Май 2019
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Апр    
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Приведем некоторые результаты сравнительного исследова­ния четырех типов фрикционных материалов. Все материалы ис­пытывались при трении по стали 35Г2, закаленной и отпущенной до НВ 280. Подобная сталь применяется для корпусов погло­щающих аппаратов. Испытания показали, что лучше других удовлетворяют требованиям два фрикционных материала: ме­таллокерамика типа ФМК-Н и пластмасса ретинакс ФК-16Л.

Металлокерамика типа ФМК-11 (на железной основе) содер­жит графит, барит, асбест и кремнезем. Ретинакс ФК-16Л пред­ставляет собой асбосмоляную композицию, в состав которой, кроме связующего — фенолформальдегидной смолы, входят также асбест, барит и латунь. Оба фрикционных материала в на­стоящее время применяются в тяжелонагруженных фрикцион­ных узлах, например, в тормозах авиаколес. Подробнее свой­ства этих материалов описаны в работе И. В. Крагельского [12].

Испытаниями специальных материалов на приборе (см. фиг. 15) были получены их основные фрикционные характери­стики. Так, на фиг. 63 представлены зависимости коэффици­ента трения от скорости скольжения при удельном давлении р = = 440 кГ/см2 и различных начальных скоростях удара и0. Из графиков видно, что коэффициент трения зависит от начальной скорости удара. Для пары сталь — ретинакс ФК-16Л (фиг. 63, а) .коэффициент трения монотонно уменьшается при увеличении скорости скольжения. Для пары сталь—металлокерамика ФКМ-11 (фиг. 63, б) кривая!=!(&) имеет в средней части ми­нимум. Сопоставляя приведенные данные с соответствующими зависимостями для пары трения сталь—сталь (фиг. 63, в), заме­тим, что коэффициент трения у пар сталь—материалы ФКМ-11 и ФК-16Л изменяется в процессе удара в значительно меньшей степени. Кроме того, у этих пар коэффициент трения в конце

Удара при скоростях, близких к нулю, не возрастает резко, что свойственно работе пары сталь—сталь. Пиковый характер на­растания силы трения в конце удара, связанный обычно со схва­тыванием трущихся поверхностей, приводит к ухудшению сило­вой характеристики аппарата, т. е. росту максимальной силы удара, а также способствует появлению скачков силы, сниже­нию стабильности работы амортизатора и поэтому является: весьма нежелательным.

При работе материалов типа ФМК-11 и ФК-16Л совершенна отсутствовало прилипание, характерное для стальных поверхно­стей и обусловленное значительным молекулярным схватыва­нием [35]. Это является важным преимуществом указанных ма­териалов, так как позволяет устранить весьма опасное в экс­плуатации явление заклинивания амортизатора.

Характерно, что далеко не все специальные фрикционные материалы обладают выгодными фрикционными свойствами; так, на фиг. 63, г представлен график зависимости коэффициента трения от скорости для сочетания стали с металлокерамическим материалом ФМК-8. В этом случае коэффициент трения в про­цессе удара изменяется в значительной степени, окончание скольжения сопровождается резким возрастанием фрикционного сопротивления. Поверхности трения при работе этого сочетания

Несут следы интенсивного разрушения: глубинное вырывание в местах контактного схватывания, образование наростов.

При оценке свойств фрикционных материалов целесообразно учитывать следующие показатели.

Важной характеристикой работы фрикционной пары при нестационарном режиме обычно является величина среднего ко­эффициента трения /с/7 [41]. Эта величина определяется из ус­ловия равенства фактической работы трения при ударе (при переменном коэффициенте трения) и работы трения на том же перемещении при условно постоянном коэффициенте трения, равном /ср. Величину /ср удобно использовать при приближен­ных расчетах амортизаторов, когда не учитывается изменение коэффициентов трения от скорости. Расчетный коэффициент тре­ния /9 (табл. 5) по существу представляет собой коэффици­ент /Ср*

При оценке степени изменяемости коэффициента трения в процессе удара целесообразно использовать введенный впер­вые в работе [14] показатель стабильности коэффициента тре­ния Я, представляющий собой отношение среднего коэффициента трения к максимальному, т. е.

Л = -£*-. (244)

/шах

Лучшим считается фрикционный материал, для которого ве­личина коэффициента К — наибольшая (предельное значение

К — 1) 9 КОГДа УСр —Углах*

В качестве критерия износостойкости того или иного фрик­ционного материала может быть использована величина удель­ного весового износа <7, представляющая собой отношение об­щего весомого износа фрикционного материала / к суммарной энергии 5, введенной в процессе испытаний:

Я = ~Э мг/тм. (245)

В табл. 12 приведены значения параметров /сру к и 9 для раз­личных фрикционных материалов и стальных образцов, полу­ченные в результате испытаний.

Данные табл. 12 также указывают на существенные преиму­щества отмеченных выше сочетаний, в особенности сочетания

Стали с металлокерамикой ФМК-11, по сравнению с другими фрикционными парами. При хорошей износостойкости этот ма­териал обеспечивает достаточный по величине и мало изменяю­щийся коэффициент трения.

Положительные свойства материалов ФМК-П и ФК-15Л мо­жно объяснить с точки зрения современных представлений о тре­нии следующими особенностями их работы. Как известно, пове­дение фрикционного материала определяется главным образом

151

Температурным режимом узла трения. Температурный режим фрикционного амортизатора, как показали исследования [26], ха­рактеризуется следующим. Весь процесс несит характер тепло­вого удара; максимальные температуры, достигающие 500— 550° С, действуют в течение весьма короткого времени, поэтому тепло не успевает распространяться в глубь материала и погло­щается тончайшим поверхностным слоем. Градиент темпера­туры по глубине весьма большой— 1000— 1500 град/мм, а объ­емная температура практически неизменна.

Таблица 12

Параметры

Значения величин / , X и <7 для материалов

Ср

ФМК-11

ФК-16Л

ФМК-8

Сталь 45

Средний коэффициент

Трения /ср……………………….

Показатель стабиль­ности коэффициента

Трения X……………………….

Удельный весовой износ <7 в мг/тм. . .

0,34-0,37

0,90—0,92

38

0,31—0,36

0,80—0,90

69

0,25—0,36

0,60—0,85

270

0,38—0,49

0,65—0,80

39

подпись: параметры значения величин / , x и <7 для материалов
ср
 фмк-11 фк-16л фмк-8 сталь 45
средний коэффициент
трения /ср 
показатель стабильности коэффициента
трения x 
удельный весовой износ <7 в мг/тм . . . 0,34-0,37
0,90—0,92
38 0,31—0,36
0,80—0,90
69 0,25—0,36
0,60—0,85
270 0,38—0,49
0,65—0,80
39

В таких условиях устойчивое значение коэффициента трения при изменении внешних параметров — скорости и давления — может, очевидно, обеспечиваться лишь материалами, обладаю­щими высокой сопротивляемостью тепловому удару и высокой теплостойкостью. Достаточная износостойкость при этом дости­гается обычно за счет образования в процессе трения пластич­ного и стойкого к передеформированию рабочего слоя со специ­альными свойствами [8] и [12]. В условиях весьма больших температурных градиентов особенно важно, чтобы все фрикцион­ные процессы локализовались в этом рабочем слое, т. е. необ­ходимо, чтобы прочность слоя была меньше прочности нижеле­жащих слоев. При работе фрикционных материалов типа ФМК-11 и ФК-16Л на поверхностях трения постоянно наблюда­лось образование такого рабочего слоя [26]. Кроме того, на по­верхностях трения отсутствовали следы макроразрушений, на­блюдался полировальный эффект. Образованием теплостойкого рабочего слоя, обеспечивающего также достаточную сопротив­ляемость материала тепловому удару, видимо, и объясняются: положительные свойства этих пар трения.

Исследования различных вариантов фрикционных пар в ус­ловиях ударного трения показали, что представляется возмож­ным получить специальные фрикционные материалы для амор­тизатора удара с еще лучшими свойствами.

Особые физико-механические свойства фрикционных ма­териалов предъявляют специфические требования к кон­

Струкции амортизатора, из которых необходимо отметить следующие:

1) фрикционный материал, как правило, должен приме­няться в качестве накладок на стальные элементы;

2 ) поверхности трения должны быть возможно большими для уменьшения удельных давлений;

3) соприкасающиеся поверхности трения фрикционного ма­териала и стали должны быть механически обработаны для уменьшения износа и срока приработки.

Исследование работы

Фрикционных материалов про­водилось не только в лабора­торных условиях, но и в на­туре— в поглощающих аппа­ратах автосцепного устрой­ства. Испытания на копровой установке и при соударении вагонов подтвердили основные выводы о возможности значи­тельного повышения стабиль­ности работы и улучшения других — свойств поглощающих аппаратов.

На фиг. 64 приведены опыт­ные силовые характеристики поглощающего аппарата с ме­талл окерамическими наклад­ками из материала ФМК-11, полученные при испытаниях на копровой установке с падающим грузом весом 4 т. У опытных аппаратов практически отсутствовало скачкообразное изменение силы при ударе, поэтому силовые характеристики стабильны и монотонны. Система кривых указывает на некоторую зависи­мость коэффициента трения от скорости скольжения, что отме­чалось и при лабораторных испытаниях.

Обработка результатов опытов дала следующие значения ко­эффициентов трения /&, определенных по энергии, поглощенной аппаратом при ударе: для металлокерамики ФМК-11 /*=0,38-^- — т-0,40; для ретинакса ФК-16Л =0,30-^0,31. В обоих случаях ка вспомогательных (стальных) поверхностях трения коэффи­циент трения принимался постоянным и равным [всп=0,20.

Высокая стабильность работы аппарата проявлялась в ма­лом разбросе величины максимальной силы при повторных оди­наковых ударах. Так, по результатам специальных испытаний ударами с энергией *9 = 3400 кем была получена величина ва­риационного коэффициента по силе =0,026%, что намного

Меньше, чем у поглощающих аппаратов Ш-1-Т. Кроме того, при

Работе рассматриваемых аппаратов полностью отсутствовало явление заклинивания, свойственное аппаратам с обычными стальными поверхностями трения.

Фрикционные вставки из металлокерамики обладают необхо­димой прочностью и износостойкостью. Металлокерамика типа ФМК-П с некоторыми изменениями по своему составу может быть рекомендована для поглощающих аппаратов автосцеп — ного устройства [26]: Прочность пластмассы ретинакс ФК-16Л, как показали натурные испытания, является недостаточной. По — видимому, применение этого материала в поглощающих аппа­ратах будет возможно в случае, если удастся значительно сни­зить величины рабочих удельных давлений. Необходимо и в дальнейшем исследовать возможность применения специаль­ных фрикционных материалов для амортизаторов.

Оставить комментарий