9.2. Понятие износостойких и неизносостойких материалов

Каждый материал в зависимости от режима нагружения (нагрузки, скорости скольжения) может быть как износостойким, так и неизносостойким.

В процессе эксплуатации (старение машины) реальные нагрузки возрастают: увеличиваются зазоры, биения и т.п., происходит нарушение согласованности условий удовлетворительной работы узла трения (рис. 9.3).

Для каждого материала имеется вполне определённая форма и размеры зоны (рис.9.4). Зона I - это область реализуемых режимов, когда данный материал ведёт себя как износостойкий. Зоны II, III, IV -области режимов трения, где этот же материал ведёт себя как неизносостойкий. Для разных материалов размер и расположение зоны I различны. Только при согласовании всех четырёх факторов возможна удовлетворительная работа узла трения (с малыми потерями).

Условия удовлетворительной работы узла трения

Реальная нагрузка

Конструкция узла трения

Используемый материал трущихся тел

Окружающая среда

(смазка)

Рис.9.3. Условия удовлетворительной работы узла трения

Рис. 9.4. Схема расположения областей нормального трения и

износа для двух материалов

9.3. Основные направления совершенствования триботехнических свойств подшипников скольжения и качения

Подшипники качения. В подшипниках качения всегда присутствует площадь контактирования, где реализуется процесс относительного скольжения одной поверхности по другой. На это затрачивается значительная часть работы трения (помимо гистерезисных потерь, реализуемых в контактирующих телах). В качестве плакирующего материала используют медь, олово или серебро, которым заполняются впадины дорожек катания. Толщина плакирующих покрытий не превышает 1...2 мкм. Эта толщина находится в пределах внутренних отклонений размеров. Применение плакирующих элементов приводит к увеличению опорной поверхности контактирующих тел. Пластичные свойства тонкого покрытия выравнивают микронометрию поверхностного слоя, уменьшая среднее удельное давление, и снижают сопротивление сдвигу в случае масляного голодания в зоне контакта. Масляное голодание в зоне контакта в подшипниках качения наблюдается как в момент начала движения, так и в случае его вращения с большой скоростью. Пластичный слой на твёрдой поверхности качения снижает вероятность задира дорожек трения и интенсивность изнашивания подшипников качения (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Подшипник качения

Подшипники скольжения. Тенденции развития технологии производства подшипников скольжения за рубежом сводятся к использованию комбинации свойств контактирующих материалов (рис.9.6).

На поверхность основы накладывают порошок из баббита, излишки убирают (толщина этого слоя 1...2 мм). Далее подшипник помещают в камеру с нейтральным газом и нагревают до температуры 700 °С. Происходит процесс образования мостиков сваривания между этими частицами и основанием. Формируется пористый материал из частиц баббита. После образования мостиков сваривания поверхностный слой насыщают полимерами (тефлоном, тефлоном с частицами дисульфида молибдена или графитом). После образования этого слоя создаётся поверхностный слой толщиной 0,2…0,3 мм.

Рис. 9.6. Подшипник скольжения: 1 - несущий слой; 2 - промежуточный слой; 3 - слой легкого деформирования (антифрикционный)

Свойства таких подшипников:

1) лучшая теплопроводность за счёт отвода тепла из зоны трения по мостикам сваривания;

2) пластичный материал, заполняющий поры, пространства, сам является смазочным материалом;

3) по мере изнашивания поверхностного слоя 3 в контакт входит слой 2, состоящий из полимеров и баббита, который имеет более высокие механические свойства по отношению к слою 3 и обладает самосмазывающим эффектом (см. рис.9.6).

Нормальной эксплуатацией считается трение в условиях смазывания жидкими смазочными материалами.

Слой 3 снижает касательные напряжения, возникающие в несущем слое. Слои 2 и 3 предназначены для наиболее неблагоприятных условий трения, когда в трущихся парах появляются задиры и схватывания трущихся тел. Задиры менее опасны, если подшипники состоят из двух слоев - 1 и 3. Иногда 2 слой снижают до минимума или убирают вообще.

Подшипники, работающие без смазки, имеют ресурс, значительно меньший, чем подшипники, работающие в смазке. Кроме того, они ограничены по нагрузочной способности и скорости. По внешнему виду они похожи на подшипник, изображенный на рис. 9.7.

Рис. 9.7. Подшипник скольжения: 1 - несущий слой; 2 - промежуточный слой; 3 - слой легкого деформирования (антифрикционный)