Асбофрикционных материалов

11ри рабочих температурах до !Ю() "С применяют асбофрикционные материалы ЭСКОЛ и GKBIO. Допустимое давление <),<;...! МПа.

Большинство изготовляемых химической промышленностью фрикционных материалов имеет в своем составе асбест, обладающий высокими фрикционными свойствами и хорошо сопротивляющийся изнашиванию. Асбофрикционные материалы по способу изготовления подразделяются на тканые, формованные, прессованные и вальцованные.

Для связывания отдельных компонентов фрикционных материалов в одно целое во фрикционные материалы добавляют органические связующие вещества, к которым относятся естественные и синтетические каучуки, смолы, различного вида пеки, битуминозные вещества и т. п. По типу связующего асбофрикционные материалы делятся на материалы на каучуковом, смоляном и комбинированном связующем. Изделия на каучуковом связующем имеют относительно высокий и устойчивый коэффициент трения при нагреве до 220—250° С и отличаются невысокой твердостью. Для возможности вулканизации в эти фрикционные материалы добавляется сера. Путем изменения количества каучука и серы или путем добавления специальных мягчителей можно получить эластичные фрикционные материалы, применяемые в таких узлах, где происходит значительная деформация накладок (например, в ленточных тормозах). При температурах 250—300° С каучук начинает деструктировать, что приводит к снижению износостойкости фрикционного материала и уменьшению его механической прочности. Поэтому в ряде типов фрикционных материалов на каучуковом связующем применяют армирование накладок для увеличения их механической прочности.

Некоторые асбофрикционные материалы, например накладки фирмы Райбестос, имеют коэффициент трения покоя меньший, чем коэффициент трения движения, вследствие чего переход от покоя к движению происходит без характерных скачков с относительно плавным возрастанием тормозного момента до значения, соответствующего коэффициенту трения движения (фиг. 334, б). Тормозные моменты для тех же накладок, соответствующие величине коэффициента трения покоя (при страгивании барабана с места) и движения (при движении барабана с установившейся скоростью проворачивания), показаны на фиг. 335.

Асбофрикционные материалы .................. 527

Асбофрикционные материалы

Вкладыши подшипниковые Фрикционные материалы . . Асбофрикционные материалы ........

Известны формованные материалы на каучуковом связующем, смоляном и комбинированном. Материалы на каучуковом связующем отличаются высоким коэффициентом трения и износостойкостью при сравнительно невысоких температурах (200—250° С). При работе в тяжелонагруженных узлах трения при более высоких температурах каучуковые асбофрикционные материалы имеют недостаточную теплостойкость и вследствие этого низкий коэффициент трения и повышенный износ.

Так как асбофрикционные материалы обычно используют в паре с чугунами и сталями, некоторые физико-механические и теплофизические характеристики таких металлов, которые необходимы для расчета температур, берут из специальных справочников, а также из [8, 12, 29]. Кроме того, такие данные по ряду материалов имеются в I и II томах справочника «Трение, изнашивание и смазка». Данные по асбофрикционным материалам приведены в гл. 4.

Испытывали следующие асбофрикционные материалы: НСФ-1, НСФ-2А, НСФ-8, НСФ-6 (ГОСТ 1786—74*), 6КФ-Ю (ГОСТ 15960—79). Эти материалы существенно различаются по составу, структуре и свойствам. В качестве критерия оценки влияния структуры чугунов на фрикционно-износные свойства асбофрикционных материалов принимали уровни коэффициента трения и износа и их коэффициенты вариации.

Вследствие громоздкости макромолекул полимерной матрицы асбофрикци-онного материала перемещение и перестройка их взаимного расположения в значительном объеме не может происходить мгновенно и требуют известного промежутка времени. При большой скорости деформации протекание процессов перестройки запаздывает, поэтому асбофрикционные материалы при динамических испытаниях разрушаются хрупко, почти без остаточных деформаций.

1 Необходимо отметить, что применение «Ретинакса» в тормозных устройствах других машин при легких и средних условиях работы не выявило достаточно высокого его преимущества перед другими типами асбофрикционных материалов. Высокие фрикционные свойства материала «Ретинакс» выявляются особенно ярко при тяжелых и весьма тяжелых условиях работы тормоза.

для наиболее тяжелонагруженных тормозов. Однако при работе-в более легких условиях (при нагреве не более 300° С, скорости до 5 м/сек и давлении до 8 кГ/см2) некоторые другие виды асбофрикционных материалов имеют в отношении износоустойчивости и стабильности коэффициента трения более высокие показатели.

ко все более широкому использованию таких материалов, менее подверженных термической усталости, чем обычные металлокерамики. Износостойкость их в 3—10 раз выше, чем материалов на асбестовой основе. Метал локер амические и мине-ралокерамические материалы обладают меньшим изменением фрикционных свойств и износоустойчивости, чем асбофрикцион-ные материалы на органическом связующем. Так, на фиг. 321 показано изменение коэффициента трения и износа металлокера-мического материала (кривая /) и асбофрикционного материала с органическим связующим (кривая 2) в зависимости от изменения температуры для одинаковых условий работы [184]. Металло-керамические материалы допускают давления до 28 кГ/см* вместо 1,5—8 кГ/см2, принимаемых для асбофрикционных материалов.

Из асбофрикционных материалов для работы в масляной ванне пригодны фрикционные материалы на органическом комбинированном или смоляном связующем. Эти материалы не изменяют своих физико-механических и фрикционных свойств от длительного пребывания в масле. У фрикционных материалов на каучуковом связующем при работе в масле с течением времени значительно снижаются механическая прочность и коэффициент трения. Поэтому их нельзя рекомендовать для использования в таких условиях. Диски контртела для асбофрикционных материалов изготовляют из чугуна или из стали с твердостью поверхности трения НВ > 200.

Для улучшения условий смазки и удаления продуктов износа на поверхности фрикционного материала делаются каналы, общая площадь которых достигает при использовании металлокерамики 47%, а при асбофрикционных материалах 10—16% (вследствие меньшей механической прочности асбофрикционных материалов). Форма каналов может быть кольцевой, концентричной, радиальной или спиральной. При гладких (без каналов) дисках коэффициент трения имеет несколько большее значение из-за выдавливания смазки и перехода от трения граничного к трению сухому. Но при этом существенно снижается износостойкость трущейся пары. Наличие радиальных каналов способствует подаче смазки к поверхности трения. Коэффициент трения при этом уменьшается, а износостойкость увеличивается. Одновременное применение спиральных и радиальных каналов (направление спирали должно быть противоположно направлению вращения дисков) обеспечивает наилучшую подачу смазки

ЯФ — фактическое давление между поверхностями трения. Таким образом, коэффициент трения скольжения зависит от фактической площади контакта, от начального напряжения сдвига и от вязкости. Вследствие значительно более высоких физико-механических свойств металлического элемента пары по сравнению со свойствами асбофрикционных материалов можно с достаточной степенью точности считать, что именно фрикционный материал будет передеформироваться по отношению к металлу, и тогда параметры уравнения (131) нужно отнести к фрикционному материалу. При этом фактическое давление q$ в первом приближении следует считать за твердость фрикционного материала. В уравнении (131) начальное сопротивление сдвигу т0) вязкость TJ,

Таблица Значения коэффициента трения скольжения асбофрикционных материалов при различной температуре

Приведенная на фиг. 331, а виброграмма изменения тормозного момента тормоза ТК-200 с накладками из металлокерамических материалов свидетельствует о практической неизменности тормозного момента. Однако, если температура поверхности трения оказывалась ниже 100° С, тормозной момент (коэффициент трения) увеличивался к концу торможения примерно на 20% по сравнению с минимальным значением его в процессе торможения (фиг. 331, б). Определяющее влияние температуры нагрева на коэффициент трения асбофрикционных материалов и существование определенной критической температуры для каждого фрикционного материала подтверждаются опытами, проведенными в ИМАШ АН СССР на машине И-47 [179], [180]. Значения критической температуры для фрикционных материалов на каучуковой основе лежат в пределах 200—220° С, для материалов на смоляной основе — в пределах 260— 280° С. Значения коэффициента трения для некоторых типов фрикционных материалов в зависимости от температуры нагрева,

Изменение величины коэффициента трения покоя. На фиг. 332 показано изменение величины коэффициента трения покоя по мере изменения давления для различных фрикционных материалов при трении по стальному шкиву, имеющему твердость поверхности трения ЯВ415. При опытах было установлено, что для большинства асбофрикционных материалов величина коэффициента трения покоя выше величины коэффициента трения движения. Разница между величинами коэффициента трения покоя и коэф- 0,7 фициента трения движения при скорости 1—1,5 см/сек обычно составляла 5—10%, но иногда достигала 15—30%. Таким образом, величины тормозных статических моментов значительно превышают величины расчетных тормозных моментов, подсчитанные по рекомендованным значениям коэффициента трения движения. Переход от статического трения (коэффициент трения покоя) к трению кинетическому происходит обычно не плавно, а скачкообразно. Вследствие упругости контакта двух тел, скользящих одно относительно другого, возникают скачки при трении, объясняемые периодически повторяющимися процессами возникновения и последующего исчезновения упругих напряжений (релаксационные колебания). Эти скачки возникают только в том случае, если сила трения покоя превышает силу трения при установившемся движении. Величина скачков (амплитуда релаксационных колебаний) определяется интенсивностью роста силы трения покоя при увеличении времени неподвижного контакта, при совместном движении соприкасающихся тел, а также интенсивностью уменьшения силы трения скольжения с увеличением скорости относительного движения. В ряде случаев эти колебания оказывают отрицательное влияние на процесс торможения, нарушая нормальную работу всей машины. Примером таких отрицательных влияний может служить эффект «дергания» в автомобиле, выражающийся в виде резких рывков или вибраций, появляющихся в момент включения фрикционного сцепления при трогании автомобиля с места. Эти же колебания приводят к появлению так называемого «писка» тормозов в процессе торможения. Релаксационные колебания изучались многими отечественными

На износ поверхности трения тормозного шкива значительно влияет высокий градиент температуры слоев металла, отстоящих на разных расстояниях от поверхности трения. Вследствие разно сти температур этих слоев возникают многократно повторяемые температурные напряжения, приводящие к отслаиванию тонких слоев металла тормозных шкивов в машинах тяжелого режима работы и к появлению на поверхности грения микроскопических трещин, которые со временем увеличиваются и образуют «сетку», снижающую прочность поверхностного слоя. Исследование трения асбофрикционных материалов по стальному шкиву с поверхностью трения, закаленной или цементированной на глубину 1,2 мм, показало, что износоустойчивость стальных поверхностей в значительной мере зависит от содержания углерода в стали: цементированная сталь оказалась более износостойкой, чем закаленная сталь, и менее чувствительной к изменению условий трения. Однако при твердости НВ ]> 350 износ поверхности шкива был ничтожен для обоих методов обработки. Таким образом, испытания показали, что поверхностная закалка тормозного шкива токами высокой частоты, азотированием, цианированием или цементированием более способствует повышению износостойкости шкива, чем обьемная закалка. В случае применения вальцованной ленты металлический элемент должен быть выполнен из чугуна или стали с твердостью поверхности трения не менее НВ 250. Более низкая твердость стального элемента приводит к задирам на рабочих поверхностях, быстро выводящим металлические элементы пары из строя.

Из асбофрикционных материалов, применяемых для тормозов и сцеплений, представляют интерес три материала: эскол, бКВЮиретинакс (ГОСТ 10851—64).