ВИБІР МАТЕРІАЛІВ ПРИ КОНСТРУЮВАННІ ВУЗЛІВ ТРЕННЯ - Студопедія
Вибір матеріалів у цьому випадку є важким завданням, оскільки залежить від конструкції та призначення вузлів, технології виробництва, умов експлуатації, від вимог до загальної міцності деталей, терміну їхньої служби та надійності при врахуванні вартості матеріалу та експлуатаційних витрат.
В авіаційних поршневих двигунах повітряного охолодження, із властивою їм високою тепловою та загальною напруженістю роботи, відносно тонкостінні циліндри для забезпечення їх високої зносостійкості виготовляють із сталі, що азотуються. Поршневі кільця, які за середньої температури близько 300—400°З повинні зберігати значну пружність і високу твердість, роблять із теплостійкого чавуну ХТВ, легованого хромом, титаном і вольфрамом.
Литі колінчасті вали мають переваги порівняно з валами з кованої сталі: економія металу, зниження трудомісткості, скорочення технологічного циклу. Великі можливості є щодо вдосконалення конструкції литого валу.
Сплави, які застосовуються для. колінчастих валів, можна розділити на графіт, що містять у своїй структурі (чавуни, графітизована сталь) і не містять графіт (вуглецева і легована сталі). Сплави першої групи більш зносостійкі. Поточність виробничого процесу легше здійснити під час виготовлення чавунних валів. Якщо за одиницю прийняти вартість валу, виготовленого з високоякісного чавуну з пластинчастим графітом без термообробки, вартість валу з перлитного ковкого чавуну буде 2,5—3,0; з чавуну з кулястим графітом без термообробки-1,25, з термообробкою-1,5; з вуглецевої сталі - 2,5; з легованої еталі - 2,5; із графітизованої сталі - 3,0-3,3.
Вуглецева стальпоступається чавунам з кулястим графітом: при майже однакових механічних властивостях сталі та чавуну плавка та розливання останнього простіше; у чавунах утворюється менше тріщин, зносостійкість колінчастих валів, виготовлених з них без термообробки, не нижче, ніж валів із вуглецевої сталі, шийки яких загартовані ТВЧ. У литих валах з легованої сталі ймовірність утворення флокінів менше, ніж у валах з кованої сталі того ж складу. Дендрити, розташовані перпендикулярно до поверхні шийки валу, роблять литі вали більш зносостійкими, ніж ковані. Графітизована сталь, у структурі якої є включення графіту, за властивостями близька до чавуну з кулястим графітом, володіючи, проте, більш високими механічними властивостями. З модифікованих чавунів з пластинчастим графітом, що мають менший модуль пружності, можна виготовляти колінчасті вали, менш чутливі до порушення правильності осьової лінії, ніж сталеві вали. Цим чавунам властиві високі динамічні характеристики матеріалу.
Чавун з кулястим графітом і металевою основою з пластинчастого або зернистого перліту - найпоширеніший матеріал для виготовлення колінчастих валів двигунів автомобілів, тракторів, комбайнів, тепловозів та інших.
машин. У найпростішому випадку термообробка валу обмежується старінням його матеріалу, що дозволяє механічно обробляти вали з мінімальною правкою для ліквідації жолоблення. Для збільшення міцності вдаються до термообробки або легування N1, Сг, Мо, Сі. Для підвищення циклічної в'язкості матеріалу створюють чавун зі змішаною формою графіту - у лиття до 25% його знаходиться у пластинчастій формі. З метою підвищення зносостійкості чавуну іноді застосовують азотування.
Перлитний ковкий чавун, як матеріал длявиготовлення колінчастих валів, що займає в закордонному виробництві друге місце після сталі. Це пояснюється зокрема, прискореним відпалом ковкого чавуну за рахунок добавки до рідкого чавуну вісмуту та бору (О. О. Горшков, М. М. Волощенко). Зазначимо, що для гальмівних барабанів чавун із кулястим графітом не має жодних переваг перед іншими чавунами внаслідок зниженої теплопровідності.
Застосування того чи іншого мастильного матеріалу у вузлі тертя може спричинити необхідність заміни матеріалу принаймні однієї з тертьових деталей, що пов'язано зі зміною виду зношування і, як наслідок, з іншим розташуванням пар тертя по зносостійкості. У деяких амортизаційних пристроях шасі літаків в якості робочої рідини застосовували спиртогліцеринову суміш, при використанні якої в якості мастильного матеріалу букси з бронзи БРАЖМц у парі зі сталевою поверхнею швидко зношувалися. Бронза інтенсивно збагачувалась міддю, налипала на сталеву поверхню, нарощувалася на ній товстим шаром і відлущувалась, частково при цьому налипаючи на поверхню букси. Бронзи інших марок внаслідок виборчого перенесення при терті у багато разів більш зносостійкі. Перехід на бронзу БрОФ тут є доцільним. Однак суттєвої різниці у зносостійкості безолов'яної бронзи БрАЖМц та бронзи БрОФ при терті по сталі та змащуванні АМГ-10 не встановлено. Для букс амортизаторів, що працюють на цій рідині, рентабельніше використовувати бронзу БРАЖМц.
Для більшої надійності деталей доводиться підбирати матеріал, поступаючись його зносостійкістю. У плунжерах паливної апаратури двигунів широко застосовують пару тертя загартована сталь - загартована сталь. Тим часом таке поєднання матеріалів для ротора лопатевого насоса та лопатки виявилосякатастрофічним через виникнення задирів і наступного заїдання. При використанні бронзових лопаток погіршується зносостійкість пари, проте підвищується надійність її роботи.
При експлуатації тракторів на піщаному ґрунті швидко зношувалися вуха ланок гусениць, виготовлених з литої сталі Гатфільда. За даними лабораторних випробувань в умовах абразивного зношування ця сталь не має переваг перед середньовуглецевою сталлю. Більш того, деталі, що зношуються, не відчувають суттєвих динамічних навантажень, виготовлені з високомарганцевистой.стали, служать менший термін, ніж деталі з вуглецевої сталі, як, наприклад, броньові плити коксових воронок (дані М. А. Тилкина і В. І. Сі- ваку). Це можна пояснити таким: 1) у сталі Гатфільда під навантаженням підвищується межа плинності, що супроводжується значно меншим підвищенням опору руйнуванню при абразивному зношуванні; 2) процес зміцнення (наклепу) під навантаженням, обумовлений наявністю абразивних частинок, протікає повільніше, ніж процес зношування. Високомарганцевіста сталь слабо опирається корозії і непридатна для використання при температурі понад 260°С.
Аналогічна справа з фрикційним матеріалом - реті-наксом (ФК-16Л), що складається з фенолформальдегідної смоли, модифікованої каніфоллю, і наповнювача з бариту і азбесту з дрібними відрізками латунного дроту. Під дією високої температури та тиску на ретинаксі при терті утворюється фрикційний шар, що генерується в міру зношування. Шар складається з коксоподібних продуктів розкладання смоли, сірчистих сполук, що утворилися в результаті окисно-відновних реакцій бариту з газоподібними продуктами розкладання смоли та латуні. Латунь розм'якшується, розмазується поповерхні тертя та поглинає деяку кількість теплоти. Сірчисті сполуки мають протизадирні властивості. Ретинакс доцільно застосовувати при високій навантаженості гальмівного пристрою. При малій його навантаженості зазначені процеси не відбуваються і використання ретинаксу не дає переваг.
При тих самих хімічному складі і механічних властивостях матеріали можуть відрізнятися за зносостійкістю, що пов'язані з різницею їх структур. Наприклад, крупнозернисті сплави пластичніші і легко приробляються, але вони менш зносостійкі. Наявність твердих або великих м'яких складових, що легко вифарбовуються, схильних до схоплювання з матеріалом сполученої деталі, є дефектом структури матеріалів тертьових деталей. Великі карбіди в чавунних виливках сприяють утворенню сітки термічних тріщин під час роботи деталей. Це поодинокі приклади зв'язку структури сплаву із зносостійкістю.
Складність завдання підбору раціональної структури матеріалу можна показати підшипникових сплавах. Основну вимогу до структури антифрикційних сплавів було вперше сформульовано 1897 р. Р. Шарпі. Згідно з правилом Г. Шарпі антифрикційні сплави, що добре працюють, повинні мати рівномірно розподілені в пластичній основі тверді зерна з низьким коефіцієнтом тертя і малою схильністю до задирів. Справді, цим правилом задовольняли свого часу всі відомі підшипникові сплави. Однак у подальшому були розроблені сплави (наприклад, свинцева бронза), у яких м'які включення свинцю розподілялися в твердій матриці, не кажучи вже про однорідні антифрикційні матеріали, таких, як срібло, поліаміди та ін.
У деяких рухомих зчленуваннях, як, наприклад, у зубчастих муфтах, через невеликі взаємнізсувів деталі виготовляють із незагартованих сталей, як відомо, погано працюють у парах тертя. Невеликі переміщення деталей у вузлі тертя часто не викликають у конструктора побоювань щодо зносостійкості. При недостатній твердості матеріалів довговічність виробів може виявитися недостатньою.
Фрикційні матеріали повинні протистояти термічній втомі: на поверхні тертя не повинно виникати тріщин внаслідок багаторазового спільного впливу теплового та силового навантаження. Найбільш стійка до термічної втоми графітизована сталь завдяки стабільності структури та механічних властивостей при багаторазових та швидких теплових коливаннях.
Фрикційні матеріали не повинні при роботі ушкоджувати контртіло (гальмівний барабан), їх продукти зношування не повинні горіти, диміти та виділяти неприємні запахи. Ці матеріали не повинні викликати корозію сполучених деталей і корродувати самі у вологій атмосфері і при температурі від -60 до +60 ° С [28, 56]
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: