Αντιτριβικά υλικά: επισκόπηση, ιδιότητες, εφαρμογή

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η διαδικασία λειτουργίας τεχνικών μονάδων, μηχανημάτων και επιμέρους στοιχειωδών ομάδων εξοπλισμού συνοδεύεται αναπόφευκτα από φθορά. Η αμοιβαία μηχανική πρόσκρουση των εξαρτημάτων μεταξύ τους με ποικίλους βαθμούς έντασης οδηγεί σε τριβή των επιφανειών τους και καταστροφή της εσωτερικής δομής. Επιπλέον, το περιβάλλον έχει συχνά παρόμοια επίδραση με τη μορφή διάβρωσης και σπηλαίωσης. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει απώλεια της απόδοσης του εξοπλισμού ή τουλάχιστον μείωση των λειτουργικών ιδιοτήτων. Οι ακόλουθες ανασκοπήσεις υλικών τριβής σε σκόνη και αντιτριβής θα σας βοηθήσουν να κατανοήσετε τρόπους για να ελαχιστοποιήσετε την ανεπιθύμητη τριβή. Τέτοια υλικά συνιστώνται για χρήση σε βιομηχανικό εξοπλισμό και οικιακές συσκευές, καθώς και για εργαλεία κατασκευής.

Διαφορές μεταξύ υλικών τριβής και αντιτριβής

Η εξέταση αυτών των υλικών σε ένα πλαίσιο οφείλεται στο γεγονός ότι η λειτουργία τους σχετίζεται με το γενικό χαρακτηριστικό της λειτουργίας των μηχανισμών - τον συντελεστή τριβής. Αλλά εάν τα αντιτριβικά στοιχεία και τα πρόσθετα ευθύνονται για τη μείωση αυτής της τιμής, τότε τα στοιχεία τριβής, αντίθετα, την αυξάνουν. Σε αυτή την περίπτωση, για παράδειγμα, τα κράματα σκόνης με αυξημένηο συντελεστής τριβής παρέχει αντοχή στη φθορά και μηχανική αντοχή της ομάδας εργασίας στόχου. Για να επιτευχθούν τέτοιες ιδιότητες, εισάγονται στη σύνθεση των πρώτων υλών τριβής πυρίμαχα οξείδια, βόριο, καρβίδια του πυριτίου κ.λπ. Σε αντίθεση με τα αντιτριβικά στοιχεία, τα στοιχεία τριβής συχνά αντιπροσωπεύουν πλήρως λειτουργικά όργανα σε μηχανισμούς. Αυτό, συγκεκριμένα, μπορεί να είναι φρένα και συμπλέκτες.

Παρέχοντας τις εργασίες αύξησης της τριβής, εκτελούν ταυτόχρονα συγκεκριμένες τεχνικές εργασίες. Ταυτόχρονα, τόσο τα υλικά τριβής όσο και τα αντιτριβικά υποβάλλονται σε αυστηρούς εργαστηριακούς ελέγχους πριν από τη χρήση. Τα ίδια κράματα για τα φρένα υποβάλλονται σε δοκιμές πλήρους κλίμακας και σε πάγκο, κατά τις οποίες προσδιορίζεται η σκοπιμότητα εφαρμογής τους στην πράξη. Τα πιο προηγμένα τεχνολογικά υλικά τριβής από πολυμερή κατασκευάζονται σήμερα με διάφορες μεθόδους. Έτσι, για τους μηχανισμούς της ομάδας φρένων, χρησιμοποιείται η τεχνική πίεσης - μπλοκ, πλάκες και τομείς κατασκευάζονται στις φόρμες. Τα υλικά ταινίας παράγονται χρησιμοποιώντας μια τεχνική υφαντού και οι επικαλύψεις παράγονται με κύλιση.

Ιδιότητες των αντιτριβικών υλικών

Τα εξαρτήματα με λειτουργία κατά της τριβής πρέπει να πληρούν ένα ευρύ φάσμα απαιτήσεων που καθορίζουν τη βασική τους απόδοση. Πρώτα απ 'όλα, το υλικό πρέπει να είναι συμβατό τόσο με το τμήμα ζευγαρώματος όσο και με το περιβάλλον εργασίας. Υπό συνθήκες συμβατότητας πριν και μετά την εκτέλεση, το υλικό παρέχει τον απαιτούμενο βαθμό μείωσης της τριβής. Εδώ είναι απαραίτητο να σημειωθεί το run-in ως τέτοιο. Αυτή η ιδιότητα ορίζει την ικανότητα του στοιχείου να προσαρμόζει φυσικά τη γεωμετρία της επιφάνειας.κάτω από το βέλτιστο σχήμα, το οποίο είναι κατάλληλο για συγκεκριμένο χώρο λειτουργίας. Με άλλα λόγια, μια επιπλέον κατασκευή με μικροτραχύτητες διαγράφεται από το εξάρτημα, μετά την οποία το τρέξιμο θα παρέχει συνθήκες εργασίας με ελάχιστα φορτία.

Η αντοχή στη φθορά είναι επίσης μια σημαντική ιδιότητα που διαθέτουν αυτά τα υλικά. Τα αντιτριβικά στοιχεία πρέπει να έχουν δομή που να παρέχει αντίσταση σε διάφορους τύπους φθοράς. Ταυτόχρονα, το εξάρτημα δεν πρέπει να είναι υπερβολικά άκαμπτο και σκληρό, καθώς αυτό θα αυξήσει τον κίνδυνο μπλοκαρίσματος, κάτι που είναι ανεπιθύμητο για το αντιτριβικό υλικό. Επιπλέον, οι τεχνολόγοι ξεχωρίζουν μια τέτοια ιδιότητα όπως η απορρόφηση στερεών σωματιδίων. Το γεγονός είναι ότι η τριβή σε διάφορους βαθμούς μπορεί να συμβάλει στην απελευθέρωση μικρών στοιχείων - συχνά μεταλλικών. Με τη σειρά της, η αντιτριβική επιφάνεια έχει την ικανότητα να «πιέζει» τέτοια σωματίδια μέσα της, εξαλείφοντάς τα από την περιοχή εργασίας.

Μεταλλικά αντιτριβικά υλικά

Τα προϊόντα σε μεταλλική βάση αποτελούν την πιο εκτεταμένη γκάμα στοιχείων της ομάδας αντιτριβής. Τα περισσότερα από αυτά επικεντρώνονται στη λειτουργία στη λειτουργία τριβής ρευστού, δηλαδή σε συνθήκες όπου τα ρουλεμάν διαχωρίζονται από τους άξονες με ένα λεπτό στρώμα λαδιού. Και όμως, όταν η μονάδα σταματά και ξεκινά, εμφανίζεται αναπόφευκτα η λεγόμενη λειτουργία οριακής τριβής, στην οποία το φιλμ λαδιού μπορεί να καταστραφεί υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών. Τα μεταλλικά μέρη που χρησιμοποιούνται σε ομάδες ρουλεμάν μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: στοιχεία με μαλακόδομή και συμπαγή ένθετα και κράματα με άκαμπτη βάση και μαλακά ένθετα. Αν μιλάμε για την πρώτη ομάδα, τότε τα babbits, ο ορείχαλκος και τα κράματα μπρούτζου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αντιτριβικά υλικά. Λόγω της μαλακής δομής τους, περνούν γρήγορα και διατηρούν τα χαρακτηριστικά φιλμ λαδιού τους για μεγάλο χρονικό διάστημα. Από την άλλη πλευρά, τα συμπαγή εγκλείσματα προκαλούν αυξημένη αντοχή στη φθορά στις μηχανικές επαφές με παρακείμενα στοιχεία - για παράδειγμα, με τον ίδιο άξονα.

Τα Babbits είναι ένα κράμα με βάση τον μόλυβδο ή τον κασσίτερο. Επίσης, για τη βελτίωση των επιμέρους ποιοτήτων, μπορούν να προστεθούν κράματα στη δομή. Μεταξύ των βελτιωμένων ιδιοτήτων, μπορεί να σημειωθεί αντοχή στη διάβρωση, σκληρότητα, σκληρότητα και αντοχή. Η αλλαγή σε ένα ή άλλο χαρακτηριστικό καθορίζεται από τα υλικά κραμάτων που χρησιμοποιήθηκαν. Τα αντιτριβικά babbit μπορούν να τροποποιηθούν με κάδμιο, νικέλιο, χαλκό, αντιμόνιο, κ.λπ. Για παράδειγμα, ένα τυπικό babbit περιέχει περίπου 80% κασσίτερο ή μόλυβδο, 10% αντιμόνιο και το υπόλοιπο είναι χαλκό και κάδμιο.

Κράματα μολύβδου ως μέσο ελαχιστοποίησης της τριβής

Το βασικό επίπεδο των κραμάτων κατά της τριβής είναι τα μολύβδινα babbits. Η προσιτή τιμή καθορίζει τις ιδιαιτερότητες της λειτουργίας αυτού του υλικού - στις λιγότερο κρίσιμες λειτουργίες εργασίας. Η βάση μολύβδου, σε σύγκριση με τον κασσίτερο, παρέχει στα babbits λιγότερη υψηλή μηχανική αντίσταση και χαμηλή αντιδιαβρωτική προστασία. Είναι αλήθεια ότι ακόμη και σε τέτοια κράματα δεν μπορεί να κάνει χωρίς κασσίτερο - το περιεχόμενό του μπορείφτάνουν το 18%. Επιπλέον, ένα συστατικό χαλκού προστίθεται επίσης στη σύνθεση, το οποίο αποτρέπει τις διαδικασίες διαχωρισμού - μια άνιση κατανομή μετάλλων διαφορετικών μαζών στον όγκο του προϊόντος.

Τα απλούστερα υλικά μολύβδου με αντιτριβικές ιδιότητες χαρακτηρίζονται από υψηλό βαθμό ευθραυστότητας, επομένως χρησιμοποιούνται σε συνθήκες με μειωμένα δυναμικά φορτία. Ειδικότερα, τα ρουλεμάν για μηχανές τροχιάς, ατμομηχανές ντίζελ και εξαρτήματα βαριάς μηχανικής αποτελούν εξειδικευμένο στόχο όπου χρησιμοποιούνται τέτοια υλικά. Τα κράματα κατά της τριβής που χρησιμοποιούν ασβέστιο μπορούν να ονομαστούν τροποποίηση των κραμάτων μολύβδου. Σε αυτή την περίπτωση, σημειώνονται ιδιότητες όπως η υψηλή πυκνότητα και η χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Η βάση είναι επίσης ο μόλυβδος, αλλά σε σημαντικές αναλογίες συμπληρώνεται επίσης από εγκλείσματα νατρίου, ασβεστίου και αντιμονίου. Όσον αφορά τα αδύναμα σημεία αυτού του υλικού, περιλαμβάνουν δυνατότητα οξείδωσης, επομένως, δεν συνιστάται η χρήση του σε χημικά ενεργά περιβάλλοντα.

Μιλώντας γενικά για τα babbits, μπορούμε να πούμε ότι αυτή δεν είναι η πιο αποτελεσματική λύση για την ελαχιστοποίηση της τριβής, αλλά όσον αφορά τον συνδυασμό των ιδιοτήτων της, αποδεικνύεται ωφέλιμη από άποψη λειτουργίας. Πρόκειται για υλικά των οποίων οι αντιτριβικές ιδιότητες μπορούν να εξισορροπηθούν με μειωμένη αντοχή στην κόπωση, η οποία επιδεινώνει την απόδοση του στοιχείου. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, η έλλειψη αντοχής αντισταθμίζεται με τη συμπερίληψη κύτους από χάλυβα ή χυτοσίδηρο στο σχέδιο.

Χαρακτηριστικά κραμάτων μπρούτζου κατά της τριβής

Φυσικές και χημικές ιδιότητες του μπρούτζουσυνδυάζονται οργανικά με τις απαιτήσεις για κράματα κατά της τριβής. Αυτό το μέταλλο, ειδικότερα, παρέχει επαρκείς δείκτες ειδικής πίεσης, δυνατότητα λειτουργίας υπό κρουστικά φορτία, υψηλή ταχύτητα περιστροφής ρουλεμάν κ.λπ. Αλλά και η επιλογή του μπρούτζου για ορισμένες λειτουργίες θα εξαρτηθεί από τη μάρκα του. Η ίδια μορφή για τη λειτουργία των επενδύσεων υπό κρουστικά φορτία είναι αποδεκτή για το εμπορικό σήμα BrOS30, αλλά δεν συνιστάται για το BrAZh. Υπάρχουν επίσης διαφορές στην κατηγορία των μπρούτζινων υλικών ως προς τις μηχανικές ιδιότητες. Αυτή η ομάδα ιδιοτήτων θα εξαρτηθεί από τη φύση της διεπαφής με σκληρυμένους άξονες και από τη χρήση ενός κορμού, που μπορεί να έχει πρόσθετη σκλήρυνση. Και πάλι, είναι αδύνατο να μιλήσουμε για τη στερεότητα της δομής του κράματος.

Τα χάλκινα αντικείμενα μπορεί επίσης να περιλαμβάνουν κασσίτερο, ορείχαλκο, μόλυβδο. Ταυτόχρονα, εάν όλα τα αναφερόμενα μέταλλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βάση του babbitt, τα υλικά κατά της τριβής με βάση τον χαλκό χρησιμοποιούνται εξαιρετικά σπάνια. Σε αυτή την περίπτωση, το συστατικό χαλκού συχνά λειτουργεί ως το ίδιο πρόσθετο με αναλογία περιεκτικότητας 2-3%. Οι συνδυασμοί εγκλεισμάτων κασσίτερου-μόλυβδου θεωρούνται βέλτιστοι. Παρέχουν επαρκή απόδοση του κράματος ως αντιτριβικό συστατικό, αν και χάνουν από άλλες συνθέσεις όσον αφορά τη μηχανική αντοχή. Τα συνδυασμένα μπρούτζινα υλικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή στερεών ρουλεμάν για ηλεκτρικούς κινητήρες, στροβίλους, μονάδες συμπιεστή και άλλες μονάδες που λειτουργούν σε υψηλή πίεση και χαμηλή ταχύτητα ολίσθησης.

Πούδραυλικά τριβής

Τέτοια υλικά χρησιμοποιούνται σε συνθέσεις που προορίζονται για μονάδες μετάδοσης και πέδησης οχημάτων caterpillar, αυτοκινήτων, εργαλειομηχανών, μηχανισμών κατασκευής κ.λπ. Τα τελικά προϊόντα που βασίζονται σε συστατικά σκόνης παράγονται με τη μορφή επενδύσεων τομέα, δίσκων και τακάκια. Ταυτόχρονα, οι πρώτες ύλες για τον αντιτριβικό τύπο κραμάτων σκόνης σχηματίζονται με την ίδια ονοματολογία όπως στην περίπτωση των συστατικών τριβής - ο σίδηρος και ο χαλκός χρησιμοποιούνται συχνότερα, αλλά υπάρχουν και άλλοι συνδυασμοί.

Για παράδειγμα, υλικά από αλουμίνιο και μπρούντζο κασσίτερο, που περιλαμβάνουν γραφίτη και μόλυβδο, εκδηλώνονται αποτελεσματικά σε συνθήκες τριβής με ταχύτητα ολίσθησης τμημάτων της τάξης των 50 m/s. Παρεμπιπτόντως, όταν τα ρουλεμάν λειτουργούν με ταχύτητα 5 m/s, τα προϊόντα μεταλλικής σκόνης μπορούν να αντικατασταθούν από πρώτες ύλες μετάλλου-πλαστικού. Αυτό είναι ήδη ένα σύνθετο υλικό κατά της τριβής με εύκαμπτη δομή εργασίας και μειωμένη αντοχή. Τα πιο συμφέροντα από άποψη χρήσης σε συνθήκες αυξημένων φορτίων είναι τα υλικά από σίδηρο και χαλκό. Ως πρόσθετα χρησιμοποιούνται γραφίτης, οξείδιο του πυριτίου ή βάριο. Η λειτουργία αυτών των στοιχείων είναι δυνατή σε πίεση 300 MPa και ταχύτητα ολίσθησης έως και 60 m/s.

αντιτριβικά υλικά σε σκόνη

Τα προϊόντα κατά της τριβής παράγονται επίσης από πρώτες ύλες σε σκόνη. Χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή στη φθορά, χαμηλό συντελεστή τριβής και ικανότητα γρήγορης εισόδου στον άξονα. Επίσης, τα υλικά σε σκόνη κατά της τριβής έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα κράματα που ελαχιστοποιούν την τριβή. Αρκεί να αναφέρουμε ότι η αντοχή τους στη φθορά είναι κατά μέσο όρο μεγαλύτερη από αυτή των ίδιων babbits. Η πορώδης δομή που σχηματίζεται από τα κονιοποιημένα μέταλλα επιτρέπει αποτελεσματικό εμποτισμό με λιπαντικά.

Οι κατασκευαστές έχουν την ευκαιρία να σχηματίσουν τελικά προϊόντα σε διαφορετικές μορφές. Αυτά μπορεί να είναι εξαρτήματα πλαισίου ή μήτρας με ενδιάμεσες κοιλότητες γεμάτες με άλλες μαλακωμένες πρώτες ύλες. Και, αντίθετα, σε ορισμένες περιοχές, τα υλικά αντιτριβής σε σκόνη με μαλακή βάση πλαισίου έχουν μεγαλύτερη ζήτηση. Σε ειδικές κηρήθρες παρέχονται συμπαγή εγκλείσματα διαφορετικών επιπέδων διασποράς. Αυτή η ποιότητα έχει μεγάλη σημασία ακριβώς από την άποψη της δυνατότητας ρύθμισης των παραμέτρων που καθορίζουν την ένταση της τριβής των μερών.

Πολυμερή υλικά κατά της τριβής

Οι σύγχρονες πολυμερείς πρώτες ύλες καθιστούν δυνατή την απόκτηση νέων τεχνικών και λειτουργικών ιδιοτήτων για εξαρτήματα που μειώνουν την τριβή. Τόσο τα σύνθετα κράματα όσο και οι σκόνες μετάλλου-πλαστικού μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βάση. Μία από τις κύριες διακριτικές ιδιότητες τέτοιων υλικών είναι η ικανότητα ομοιόμορφης κατανομής των προσθέτων σε όλη τη δομή, η οποία αργότερα θα εκτελέσει τη λειτουργία ενός στερεού λιπαντικού. Γραφίτες, σουλφίδια, πλαστικά και άλλες ενώσεις σημειώνονται στον κατάλογο τέτοιων ουσιών. Οι ιδιότητες λειτουργίας των πολυμερών και αντιτριβικών υλικών συγκλίνουν σε μεγάλο βαθμό στο βασικό επίπεδο χωρίς τη χρήση τροποποιητών: αυτός είναι ένας χαμηλός συντελεστής τριβής και αντοχή σε χημικά ενεργά μέσα καιδυνατότητα λειτουργίας σε υδάτινο περιβάλλον. Μιλώντας για μοναδικές ιδιότητες, τα πολυμερή μπορούν να εκτελέσουν τις εργασίες τους ακόμη και χωρίς ενίσχυση με ειδικό λιπαντικό.

Εφαρμογή αντιτριβικών υλικών

Τα περισσότερα από τα αντιτριβικά στοιχεία σχεδιάστηκαν αρχικά για χρήση σε ομάδες ρουλεμάν. Ανάμεσά τους υπάρχουν μέρη που έχουν σχεδιαστεί για να αυξάνουν την αντοχή στη φθορά και εξαρτήματα που βελτιώνουν την ολίσθηση. Στη μηχανολογία και την κατασκευή εργαλειομηχανών, τέτοια προϊόντα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κινητήρων, εμβόλων, μονάδων ζεύξης, στροβίλων κ.λπ. Εδώ, η βάση των αναλώσιμων είναι τα αντιτριβικά υλικά απλών ρουλεμάν, τα οποία εισάγονται στη δομή λειτουργίας και σταθερών εξοπλισμός.

Ο κατασκευαστικός κλάδος δεν μπορεί επίσης να κάνει χωρίς λειτουργία κατά της τριβής. Με τη βοήθεια τέτοιων εξαρτημάτων, ενισχύονται οι κατασκευές μηχανικής, οι κατασκευές στερέωσης και τα υλικά τοιχοποιίας. Στην κατασκευή σιδηροδρόμων χρησιμοποιούνται στην εγκατάσταση δομικών στοιχείων τροχαίου υλικού. Είναι επίσης ευρέως διαδεδομένη η χρήση αντιτριβικών υλικών με βάση το πολυμερές, τα οποία βρίσκουν τη θέση τους, για παράδειγμα, ως συνδετική δομή τροχαλιών, γραναζιών, μηχανισμών κίνησης ιμάντων κ.λπ.

Συμπέρασμα

Το έργο της μείωσης της τριβής μόνο με την πρώτη ματιά μπορεί να φαίνεται δευτερεύον και συχνά προαιρετικό. Η βελτίωση των λιπαντικών υγρών καθιστά πραγματικά δυνατή την απαλλαγή από ορισμένους μηχανισμούς από βοηθητικά τεχνικά στοιχεία που μειώνουν τη φθορά της κύριας ομάδας εργασίας. Ένας μεταβατικός σύνδεσμος από το κλασικόbabbitt σε ένα τροποποιημένο λιπαντικό υψηλής απόδοσης μπορούν να ονομαστούν πολυμερή υλικά κατά της τριβής, τα οποία χαρακτηρίζονται από μαλακότερη δομή και ευελιξία όσον αφορά τις συνθήκες εργασίας. Ωστόσο, η λειτουργία μεταλλικών μερών υπό υψηλή πίεση και φυσική πρόσκρουση εξακολουθεί να απαιτεί τη συμπερίληψη αντιτριβικών επενδύσεων στερεάς κατάστασης. Επιπλέον, αυτή η κατηγορία υλικών όχι μόνο δεν ανήκει στο παρελθόν, αλλά αναπτύσσεται και βελτιώνοντας τα χαρακτηριστικά αντοχής, σκληρότητας και μηχανικής σταθερότητας.