В діяльності людини нерідко використовуються механічні пристрої. Надійність роботи рухомих деталей у будь-якому механізмі забезпечується зменшенням тертя і деформації. Для цього застосовують особливі матеріали, звані антифрикційними. Основне їх призначення – зменшувати коефіцієнт тертя, полегшуючи ковзання рухомих поверхонь механізмів. У цій статті будуть розглянуті антифрикційні властивості різних матеріалів, що використовуються для цих цілей.
Види тертя
Тертя виникає при русі тіл, що стикаються один з одним. Розрізняють два основних види:
- Сухе – поверхні твердих тіл безпосередньо стикаються. Воно спостерігається у пасових і фрикційних передачах.
- Рідинне – коли між деталями механізмів знаходиться масляний шар рідини і тіла не стикаються. Зустрічається в подпятниках, підшипниках.
А також розрізняють проміжні види тертя: напівсухе та полужидкостное.
Щодо руху тіл відзначаються наступні типи тертя:
- спокою – виникає при відносному спокої тіл;
- ковзання – проявляється при відносному русі механізмів;
- кочення – зовнішнє тертя при коченні тел.
В залежності від виду тертя для поверхонь тіл підбирається матеріал з певними антифрикційними властивостями.
Види матеріалів, які використовують для зменшення тертя
Всі антифрикційні матеріали, що забезпечують низький коефіцієнт тертя, підрозділяють на:
- Металеві – використовуються сплави з трьох металів, у складі яких є мідь (бабіти). Призначаються для роботи в режимі рідкого тертя.
- Порошкові створюються на основі заліза і міді з додаванням графіту і сульфідів. Використовуються в підшипниках ковзання.
- Самозмазуючі спечені – для виготовлення застосовують матеріали різних комбінацій із заліза з графітом, міддю і бронзою. Служать для виробництва підшипників ковзання при невеликих швидкостях і при відсутності ударних навантажень. Хороші антифрикційні властивості дозволяють їх встановлювати в місцях, де складно проводити змащування.
- З твердими змащувальними складовими – в якості тонкого шару на поверхню деталей наносяться частинки твердого мастильного речовини, що складається з хлоридів, оксидів металів, фторидів, пластмаси. Вироби працюють при підвищених швидкостях ковзання.
- Неметалічні – виготовляють з пластмас: термопластичних і термореактивних. Використовують для підшипників гребних гвинтів, прокатних станів.
- Металополімерні – складаються з неоднорідних компонентів. Їх підрозділяють на матричні, дисперсні і шаруваті. Застосовуються для виробництва підшипників ковзання, зубчастих коліс і зірочок.
- Мінерали – використовують природні (агат) і штучні (корунд). Виготовляють маленькі зносостійкі підшипники для тахометров, годин, гіроскопів.
Кожен матеріал знаходить своє застосування для виробництва деталей згідно його антифрикційними властивостями.
Сплави з малим коефіцієнтом тертя
З таких сплавів виготовляють вкладиші підшипників тертя, тому вони зобов’язані мати:
- Малий коефіцієнт тертя порівняно з матеріалом валу, який найчастіше роблять із загартованої сталі.
- Гарну теплопровідність.
- Стійкість до корозії.
- Невелику твердість.
- Властивість, що дозволяє утримувати мастило.
Для задоволення перерахованих властивостей у структуру сплаву повинні входити метали з антифрикційними властивостями, що володіють підвищеною м’якістю й пластичністю основи. А в неї вже вкрапляются тверді частинки, що складаються з хімічних сполук. В такому випадку вал швидко прирабатывается до підшипника, на ньому від твердих частинок з’являються маленькі канавки, які заповнюються мастилом і за якими видаляються продукти зносу. За основу беруться олово, свинець, мідь, кадмій, вісмут, а вкраплення роблять із сплавів сурми і міді.
Використання бронзових сплавів у вузлах тертя
Бронзою називають сплав міді з різними металами, в склад яких може входити олово, алюміній, кремній, свинець, берилій і безліч інших добавок. В залежності від процентного вмісту того чи іншого входить до її складу елемента бронзу називають олов’яної, алюмінієвої, свинцевої. Бронзи мають досить широке застосування при виготовленні виробів, які використовуються при підвищеному терті. Найкращими вважаються бронзи з антифрикційними властивостями, виготовлені на основі олова.
Особливо добре себе заявили олово-фосфористые, з яких виготовляють вкладиші опор, що працюють під значним навантаженням і на високій швидкості. Єдиний недолік – дорожнеча, тому на зміну їм приходять алюмінієві і свинцеві бронзи. При роботі в агресивному середовищі нерідко використовують для втулок підшипників бронзи з алюмінію. Вони, крім стійкості до тертя, володіють хорошою корозійною стійкістю. Малий коефіцієнт тертя забезпечує свинець. З таких матеріалів виготовляють вкладиші підшипників для роботи при підвищеному тиску і великої швидкості.
Антифрикційні сплави: склад і властивості
В промисловості для виготовлення деталей механізмів використовуються різні сплави, що володіють невеликим коефіцієнтом тертя:
- Латунь – це сплав, основними компонентами якого є мідь і цинк. До її складу можуть входити складові у вигляді алюмінію, олова, свинцю, марганцю та інших елементів. По міцності і маленькому коефіцієнту тертя вона поступається бронзі і знаходить застосування у виготовленні підшипників ковзання, що працюють на малих швидкостях.
- Бабіт – складні сплави, що мають різний склад і фізичні властивості, але складаються з однієї м’якої основи: олова або свинцю з твердими домішками із сплавів, лужних металів, міді або сурми. Завдяки м’якій основі, підшипники добре підлаштовуються до валу, а тверді добавки збільшують зносостійкість. Високі антифрикційні якості бабіта, але більш низька міцність, ніж у бронзи і чавуну дає можливість їх використовувати тільки для нанесення тонким шаром на поверхню виробів.
Властивості масел
Для того щоб гарантувати надійність і ефективність роботи тертьових деталей, зниження тертя ковзання використовують мастильні масла. Всі вони класифікуються за:
- походженням;
- способу отримання;
- призначенням.
Мастильні масла виконують наступні функції:
- знижують тертя між дотичними поверхнями деталей;
- зменшують знос і попереджають задираки;
- забезпечують відведення тепла від тертьових деталей;
- захищають від корозії.
Антифрикційні властивості масел полягають у їх здатності зменшувати кількість енергії на тертя. В’язкість є основним показником цих властивостей і визначається вуглецевим і фракційним складом. Для поліпшення якості масел випускаються різні антифрикційні присадки, які дозволяють підвищити потужність, продовжити роботу агрегату, знизити навантаження. Вони підсилюють властивості масел, збільшуючи терміни заміни мастильного складу. Антифрикційні присадки сприяють створенню захисного шару при взаємодії деталей, вирівнюють їх поверхні і згладжують тертя. Створюючи маслянисту міцну плівку, вони знижують знос деталей.
Антифрикційні властивості эпоксиполимеров
Епоксидні полімери являють собою в’язкі рідини, які тверднуть при додаванні в них різних органічних речовин. Вони мають високу механічну міцність, використовуються для зчеплення бетону, металу, скла та дерева. Завдяки таким властивостям їх застосовують для виробництва металополімерних деталей, виробляючи втулки, ролики, шестірні, підшипники і муфти.
Наповнювачі надають виробам з епоксидних полімерів високі антифрикційні характеристики. Деталі можуть працювати без змащення, якщо використовувати змочування водою. Покриття стійкі до атмосферних умов і до хімічних середовищ.
Неметалеві антифрикційні матеріали
Для підшипників ковзання нерідко використовують пластмаси двох видів:
- Термореактивні – до них відноситься текстоліт, який йде на виготовлення підшипників прокатних станів, гребних гвинтів та гідравлічних машин. Деталі здатні витримувати важкі умови, змащуються і охолоджуються водою.
- Термопластичні – широке використання отримали поліаміди: фторопласт, капрон, анід. Гідності – це високі антифрикційні властивості матеріалів, стійкість до корозії і гарний опір до зносу при високих навантаженнях і швидкостях ковзання.
Для зменшення тертя між деталями вводять різні наповнювачі у вигляді твердих мастильних матеріалів, які при експлуатації на поверхні створюють структуру рідких кристалів. Варто зауважити, що у фторопласту дуже малий коефіцієнт тертя, але недоліком вважається поганою відведення тепла і плинність під навантаженням, тому його застосовують разом з іншими матеріалами.
Висновок
Антифрикційні матеріали годяться для виготовлення вкладишів підшипників, які легко замінюються при їх зносі. Сировина для виробу повинно мати більший коефіцієнт тертя, тобто при зіткненні деталей важко замінима частина механізму залишається без ушкоджень. Це відбувається тільки в тому випадку, коли матеріал цінного деталі наділений відмінними антифрикційними властивостями перед аналогом.
