Файл: Износа и смазки.pdf

119
Радиометрический метод основан на измерении радиоактивно- сти продуктов изнашивания, содержавшихся в смазочном материале, накапливающихся в масляном фильтре в результате износа радиоак- тивных деталей. Радиоактивность деталей создается введением ра- диоактивных изотопов в плавку или с помощью покрытия деталей радиоактивным слоем.
5.7. Метод поверхностной активации
Оценка величины износа методом поверхностной активации ос- нована на измерении снижения радиоактивности при изнашивании исследуемой детали, в которой на заданном участке создан ради- оактивный объем глубиной 0,05...0,4 мм путем облучения участка за- ряженными частицами (дейтронами протона, альфа-частицами).
Метод поверхностной активации предназначен для контроля из- носа деталей при стендовых и эксплуатационных испытаниях без разборки и остановки машины. Использование метода позволяет из- мерять малые износы, что сокращает время износных испытаний, ис- следовать динамику износа, автоматизировать контроль износа, из- мерять износ дистанционно.
При измерении износа крупногабаритных деталей находят при- менение специальные вставки, которые проходят поверхностную ак- тивацию, а затем устанавливают на изнашивающуюся поверхность.
Применение вставок из специальных сплавов позволяет довести общую продолжительность радиоактивности, достаточной для точно- го измерения износа в пределах 2…2,5 лет, что важно при натурных испытаниях.
Преимуществом метода поверхностной активации, несмотря на определенную сложность аппаратуры, является возможность получе- ния быстрой и достоверной информации о ходе процесса изнашивания и влиянии на износ режимов работы, смазки и других факторов.

120 электромагнитов (2), (3), в мостовой схеме. Регистрация износа осу- ществляется самопишущими или стрелочными приборами.
Основными достоинствами индуктивного метода измерения из- носа являются: высокая точность измерения, которая может конкури- ровать с точностью оптических измерений; простота устройства, на- дежность и большая продолжительность эксплуатации; возможность дистанционного измерения; возможность регистрации изменения ве- личины износа в процессе испытания в виде диаграммы; сравнитель- но низкая стоимость.
4 3
1 2
Рис. 5.5. Схема индуктивного датчика:
1 – якорь; 2, 3 – электромагниты; 4 – образец
К недостаткам этого метода следует отнести: сравнительную сложность электрических схем; влияние изменения частоты перемен- ного тока на показания датчика; зависимость показаний датчика от внешнего магнитного поля, напряжения сети и температуры; невоз- можность использования любого индуктивного датчика с любым электроблоком, обслуживающим индуктивные датчики; возможность влияния электромагнитного усилия датчика на его показания из-за деформации деталей, с ним контактирующих.
5.9. Метод тензометрирования
Для определения величины износа образцов в процессе испы- тания без остановки машины нашли применение проволочные дат- чики сопротивления (тензодатчики). Они служат для преобразования механического перемещения в изменение электрического сопротив- ления датчика. Устройство проволочного датчика основано на изме-

121 нении электрического сопротивления проволоки вследствие ее рас- тяжения или сжатия. При растяжении, сжатии или изгибе упругого элемента сопротивление датчика, наклеенного на него, изменяется прямо пропорционально деформации. Упругий элемент вместе с на- клеенными датчиками сопротивления принято называть тензобалкой.
Принципиальная схема измерения величины износа образцов в процессе испытания с применением тензодатчиков показана на рисунке 5.6.
3 4
2 1
5 6
7
Рис. 5.6. Схема измерения величины износа методом тензометрирования:
1,2 – изнашивающиеся образцы; 3 – шарнир; 4 – каретка; 5 – тензобалка;
6 – гальванометр; 7 – станина
К достоинствам метода определения величины износа при по- мощи тензометрического микрометрирования следует отнести доста- точно высокую точность замера износа, возможность проведения за- писи износа в виде кривой на бумажной ленте (фотопленке) с помо- щью самопишущих приборов или осциллографов, а также с помощью
ЭВМ. Такая запись позволяет судить о характере износа образцов на различных стадиях процесса.
Недостатками этого метода являются невозможность определе- ния износа каждого образца раздельно и небольшие пределы измере- ния величины износа (от десятков микронов до долей миллиметра).
Однако для увеличения предела измерения возможно применение в сочетании с тензодатчиками рычажных механизмов.
Кроме описанных методов, для измерения износа в процессе ра- боты машины могут также применяться методы, основанные на ис- пользовании пневматических, емкостных и других первичных преоб- разователей.

122
Контрольные вопросы к разделу 5
1. Классификация методов измерения износа.
2. От чего зависит выбор метода?
3. Достоинства и недостатки метода микрометрирования.
4. В чем заключается метод определения износа по потере веса?
5. Недостатки метода профилографирования.
6. В чем заключается метод искусственных баз?
7. Разновидности метода искусственных баз.
8. На чем основан метод определения износа по содержанию продуктов износа в масле? Назовите разновидности метода.
9. В чем заключается метод поверхностной активации?
10. Определение износа с помощью индуктивных датчиков.
11. Определение износа с помощью тензодатчиков. Достоинства и недостатки этого метода.

123
6. МАТЕРИАЛЫ УЗЛОВ ТРЕНИЯ МАШИН
6.1. Общие сведения о материалах
Детали узлов трения в зависимости от их назначения изготов- ляют из конструкционных, фрикционных, износостойких и анти- фрикционных материалов широкой номенклатуры. Во многих случа- ях материалы наносят в виде покрытия пленок или накладок на остов из основного конструкционного материала. Иногда при специфиче- ских требованиях к электропроводности трущиеся детали изготовля- ют из сталей и других сплавов специального назначения, окислов ме- таллов, металлокерамических и неметаллических материалов.
Из конструкционных сталей изготовляют детали, которые долж- ны удовлетворять условиям высокой прочности, жесткости или подат- ливости и иметь на тех или иных участках поверхности трения. Это детали типа валов, пальцев, болтов шарниров, зубчатых колес и т.д.
Фрикционные материалы – это материалы, которые в контакте с металлической поверхностью имеют высокий коэффициент трения.
Применяются в тормозах и фрикционных муфтах валов. Они харак- теризуются высокой фрикционной теплостойкостью (способностью сохранять коэффициент трения и износоустойчивость в широком диапазоне температур), низкой способностью к адгезии (они не должны при трении схватываться), высокой теплопроводностью и те- плоемкостью, хорошей устойчивостью против теплового удара, воз- никающего в результате интенсивного выделения тепла в процессе трения. К этим материалам предъявляются также требования по кор- розионной стойкости, прирабатываемости, технологичности, эконо- мичности.
Износостойкими называют материалы, которые при трении да- же в тяжелых условиях нагружения сравнительно мало изнашивают- ся. К элементам конструкции, материал которых должен иметь высо- кую износостойкость, относятся плунжерные пары, зубья ковшей экскаваторов, лемех плуга и рабочие органы большинства технологи- ческих машин. В качестве износостойких материалов используются конструкционные стали, упрочненные по всему объему или по рабо- чим поверхностям деталей, специальные стали, чугуны, порошковые материалы, резину, пластмассы и др.

124
Антифрикционные материалы – это группа материалов, обла- дающих низким коэффициентом трения, или материалы, способные уменьшить коэффициент трения других материалов.
Твердые антифрикционные материалы обладают повышенной устойчивостью к износу при продолжительном трении. Используется для покрытия трущихся поверхностей (например, в подшипниках скольжения). Например, такими материалами могут служить латунь, железографит, бронза или баббит.
Эти материалы должны иметь минимальный коэффициент тре- ния. Структура покрытия должна обеспечивать антисхватывание и возможность быстрой приработки к контртелу. Механические харак- теристики материала должны соответствовать эксплуатационным на- грузкам, а сами материалы должны быть достаточно износостойкими и пластичными.
Процесс нанесения антифрикционных покрытий должен обес- печивать выполнение тех же требований, что и для износостойких покрытий, с той лишь разницей, что при его проведении строго не ог- раничивается толщина покрытия.
6.2. Требования, предъявляемые к материалам пар трения
Выбор материалов представляет собой трудную задачу, так как зависит от конструкции и назначения узлов, технологии производст- ва, условий эксплуатации, от требований к общей прочности деталей, сроку их службы и надежности при учете стоимости материала и экс- плуатационных расходов.
Данная пара материалов может в одних условиях быть износо- стойкой, а в других нет. Выбор износостойких материалов связан с видом износа. В первую очередь материалы должны гарантировать, что при заданных условиях трения на поверхности трения не возник- нут недопустимые виды изнашивания, например, молекулярное схва- тывание, которое приводит к задирам, для допустимых форм износа материалы должны обеспечивать минимальную скорость изнашива- ния при данных условиях работы.
При выборе материалов пар трения помимо их высокой изно- состойкости к ним предъявляется и ряд требовании, которые вклады- ваются в понятие антифрикционности материала. К таким требовани- ям в первую очередь относятся: легкая прирабатываемость; высокая износостойкость при нормальных условиях работы; низкий коэффи-

125 циент трения при нормальных условиях работы, мало изменяющийся в зависимости от скорости скольжения и времени неподвижного кон- такта; плавность медленных перемещений; низкий коэффициент тре- ния и отсутствие молекулярного схватывания в условиях несовер- шенной смазки и при перерывах в смазке; достаточная жесткость стыка. В ряде случаев от материалов требуется также их высокая теп- лопроводность, низкий коэффициент теплового расширения, хорошая смачиваемость маслом.
Для пластмасс необходимо также обеспечивать стойкость мате- риала при повышении температуры, стойкость к действию слабых кислот и щелочей, низкое водо- и влагопоглощение, отсутствие холо- дотекучести.
Материалы должны обладать хорошими технологическими свойствами. Для фрикционных материалов важную роль, помимо из- носостойкости, играет теплостойкость (термическая усталость), а в ряде случаев и огнебезопасность, стабильность коэффициента трения, коррозионная стойкость и теплопроводность материалов.
Необходимо иметь в виду, что реализация тех или иных свойств материалов зависит также и от конструкции и размеров пары трения, однако основой являются характеристики применяемых материалов.
При одном и том же химическом составе и механических свой- ствах материалы могут значительно различаться по износостойкости, что связано с различием их структур. Например, крупнозернистые сплавы более пластичны и легко прирабатываются, но они менее из- носостойки. Наличие легко выкрашивающихся твердых или крупных мягких составляющих, склонных к схватыванию с материалом со- пряженной детали, является дефектом структуры материалов тру- щихся деталей.
6.3. Выбор материалов пары трения
Если известны законы изнашивания, то выбор материалов за- ключается в анализе влияния различных факторов на скорость изна- шивания и регламентация физических параметров для получения требуемой износостойкости.
Для того чтобы правильно подобрать материалы для пары тре- ния, необходимо следовать некоторым правилам и рекомендациям.
Так, при трении однородных материалов в условиях несовер- шенной смазки для предотвращения молекулярного схватывания не- обходимо, чтобы их твердость отличалась не менее, чем на 10 НВ.

126
Для антифрикционных подшипниковых сплавов широко извест- но правило Шарли, которое заключается в том, что сплавы должны иметь структуру, состоящую из твердых включений в пластичной массе. Типичными представителями таких сплавов являются бабби- ты. При определенных условиях это обеспечивает хорошую прираба- тываемость материалов и высокую несущую способность.
Большое значение для получения износостойкости имеет обра- зование на поверхности защитных окисных пленок, пленок перене- сенного мягкого металла из структурных составляющих, а также на- несение на поверхность твердого материала специальных легкоплав- ких покрытий, менее прочных, чем основной материал.
Принцип разделения материалов трущейся пары вторичными структурами или специальными прослойками – один из основных при создании износостойких материалов.
Выбор износостойких материалов нельзя рассматривать в отры- ве от смазки поверхностей. Чем надежнее смазка смачивает поверх- ность трения, тем большую роль в обеспечении износостойкости иг- рают ее свойства. Поэтому применяются специальные методы нане- сения рельефа на поверхность трения и специальные структуры мате- риалов, способные удерживать и сохранять смазочный материал.
Один из методов обеспечения этих качеств – применение пористых спеченных материалов методами порошковой металлургии. В узлах трения, выполненных из пористых материалов, обеспечивается само- смазывание за счет капилляров, образовавшихся между спекшимися частицами.
6.4. Правила сочетания материалов
Выбор сопряженных материалов для заданных условий работы является сложной задачей и базируется на анализе процессов, проис- ходящих в поверхностных слоях трущихся поверхностей. Опыт экс- плуатации различных машин позволяет выделить группы типовых сочетаний материалов для различных пар трения. Ниже кратко пере- числены основные из них.
Сталь-антифрикционный цветной сплав. Сочетание термообра- ботанной, например, цементированной и закаленной стали в паре с бронзами на основе олова, цинка, алюминия, свинца, а также с бабби- тами широко применяется для подшипников скольжения различных

127 типов, червячных пар, сопряжений винт-гайка и других ответствен- ных сопряжений.
Сочетания из стали и антифрикционного материала. Сталь по ста- ли, чугун по чугуну часто применяется при сравнительно невысоких скоростях скольжения для таких пар трения, как направляющие сколь- жения станков, пары трения гидросистем, гильзы цилиндра-поршневые кольца двигателей, зубчатые и цепные передачи, диски фрикционных муфт и тормозов, подшипники и направляющие качения.
Металл-полимерный материал. Такое сочетание (обычно в паре со сталью или чугуном) применяется для зубчатых и червячных пере- дач, подшипников и направляющих скольжения, винтовых передач.
В настоящее время пары трения с полимерными материалами чаще применяются для менее ответственных механизмов, при сред- них нагрузках и в условиях специальных воздействий, например, в агрессивных средах (в этом случае в паре с другим полимером).
Специальная сталь-абразивная среда. Специальные хромистые, марганцовистые и другие высокопрочные стали применяются для де- талей, работающих в контакте с почвой, породой, потоком газа или жидкости, таких как лемех плуга, звенья гусениц тракторов, зубья ковшей экскаваторов, лопатки турбин.
Сталь или чугун-фрикционный сплав. Для тормозных и других устройств, где требуется обеспечение значительного трения на со- пряженных поверхностях, применяется сочетание специальных чугу- нов или сталей с металлическими, асбокаучуковыми, асбосмоляными и металлокерамическими фрикционными материалами. Применяется также сочетание сталь-серый чугун, например, при работе железно- дорожных тормозных колодок. От этих материалов требуется, в пер- вую очередь высокая теплостойкость.
Сталь-самосмазывающийся материал. Это сочетание применяет- ся для сопряжений типа подшипников скольжения, шарниров и дру- гих деталей с ограниченной внешней смазкой и при относительно не- больших скоростях скольжения, когда материал должен обеспечивать подачу смазки (жидкой или твердой) за счет своей структуры. Такими материалами могут являться пористые спеченные псевдосплавы, включающие медь, свинец, графит, а также различные типы пласт- масс и металлопластмасс. Применяются также различного рода по- крытия в сочетании со специальным рельефом поверхности.
При выборе материалов для узла трения следует придерживать- ся следующих правил.