Файл: Износа и смазки.pdf

8.8.1. Композиционные смазочные материалы
Перспективной областью использования отверждения являются
композиционные смазочные материалы (КСМ), представляющие со- бой комбинацию отдельных видов твердых смазок, обеспечивающую оптимальное сочетание их смазочных свойств, механической прочно-

189 сти и обрабатываемости. Основным преимуществом КСМ является обеспечение хороших антифрикционных и противоизносных свойств в течение длительного времени.
Физически КСМ представляет собой механическую смесь двух или более различных по свойствам твердых веществ. Одно из них яв- ляется основой и может образовывать структурный каркас – матрицу, обусловливающую заданные механические свойства. Матрицу изго- тавливают из полимерных, металлических или керамических мате- риалов. В структурном каркасе матрицы зафиксированы материалы, являющиеся наполнителем КСМ. Наполнитель обеспечивает смазоч- ные свойства КСМ.
К достоинствам КСМ с полимерной матрицей (полимерных
КСМ) относятся хорошие смазочные свойства, химическая инерт- ность, более высокая, чем у металлов, усталостная прочность, малая масса, низкая чувствительность к локальным нарушениям структуры
(трещинам, надрезам). Наиболее термостойкие КСМ на основе аро- матических полиамидов могут длительно эксплуатироваться при температуре до плюс 450 °С.
Основные недостатки – большой коэффициент термического расширения, низкие теплопроводность, термическая стойкость и ста- бильность.
В полимерных КСМ наиболее часто используют полиамиды с наполнителями – дисульфид молибдена, графит, нитрид бора и др.
Хорошие результаты дает использование в качестве наполнителей порошков мягких металлов, алюминия, меди, никеля, молибдена и др.
КСМ на основе металлических материалов получают путем прес- сования и спекания из порошков металлов (железа, меди и пр.) с по- следующей пропиткой полученной пористой основы твердыми слои- стыми смазками, мягкими металлами или полимерами. Для получения
КСМ, работающих в особо тяжелых температурных условиях, в каче- стве основы используют никель, кобальт и их сплавы, в качестве на- полнителя – материалы на основе молибдена или вольфрама.
Хорошие характеристики имеют КСМ на основе пористых ма- териалов, изготовленных спеканием пакета спрессованных металли- ческих сеток. Для увеличения антифрикционных свойств сетки мож- но изготовлять из мягких металлов. Механические свойства таких композиций широко регулируют выбором материала сетки и давле- ния прессования. Получили распространение (например, для направ- ляющих втулок клапанов ДВС) КСМ на металлической основе, поры

190 которых заполнены фторопластом-4 с добавками сульфидов, селени- дов и теллуридов молибдена, вольфрама, ниобия и других металлов.
В таких композициях твердая смазка кроме смазочного действия обеспечивает высокую несущую способность и износостойкость.
Рациональный подбор веществ, входящих в КСМ, обеспечивает их достаточно высокую несущую способность при хороших анти- фрикционных характеристиках и минимальном износе узла трения.
Рабочая температура таких смазок ограничивается температурой те- чения материала металлической основы.
Для получения керамических матриц КСМ используют окислы бериллия, циркония и других металлов. КСМ на керамической основе обладают высокой термической и химической стойкостью. Основные недостатки этих материалов – хрупкость и низкая прочность при растяжении.
На основе КСМ разрабатывают узлы трения (вплоть до корен- ных вкладышей и поршневых колец), не требующие замены в течение всего моторесурса двигателя. При условии достаточно эффективного отвода теплоты узлы трения на основе КСМ могут длительно рабо- тать без дополнительного подвода смазки. Большинство КСМ хоро- шо работает совместно с жидкими и консистентными смазками, что открывает возможность их использования для подшипников сколь- жения в конструкциях ДВС. Это обеспечивает существенное повы- шение надежности двигателя, особенно в режиме масляного голода- ния. Для вкладышей коренных и шатунных подшипников можно ис- пользовать, например, композиции из медно-молибденового мате- риала. Для подшипников распределительного вала применяют вкла- дыши, изготовленные из металлокерамических (или пористых) ком- позиций на основе мягких металлов, насыщенных фталоцианиновой твердой смазкой.
8.9. Самосмазывающиеся материалы
Чтобы обеспечить малый коэффициент трения и малую интен- сивность изнашивания, согласно молекулярно-механической теории трения, необходимо создать положительный градиент механических свойств, при котором прочность возникающих в зоне трения молеку- лярных связей должна быть меньше прочности нижележащих слоев трущихся деталей. Иными словами, прочность пленок, покрывающих поверхности раздела двух трущихся тел, должна быть ниже прочно-

191 сти основного материала этих тел. Это достигается нанесением на по- верхность трения жидких, консистентных или твердых смазочных материалов, так как прочность на сдвиг слоев смазочного материала значительно ниже, чем металлов пары трения.
В паре трения такой градиент может быть достигнут следующи- ми способами: нанесением пленки; применением самосмазывающе- гося монолитного материала, который в процессе трения также обес- печивает положительный градиент механической прочности за счет архивного наполнителя или выдавливания смазочного материала; применением смолы с твердым смазочным материалом. С ростом температуры в зоне трения все эти явления усиливаются.
К технологическим достоинствам самосмазывающихся поли- мерных материалов относятся:
- практически неограниченные запасы сырья;
- меньшие капиталовложения в производство, чем для производ- ства металла;
- возможность изготовления деталей высокопроизводительными методами без снятия стружки (отходы в 5 раз меньше, чем у металла);
- низкая трудоемкость (в 5...10 раз меньше, чем у металла).
Преимущества самосмазывающихся материалов при эксплуата- ции заключаются в следующем:
- упрощение конструкции узлов трения, поскольку отпадает не- обходимость в сложных системах смазывания;
- снижение трудоемкости обслуживания (отпадает необходи- мость в периодической профилактической смазке, замене или долив- ке смазочного материала);
- обеспечение надежной смазки в условиях хранения;
- более широкий, чем у жидких смазочных материалов, диапазон рабочих температур.
К недостаткам самосмазывающихся полимерных материалов относятся:
- более высокий, чем при гидродинамической смазке, коэффи- циент трения (примерно равен коэффициенту трения при граничной смазке);
- ухудшение отвода тепла из зоны трения из-за отсутствия цир- куляции жидкого смазочного материала.
Основным направлением в разработке самосмазывающихся по- лимерных материалов является создание многокомпонентных систем.
Подбор соотношения компонентов в этих системах определяется ус-

192 ловиями работы (режимом трения, несущей способностью, средой эксплуатации), технологичностью получения материала и экономиче- ской целесообразностью его использования.
В условиях вакуума, в которых самосмазывающиеся полимер- ные материалы имеют большую скорость газовыделения, применяют металлокерамические материалы или материалы с рабочим слоем твердого смазочного материала.
Металлокерамические самосмазывающиеся материалы либо пропитывают жидким смазочным материалом, либо в их состав вво- дят твердые смазочные материалы. Последние можно также вносить на поверхность металлокерамических материалов.
Существует особый класс теплостойких самосмазывающихся ма- териалов, предназначенных для работы в вакууме, на поверхности тре- ния которых создается рабочий слой твердого смазочного материала.
Наиболее распространенные отечественные самосмазывающие- ся материалы АМАН-2, АМАН-4, Эстеран-33 в паре трения со ста- лью имеют коэффициент трения 0,1 и максимальную рабочую темпе- ратуру до 300...350 0
С.
Контрольные вопросы к разделу 8
1. Назначение смазочных материалов.
2. Виды смазки.
3. Классификация масел по происхождению.
4. Классификация масел в зависимости от области применения.
5. Требования, предъявляемые к смазочным материалам.
6. Что такое физико-химические характеристики смазочных ма- териалов? Назовите их.
7. Что такое вязкость смазочного материала?
8. Что такое присадка?
9. Классификация присадок по определяющему свойству.
10. Моторные масла. Группы моторных масел.
11. Классификация моторных масел по SAE и API.
12. Назначение трансмиссионных и индустриальных масел.
13. Масла специального назначения.
14. Что такое пластичные смазочные материалы? Их классифи- кация.
15. Что такое твердые смазочные материалы? Приведите приме- ры твердых смазочных материалов.

193
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Триботехника – наука молодая. Сформировалась в шестидеся- тых годах прошлого века и на сегодняшний день бурно развивается.
Этапы ее развития связаны с развитием различных отраслей про- мышленности и техники. Развитие конструкций машин происходит при постоянном стремлении к увеличению их производительности.
Триботехнические явления должны учитываться при проектиро- вании и эксплуатации машин и механизмов. Потери средств от тре- ния и износа в развитых странах составляют 4–5% национального до- хода, а преодоление сопротивления трения поглощает во всем мире
20–25% вырабатываемой за год энергии. За полный цикл эксплуата- ции машин эксплуатационные расходы, затраты на ремонт и запас- ные части в несколько раз превышают затраты на изготовление новой техники.
Повышение долговечности и надежности машин, технологиче- ского оборудования и инструмента непосредственно связано с повы- шением износостойкости. Решение этой актуальной и практически необходимой задачи возможно только на базе глубоких, научно обос- нованных решений. Управление трением, правильный выбор мате- риалов по критериям трения и износостойкости, рациональное конст- руирование узлов трения и деталей машин и оптимизация условий эксплуатации могут существенно продлить срок жизни и повысить эффективность машин, снизить вредное экологическое воздействие.
Задача повышения долговечности узлов трения крайне усложня- ется каждый год. Развитие науки, техники и технологии обязательно ведет к ужесточению и усложнению режима работы машин, а значит, узлов трения и деталей по нагрузкам, скоростям, температурам, виб- рации и т.д. Хорошо известно также, что стремление снизить мате- риалоемкость машин приведет к уменьшению габаритов и удельных массовых характеристик узлов трения, которые еще более усложнят задачу. Важное значение приобретают работы по изнашиванию узлов трения и деталей автоматизированных и программированных уст- ройств, особенно для роботов и манипуляторов.
Необходимо отметить, что триботехника как наука, позволяет решать такие национальные проблемы, как экономия энергии, сокра- щение расхода материалов, повышение надежности и безопасности механических систем.

194
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Анухин, В.И. Допуски и посадки: учеб. пособие. / В.И. Ану-
хин. – 4-е изд. – СПб.: Питер, 2007. – 84 с.
2. Беркович, И.И. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: учеб. для вузов / И.И. Беркович, Д.Г. Гро-
маковский; под ред. Д.Г. Громаковского. – Самара: Изд-во Самар. гос. техн. ун-та, 2000. – 268 с.
3. Гаркунов, Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность: учеб. для вузов / Д.Н. Гаркунов. – М.: Изд-во МСХА, 2001. – 616 с.
4. Демкин, Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей: учеб. пособие / Н.Б. Демкин. – М.: Наука, 1970. – 226 с.
5. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ: учеб. для вузов / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов. – М.:
Машиностроение, 1977. – 526 с.
6. Крагельский, И.В. Трение, изнашивание и смазка: справ.: в 3 т. / И.В. Крагельский, В.В. Алисин. – М.: Машиностроение, 1978.
– Т. 1. – 400 с.
7. Некрасов, С.С. Обработка металлов резанием: учеб. для ву- зов / С.С. Некрасов. – М.: Агропромиздат, 1988. – 336 с.
8. Основы трибологии / под ред. А.В. Чичинадзе. – М.: Наука и техника, 1995. – 778 с.
9. Погодаев, Л.И. Теория и практика прогнозирования износо- стойкости и долговечности материалов и деталей машин: учеб. для вузов / Л.И. Погодаев. – СПб.: Изд-во СПГУВК, 1997. – 415 с.
10. Решетов, Д.Н. Надежность машин: учеб. для вузов / Д.Н. Ре-
шетов, А.С. Иванов, В.З. Фадеев. – М.: Высш. шк., 1988. – 240 с.
11. Справочник по обработке металлов резанием / Ф.Н. Абра,
В.В. Коваленко, В.Е. Любимов [и др.]. – Киев: Техника, 1983. – 239 с.
12. Трение, износ и смазка. Трибология и триботехника: учеб. для вузов / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун; под ред.
А.В. Чичинадзе. – М.: Машиностроение, 2003. – 576 с.
Редактор В.А. Сорокина
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г.
Подписано в печать 8.10.2013 Формат 60х84/16 Бумага тип. № 1.
Печать – ризограф. Усл. печ. л. 12,0 Тираж 110 экз. Заказ № 754
Издательство Красноярского государственного аграрного университета
660017, Красноярск, ул. Ленина, 117