2105
.pdf
полутвѐрдые,
полужидкие,
жидкие,
газообразные.
Требования к cмазкам.
Приведенные в предыдущих разделах взаимосвязи между трением, износом и смазкой очень важны для понимания этих понятий и необходимы в качестве основы для разработки и формулировки требований к смазочным материалам. Требования будут различными в зависимости от каждого конкретного случая и зависят от, можно рассчитать необходимые требования к смазке. Среди этих требований различают основные и дополнительные требования.
-механизма
-нагрузки
-температуры
-скорости
-геометрических пропорций
-необходимого срока службы
-материалов
-сочетания материалов
-совместимости с окружающей средой
Следовательно, необходимо разработать стратегию решения, для того чтобы:
1.Сформулировать требования к специализированной смазке;
2.Оценить степень, до которой существующая смазка отвечает нужным требованиям, исходя из ее физических параметров.
21
3. В случае, если необходимы любые компромиссы, добиться оптимизации по требованиям к допустимой нагрузке по массе и физическим параметрам.
В процессе обсуждения вопроса о минимизации износа, принимая во внимание стадии трения, предпочтение всегда отдают решению в пользу гидродинамической смазки, так как при ней износ не возникает за счет обычного разделения сопряжѐнных поверхностей. Самое худшее, что может случиться при использовании этого типа смазки, это замена смазочного материала, либо непредвиденные условия эксплуатации, либо несовместимость задействованных подшипников, которые приводят к неэффективной работе смазки и, следовательно, к переходу на смешанное или жесткое трение с высокими степенями износа.
Для достижения стадии гидродинамической смазки требуются:
-минимальная вязкость
-минимальная для гидродинамической смазки скорость вращения
Однако, существование множества самых различных типов условий эксплуатации (например, крайне низкая гидродинамическая скорость вращения; прерывистый режим работы) может означать, что достижение стадии гидродинамической смазки не всегда возможно, поэтому для обеспечения разделения сопряженных поверхностей в таких условиях эксплуатации необходимо использовать подходящие присадки (например,
EP-присадки в случае с трансмиссионными маслами) или особые свойства смазок для так называемых «аварийного запуска» или «сухого запуска».
22
Кроме того, смазочный материал должен отвечать всем требованиям,
возникающим, исходя из условий эксплуатации и других влияющих факторов.
Исходя из структуры трибологической системы и взаимосвязей между ее элементами (см.
Основные требования к cмазкам
Основным требованием к смазке должна быть способность передавать действующие силы с минимальным износом. Чем больше износ, тем меньше будет срок службы задействованных в механизме деталей.
Для этого необходимо полное разделение соприкасающихся поверхностей либо посредством эффективной вязкости жидкого или густого смазочного материала (гидродинамической смазки), либо за счет функциональных прослоек, образованных либо с помощью химической реакцией, либо за счет твердых смазочных материалов, нанесенных в процессе работы или перед вводом механизма в эксплуатацию.
Только полное разделение сопряженных поверхностей подшипника обеспечивает его приемлемую работу с низким износом.
Дополнительные требования к смазкам
Дополнительные требования включают в себя все шаги, обеспечивающие способность смазывающей плѐнки, осуществляющей передачу силы,
оставаться работоспособной с момента ввода деталей механизма в эксплуатацию или с момента их сборки вплоть до момента замены смазки или до окончания их срока службы, изначально рассчитанного для них при разработке. Необходимо учитывать все взаимодействия между элементами
23
трибологической системы, участвующими в процессе трения. Изменения в
смазочных материалах могут происходить в результате:
-взаимосвязей между узлом трения и окружающей средой (задействованные элементы: промежуточный материал и окружающая среда)
-физического и других воздействий, в зависимости от условий эксплуатации внутри данного узла трения (задействованные элементы: основная поверхность, противодействующая поверхность и промежуточный материал),
-особых условий эксплуатации (задействованные элементы: промежуточный материал, общая нагрузка)
Частные случаи влияющих факторов, проиллюстрированные на конкретных примерах, будут представленны далее.
7.Пластические смазки.
Пластичный смазочный материал (ПСМ) состоит из жидкой основы
(смазочное масло) и загустителя (обычно мыла жирных кислот). Загуститель образует жесткий полимерный каркас, в ячейках которого удерживается жидкое масло. При небольших нагрузках они ведут себя как твердые тела — не растекаются, удерживаются на наклонных и даже вертикальных плоскостях. Превышение критических нагрузок приводит к текучести ПСМ;
при снятии нагрузок их упругие свойства восстанавливаются; с увеличением скорости деформирования их вязкость резко снижается.
Достоинства ПСМ: способность удерживаться в негерметичных узлах
(открытые зубчатые передачи); работоспособность в широком диапазоне температур, нагрузок и скоростей; для некоторых сортов возможность контакта с водой; большая экономичность применения;
высокая стабильность работы и ресурс узлов трения.
24
Недостатки: плохая охлаждающая способность, более высокая склонность к окислению, сложность подачи в зону трения, а также трудность удаления продуктов изнашивания.
Области преимущественного применения ПСМ: в узлах трения с малым тепловыделением; в трудно герметизируемых подвижных соединениях; в
узлах, требующих надежной герметизации, работающих в широком диапазоне температур, нагрузок, скоростей; для длительной консервации.
ПСМ широко применяют во многих отраслях техники, для которых разработаны продукты целевого назначения. Разнообразие условий применения ПСМ определяет их большой ассортимент; в настоящее время в нашей стране выпускают около 200 сортов ПСМ. Типичным примером применения ПСМ являются подшипники качения.
В качестве смазочных материалов, кроме минеральных масел, широко применяют пластичные смазочные материалы. Их широкое применение обуславливается тем, что при малых нагрузках эти смазки ведут себя подобно твердым телам, т. е. сохраняют форму и упруго деформируются; при больших нагрузках в них развивается вязкое течение. Такие свойства пластичных смазочных материалов связаны с их строением — состоящая из мельчайших частиц загустителя пространственная структура типа губки,
поры которой заполнены маслом. Свойства пластичных смазочных материалов в основном определяются типом загустителя и оцениваются по параметрам, приведенным ниже.
Вязкость — свойство, позволяющее заправлять материал в механизмы машин, обеспечивающее их нормальную работу и уменьшающее потери мощности на трения.
Водостойкость — свойства смазки не разрушаться при соприкосновении с водой.
25
Температура каплепадения оценивается числом градусов Цельсия. Смазку можно применять при температуре на 15…20° С ниже их температур каплепадения.
Пенетрация, характеризующая степень мягкости пластичных материалов,
определяется числом пенетрации, получаемым на специальном приборе — пенетрометре.
Коллодийная стабильность характеризует возможность пластичных смазочных материалов выделять масла при длительном хранении.
Стабильность против окисления характеризуется степенью окисления пластичных смазочных материалов при использовании их в качестве консервационных покрытий на металлоизделиях.
Содержание механических примесей определяют путем фильтрации их раствора и взвешивания осадка.
Для обслуживания грузоподъемных машин наиболее распространены универсальные пластичные смазочные материалы.
Литиевые смазки применяют для смазки подшипников качения.
Смазочные материалы типа солидолов используют для смазывания поверхностей трения различных механизмов, работающих в средних условиях.
Пластичные натриево-кальциевые смазочные материалы предназначены для смазывания поверхностей трения, работающих при повышенных температурах в условиях нормальной влажности.
Активизированные пластичные материалы типа графитных смазок получают путем добавления в синтетический солидол 8… 10% тонкомолотого графита.
Они предназначены для смазывания тяжелогруженых механизмов.
Промышленность выпускает следующие пластичные смазки: жировую 1-13
ОСТ 38.01145—80; графитную УСсА (ГОСТ 3333—80); канатную (ГОСТ
20458—75); литол-24; ЦИАТИМ-202, ВНИИ НП-242; ВНИИ НП-260;
солидол жировой Ж (ГОСТ 1033—79).
26
В зависимости от условий применения установлены две марки солидола
(табл. 26): пресс-солидол Ж — для заправки узлов трения при помощи ручных солидоло-нагнетателей при температуре ниже —20 °С; солидол Ж — для заправки в разбираемые узлы трения, работающие при температурах —
50…+65 °С, и для заправки узлов трения при помощи ручных солидолонагнетателей. при температуре до —20 °С. И тот и другой солидол представляет собой однородную мазь без комков от светло-желтого до темно-коричневого цвета.
8.Твердые смазки.
Твердые смазочные материалы (ТСМ) обеспечивают смазывание трущихся поверхностей в экстремальных условиях (низкие или высокие температуры, вакуум), когда применение других смазывающих материалов невозможно. В настоящее время ТСМ применяют для предотвращения контактной коррозии в условиях малых или редких перемещений, для узлов трения с небольшим сроком службы, как присадки к смазочным маслам и к антифрикционным ПСМ. Обычно их используют в виде мелкодисперсных порошков — коллоидный графит,
дисульфиды (MoS2, WS2, Sb2S2), диселениды (WSe2, NbSe2, MoSe2), дииодид ы (Pbl2, Cdb), нитриды (BN), иодиды (Agl) и др.; твердосмазывающих покры-
тий (ВНИИ НП-209 и др.); мягких металлических покрытий (олово, серебро,
золото); наполнителя в самосмазывающихся композиционных материалах
(АМАН, ВАМК-23); присадок.
К недостаткам ТСМ следует отнести: трудность подачи порошкообразных материалов в зону трения; низкий теплоотвод; невысокие нагрузки и небольшой срок службы, особенно для покрытий; трудность удаления продуктов изнашивания из зоны трения.
27
9.Триботехнологии.
Триботехнология – это направление в технологии машиностроения и трибологии, предметом исследования и разработки которой являются технологические методы инженерии поверхностей ТС. В современной трибологии термин инженерия поверхности определяет быстро развивающуюся область технологий воздействия на поверхность, таких как нанесение покрытий, поверхностная обработка и модификация.
Триботехнология охватывает две крупные области приложения трибологии:
▪ изучение процессов формообразования деталей узлов трения,
обработки материалов разными методами во взаимосвязи с триботехническими характеристиками трибосопряжений; ▪ разработка технологических методов получения требуемых триботехнических характеристик поверхностей трения.
Задачи первой области – реализация процесса создания деталей ТС
(зубчатые, винтовые, цепные передачи и др.). При этом оптимизация условий фрикционного взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью путем рационального использования смазочно-
охлаждающих технологических сред, назначение рациональных режимов резания и параметров геометрии инструмента позволяют управлять качеством поверхности трения, повышать износостойкость инструментов и снижать энергетические затраты.
Задачи второй области применения триботехнологии – управление триботехническими характеристиками поверхностей трения – решается главным образом путем разработки специальных методов модифицирующей упрочняющей обработки. При этом модификация свойств поверхностных слоев трущихся деталей достигается модифицированием структуры или химического состава материалов. В
28
этой области триботехнология тесно смыкается с трибоматериаловедением как по решаемым задачам повышения триботехнических характеристик ТС, так и по используемым методам исследования.
10.Триботехнические материалы
Триботехнические материалы предназначены для применения в узлах трения с целью регулирования параметров трения и изнашивания для обеспечения заданных работоспособности и ресурса этих узлов. Основными видами таких
материалов являются:
смазочгные — смазки в твердой (графит, тальк), жидкой (моторные, |
||||||
трансмиссионные масла), газообразной (воздух, пары и другие газы) фазах; |
||||||
— антифрикционные — сплавы цветных металлов (баббиты, бронзы и др.), |
||||||
серый |
чугун, |
пластмассы |
(текстолиты, |
фторопласты |
и |
др.), |
металлокерамические |
композиционные |
материалы |
(бронзо-графит, |
||
железографит и др.), древесина и древесно-слоистые |
пластики, |
резины; |
|||
— фрикционные, имеющие большой коэффициент трения |
и |
высокое |
|||
сопротивление изнашиванию (некоторые виды пластмасс, |
чугунов и |
||||
металлокерамики и другие композиционные материалы). |
|
|
|
||
Инструментальные материалы отличаются высокими показателями твердости, износоустойчивости и прочности. Они предназначены для изготовления режущего, мерительного, слесарно-монтажного и другого инструмента (инструментальная сталь и твердые сплавы, алмаз, некоторые виды керамических материалов, многие композиционные материалы).
11.Тепловые процессы при трении.
29
Влияние температуры на фрикционно-износные и прочностные
характеристики пар трения.
Как следует из молекулярно-механической теории внешнего трения и усталостной теории изнашивания твердых тел. И.В. Крагельского фрикционно-износные характеристики и механические свойства материалов пар трения находятся в различных нелинейных функциональных зависимостях. При этом эти зависимости могут существенно меняться от режима трения и, в первую очередь, от теплового режима работы пар трения.
Экспериментальные исследования показали, что увеличение или снижение
нормального давления p a приводит к получению веера кривых
ƒ T =ƒ (υ max, p a ) и I = I (υ max, p a). При этом с увеличением нормального давления p a коэффициент трения скольжения снижается, а с уменьшением – увеличивается. При изменении скорости скольжения Vск веер кривых не образуется: вдоль оси абсцисс кривые фрикционной теплостойкости только удлиняются или укорачиваются. Не нарушая характера зависимости. Эти экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическим положением молекулярномеханической теории.
Таким образом, изменение нормального |
давления p a и скорости |
|
скольжения Vск |
значительно меньше влияет на изменение коэффициента |
|
трения ƒT и |
интенсивность износа I, чем |
воздействие максимальной |
температуры поверхности трения υ max.
Прочностные свойства материалов очень существенно зависят от температуры (влияние нагрузки, скорости, числа циклов нагружения значительно меньше).
В зависимости от условий и режима работы температура в объеме
(объемная температура) пар трения существенно различается. При одиночных режимах теплоимпульсивного трения, когда начальная температура узла трения не меняется, распределение температур в объеме в первом приближении зависит от количества и скорости передачи теплоты.
30