является способность обеспечивать нормальные режимы работы при неравномерной подаче смазки. Три основные фактора обусловливают широкое применение полимеров и полимерных композиционных материалов в качестве антифрикционных материалов для подшипников.

Основные требования, которые предъявляются к порошковым антифрикционным материалам, — высокая износостойкость при малом коэффициенте трения, обеспечение при работе самосма-

Бронзы относятся к лучшим антифрикционным материалам. Особое место среди них занимают оловянистые и оловянисто-цинково-свинцовистые бронзы. К первым относятся бронзы Бр010Ф1, Бр010Ц2, ко вторым — Бр05Ц5С5, БрОбЦбСЗ (ГОСТ 613-79). Бронзы применяют для монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и средних скоростях скольжения (см. табл. 11.2).

В литой бронзе наличие включений твердого эвтектоида обеспечивает высокую стойкость против истирания, поэтому бронза с 10% Sn является лучшим антифрикционным материалом и ее широко применяют как подшипниковый сплав.

Высококачественным антифрикционным материалом, широко применяемым в машиностроении, является свинцовистая бронза, содержащая 30% РЬ (Бр.СЗО).

Неразъемные подшипники выполняют в виде втулок, изготовляемых при небольших диаметрах (в среднем < 50 мм) целиком из антифрикционного материала (бронза, легкие сплавы, антифрикционный чугун), а при больших — из стали с заливкой пластичным антифрикционным материалом (баббит, свинцовая бронза).

Ранее было установлено, что кинематической паре червяк — червячное колесо свойственны большие скорости скольжения, превышающие окружную скорость червяка, и, как следствие, механическое изнашивание, в частности изнашивание при заедании и усталостное изнашивание. Поэтому при выборе материалов червячной пары необходимо обеспечить хорошие антифрикционные и противозадирные свойства. Наилучшие результаты достигаются при сочетании высокотвердой стальной поверхности с антифрикционным материалом, обладающим необходимой объемной прочностью, например бронзой.

Цветные сплавы. Цветные металлы и сплавы на их основе, в настоящее время являются основным антифрикционным материалом для смазываемых подшипников скольжения. Общая классификация антифрикционных цветных сплавов приведена на рис. 1.1.

Лучшим антифрикционным материалом для зубьев колеса являются бронзы БрОФЮ-1, БрОНФ. Они применяются для ответственных передач при vs > 3 м/с. Безоловянистые бронзы БрАЖ9-4 и БрАДН 10-4-4 хуже сопротивляются заеданию и применяются при vs > 6 м/с.

Являясь важнейшим и дорогостоящим (примерно в 10 раз дороже стали) антифрикционным материалом, бронзы широко применяют в подшипниках скольжения, в червячных и винтовых колесах и др. Бронзы обозначают буквами Бр, буквами, показывающими наличие основных компонентов кроме меди (А — алюминий, Б — бериллий, Ж — железо, К — кремний, О — олово, Ц - цинк, Ф - фосфор и др.), и цифрами, показывающими среднее содержание в % соответствующих компонентов. Например, БрАЖ9 — 4 — это обозначение марки бронзы со средним содержанием алюминия 9 % и железа 4 %.

Т. обладает низким коэфф. трения и высокой износоустойчивостью, что делает его хорошим антифрикционным материалом. Износоустойчивость Т. под воздействием истирающих усилий выше, чем, напр., у свинцовистой бронзы. Это обеспечивает возможность успешного использования Т. в качестве материала для вкладышей подшипников. Графитированный Т. имеет более низкий коэфф. трения и обладает еще более высокой износоустойчивостью. Срок службы подшипников из Т. в 10— 15 раз больше, а у подшипников из графи-тированного Т. в 20—30 раз больше, чем у бронзовых.

Неразъемные подшипники выполняют в виде втулок, изготовляемых при небольших диаметрах (в среднем < 50 мм) целиком из антифрикционного материала (бронза, легкие сплавы, антифрикционный чугун), а при больших — из стали с заливкой пластичным антифрикционным материалом (баббит, свинцовая бронза).

Испытание на прирабатываемо с т ь [31] можно проводить способом „испытания на краевое давление" на целых подшипниках [51]. Подшипник с испытуемым антифрикционным материалом устанавливается с заранее выбранным перекосом относительно вала. Испытание ведётся при постоянной скорости и при разных заранее выбранных нагрузках. Через равные промежутки времени (например 30 мин.) отмечается изменение температуры подшипника. При небольших углах перекоса кривая температуры (повремени) после начального подъёма снижается и в дальнейшем остаётся постоянной; при некотором угле перекоса снижения температуры не происходит, и температура повышается до расплавления или заедания подшипникового материала. Предельный угол перекоса для данных условий испытания характеризует способность материала прирабатываться.

Антифрикционным материалом для втулок, вкладышей и пр. служит, как правило, бронза, так как она допускает сравнительно высокие удельные давления и менее требовательна в отношении смазки, чем чугунные опоры.