Разделение материалов деталей пар трения по их назначению

Трущиеся детали в зависимости от их назначения из­готовляют из конструкционных, фрикционных, износостойких и антифрикционных материалов широкой номенклатуры. Во мно­гих случаях материалы наносят в виде покрытия, пленок или накладок на остов из основного конструкционного материала. Иногда при специфических требованиях к электропроводности (скользящие контакты, ламели коллекторов электродвигателей), стойкости к воздействию химически агрессивных сред (газов, в том числе горячих; рабочих жидкостей в системах питания дви­гателей и ракет; кислот и щелочей) трущиеся детали изготовля­ют из сталей и других сплавов специального назначения, окис­лов металлов, металлокерамических и неметаллических мате­риалов.

Из конструкционных сталей изготовляют детали, которые должны удовлетворять условиям высокой прочности, жесткости или податливости и иметь на тех или иных участках поверхности трения. Это детали типа валов, пальцев, болтов шарниров, зуб­чатых колес и т. д. Из стали, а также из чугуна изготовляют си­ловые цилиндры, поршни, плунжеры и поршневые кольца. Чугун широко распространен как материал для станин, столов кареток, ползунов, направляющие которых подвержены трению; область применения его расширяется.

Фрикционные материалы — это материалы, которые в кон­такте с металлической поверхностью имеют высокий коэффи­циент трения. Применяются в тормозах и фрикционных муфтах валов, разделяются на органические (дерево, кожа, пробка, вой­лок), металлические (чугун, стали У6, У7, марганцовистая сталь и др.), асбестокаучуковые, пластмассовые (текстолит, асботек-столит, фибра), металлокерамические на медной и железной ос­новах. Подробные сведения о фрикционных материалах и про­блеме фрикционности приведены в работах [18, 28].

Износостойкими называют материалы, которые при трении даже в тяжелых условиях нагружения сравнительно мало изна­шиваются. К элементам конструкций, материал которых дол­жен иметь высокую износостойкость, относятся плунжерные пары, зубья ковшей экскаваторов и погрузчиков, зубки врубовых машин и угольных комбайнов, лемехи плугов и рабочие органы большинства технологических машин (скребки, цепи, рештаки, штампы и др.)- В качестве износостойких материалов использу­ют конструкционные стали, упрочненные по всему объему или по рабочим поверхностям деталей, специальные стали, чугуны, порошковые материалы, резину, пластмассы и др.

Из всех пар трения подшипники скольжения вызывали в свое время наибольшую трудность в обеспечении их длительной нор­мальной работы в силу высоких удельных нагрузок при сравни­тельно больших скоростях скольжения. Для таких подшипников были разработаны сплавы с малым коэффициентом трения, по­лучившие название антифрикционных (разумеется, при работе в паре со стальным валом). В дальнейшем любой подшипниковый материал (как металлический, так и неметаллический) с твердо­стью меньшей твердости сопряженной детали, стали называть антифрикционным.

Понятие «антифрикционность» включает комплекс свойств, которым должен удовлетворять подшипниковый материал: до­статочную статическую и динамическую прочность при повы­шенных температурах; способность образовывать прочный гра­ничный слой смазочного материала и быстро восстанавливать его в местах, где он разрушен; низкий коэффициент трения при несовершенной смазке; отсутствие заедания на валу в случае перерыва в подаче смазочного материала; высокие теплопро­водность, теплоемкость, прирабатываемость; хорошую износо­стойкость сопряжения; недефицитность и высокую технологич­ность. Сведения об антифрикционных материалах указаны в источниках [4, 7, 45].

Подшипниковых материалов, удовлетворяющих всем этим требованиям, нет. Так, прочность оловянных баббитов резко сни­жается с повышением температуры, что ограничивает их приме­нение в тяжелых условиях работы; прирабатываемость ряда антифрикционных бронз неудовлетворительна; неметаллические антифрикционные материалы имеют низкую теплопроводность. Каждый из подшипниковых материалов антифрикционен при оп­ределенных режимах трения. Об антифрикционности какого-ли­бо материала судят по его коэффициенту трения с сопряженной деталью при граничной смазке или другом режиме трения при прочих равных условиях, по объему повреждений поверхностей трения, по температуре этих поверхностей и вероятности заеда­ния или налипания материала и т. д.

Все пары трения, как правило, должны обладать антифрик-ционностью, под которой следует понимать комплекс свойств, которым должно удовлетворять сочетание трех тел: материалов пары трения и применяемого смазочного материала. Последний является таким же конструктивным фактором, как и материал детали. Заметим, что износостойкость является требованием, общим для всех материалов, в том числе и фрикционных, за ис­ключением приработочных покрытий.

Подходя к антифрикционности с общих позиций, в парах тре­ния трудно отделить антифрикционные материалы от износостой­ких. Пара поршневое кольцо — цилиндр должна быть износо­стойкой, иметь малый коэффициент трения и хорошо прираба­тываться, а кольцо должно еще иметь высокую упругость. При подборе материала кольца по показателю высокой износостой­кости пары всегда неявно имеют в виду и антифрикционность.

При подборе материалов для многих пар трения с точки зре­ния их антифрикционных свойств имеется возможность большо­го числа сочетаний материалов в отличие от пары трения вал — подшипник, где возможность варьирования материала вала ограничена.