/1т,г

0,20 0,15 О.Ю 0.05 О

20 t>0 ВО 80 Z. V а)

6т,г 9,20

0,15

0,10

0,05

(Z iff 120 L,пи

Рис. 88. Зависимости массового износа от времени наработки (а) и от пути .трения (б) при скоростях скольжения, м/сг ; - 0,05; 2-0,1; 3 - 0,2; 4 - 0.3; 5-0,4

поверхности быстро повышается до 200 н- 300° С, коэффициент трения возрастает до 0,28 - 0,30, и подшипник выходит из строя через несколько часов.

Испытания подшипников диаметром 30 мм на различных режимах позволили установить зависимость их долговечности от величины pV. Эту зависимость можно описать следующими данными: при pV =i=4 кгс/см*-м/с т = 100 800 ч; при pV = 3 кгс/см*-м/с т = 200-2000 ч; при pV = 2 кгс/см* • м/с т = 400 4000 ч. Меньшие значения долговечности относятся к режимам с наибольшими скоростями скольжения, когда из-за повышенного тепловыделения температура рабочих поверхностей приближается к 200° С. При повышенных удельных нагрузках и сравнительно небольшой скорости скольения температура рабочей поверхности равнялась 40-50° С, а долговечность подшипника была при этом наибольшей.

Влияние температуры подшипника на его долговечность определяли также экспериментально с искусственным подогревом пары трения. Массовый износ подшипника, проработавшего 100 ч при удельной нагрузке 10 кгс/см* и скорости скольжения 0,2 м/с в условиях искусственного подогрева до 220° С, оказался примерно в 1;5 раза больше, чем без подогрева, когда температура не превышала 70° С. Принудительное охлаждение узла трения струен воздуха в соответствующем отношении уменьшало интенсивность изнашивания.

Сравнительными испытаниями на базе 100-часовой работы подшипника при удельной нагрузке 10 кгс/см* и скорости скольжения 0,2 м/с определяли влияние шероховатости обработки вала на интенсивность массового износа подшипника диаметром 30 мм. Наименьший износ оказался у подшипника, работавшего в паре с валом, у которого высота микронеровностей рабо-172 . .

чей поверхности составила 0,6-1,5 мкм, что соответствует 9- 10-му классу шероховатости. Увеличение высоты микронеровностей в 5-7 раз привело к увеличению интенсивности изнашивания в 2,5-5,5 раза. Незначительное повышение износа отмечено и при снижении шероховатости рабочей поверхности, вала выше 10-го класса. Исследование показало, что в процессе работы шероховатость вала незначительно изменяется. Она увеличивается, если первоначальная высота микронеровностей была меньше 3 мкму и уменьшается в противоположном случае.

Определение влияния температуры на коэффициент трения произведено при работе подшипников в Паре с валами из стали 45, закаленными до твердости HRC 48 и полированными до. 10-го класса шероховатости. При испытаниях скоростьскольжения была 1 мм/с, а удельная нагрузка 10 и 30 кгс/см*. Низкая скорость практически исключала разогрев подшипника от самого процесса трения. При увеличении температуры внешнего нагрева от 25 до 250° С коэффициент трения уменьшался соответственно от 0,105 до 0,06 при р = 10 кгс/см* и от 0,083 до 0,043 при = , = 30 кгс/см*.

Таким образом, исследования показали, что увеличение нагрузки и температуры приводит к уменьшению коэффициента трения. Повышение скорости скольжения при сохранении температуры неизменной способствует увеличению коэффициента трения. Однако в процессе длительной работы при увеличении скорости скольжения, вследствие большего тепловыделения температура повышается. В результате в некоторых случаях зависимость коэффициента трения от скорости скольжения, определенная измерениями на установившихся режимах работы, получается сложной - сначала коэффициент трения растет, затем начинает снижаться. В зависимости ,от режимов работы коэффициент трения подшипников в период нормальной работы без смазки может иметь значения от 0,04 до 0,23.

Исследование трения на машине КТ-2. Определение зависимости коэффициента трения от температуры произведено при испытании на трение по схеме «стальной шарик - сферическая пята» (см. рис. 79) [20]. Контакт металлофторопластовых шайб со стальным шариком диаметром 12,74 мм (сталь ШХ9, HRC 60, полированная до 11-го класса шероховатости) осуществлялся - по кольцевому сферическому пояску с радиусом 6,32 мм. Перед испытаниями образцы последовательно промывали в бензине, ацетоне и эфире и прирабатывали при комнатной температуре в течение 60 мин (частота вращения шарика п = 1 об/мин). Испытания проводили при ступенчато изменяющейся (через 50° С) температуре. Выдержка при заданной температуре составляла 30 мин. Испытания длительностью 1 мин проводились при удельной нагрузке р = 19,8 кгс/см* и. скорости скольжения 0,4 мм/с. Проведение испытаний при низкой скорости практически исключало дополнительный разогрев рабочих поверхностей вследствие

Рис. 89. Зависимости скорости изнашивания от величины pV при смазке:

/ - разовой; 2 - периодической

теплевыделени Я при трении. В результате проведенных испытаний получено, что при увеличении температуры от 25 до 300° С коэффициент трения непрерывно уменьшается от 0,12

Испытание иа износ в условиях разовой и периодической смазки. Исследования изнашивания металлофторопластовых подшипников в условиях разовой и периодической смазки, моделирующих условия работы подшипниковых узлов шпиндельных коробок агрегатных станков, проведено Э. А. Майоровой и др. [36]. Разовую смазку ЦИАТИМ-201 наносили на предварительно обезжиренные рабочие поверхности перед сборкой испытываемого узла. Периодическая смазка осуществлялась подачей в зону трения жидкого минерального масла Индустриальное-20 в количестве одной капли в 1-2 мин. Шероховатость поверхности контртела при стендовых испытаниях была по 7-му классу. Полученные результаты показаны на рис. 89 в виде зависимостей скорости изнашивания от величины произведения pV при двух типах смазки рабочих поверхностей для случая вращающихся подшипников. Переход к схеме испытайия: «вращающийся вал - неподвижная втулка» увеличил скорость изнашивания металлофторопластовых подшипников в 3 раза. Предельно допустимая величина линейного износа подшипника определена при этих испытаниях равной 0,2-0,25 мм.

Испытание иа изиос при различных атмосферных условиях проведено А. П. Дорошуком на разработанной им машине [13, 14]. Трение в установке осуществлялось по схеме «вращающийся вал - частичный вкладыш» при коэффициенте взаимного перекрытия (отношении площадей трения контактирующих деталей), травном 0,024. Вал, изготовленный из стали 45, термически обрабатывали до твердости ERC 30-35, а его рабочую поверхность доводили до 9-го класса шероховатости накаткой роликом. Испытания вели без смазки при удельной нагрузке 1000 кГс/см* и скорости скольжения 0,005 м/с, что соответствует величине pV ~ = 5 кгс/см-м/с.

Испытания показали, что изменение относительной влажности воздуха от 55 до 98% не влияет на антифрикционные свойства металлофторопластового вкладыша. При комнатной температуре интенсивность линейного износа вкладыша оказалась равной 3,4-10-" (соответствует скорости изнашивания Z. = 60 мкм/ч). Повышение температуры узла трения до значений 35, 50 и 70° С привело к снижению интенсивности изнашивания, соответст-

венно, в 1,15; 1,6 и 1,9 раза. Понижение температуры до -25 и до-50° С уменьшило интенсивность изнашивания более, чем в 2 раза.

5. Сравнительное испытание иа изиос и трение металлофторопластового материала отечественного и зарубежного производства

Оценка антифрикционных свойств металлофторопластового материала, изготовленного по принятой в нашей стране технологии, а также материала марки «DU» производства фирмы «Гласир» проведена сравнительными испытаниями на трение без смазки по схеме «стальной шарик - сферическая пята» на лабораторной машине, схематически показанной на рис. 79 [59]. Применяли шарики из стали ШХ15 диаметром 19 мм. Перед испытаниями шарики и образцы обезжиривали промывкой в органических растворителях. Предварительно образцы прирабатывали в течение 13 ч при удельной нагрузке в контакте 6 кгс/см и скорости, скольжения 0,37 м/с. Затем и1;пытания вели непрерывно при ступенчатом повышении нагрузки и неизменной скорости скольжения. Продолжительность испытаний на каждой ступени 50 мин.

У образца, изготовленного без введения наполнителя во фторопласт (материал типа «DP»), коэффициент трения после приработки при давлении 5 кгс/см был равен 0,3. Удельным нагрузкам 10, 15, 30 и 45 кгс/см соответствовали значения коэффициента трения 0,26, 0,22, 0,175 и 0,19. На этом испытания данного образца были прекращены, поскольку по всей его площади контакта обнажилась бронза, а на стальном шарике образовались кольцевые риски.

При испытаниях образца из английского материала «DU» и образца, изготовленного по принятой в нашей стране технологии с введением во фторопласт дисульфида молибдена в количестве 25% по объему, получены практически одинаковые результаты. При удельных нагрузках 10, 15, 30, 45, 60, 75 и 95 кгс/см коэффициенты трения были равны, соответственно 0,21 и 0,22; 0,19 и 0,205; 0,15 и 0,18; 0,13 и 0,15; 0,11 и 0,12; 0,1 и 0;115; 0,11 и 0,11. После испытания на последнем режиме, когда величина произведения pV достигла 35 кгс/см-м/с, на небольшом участке контакта образца из материала «DU» обнажилась бронза в то время, как остальная поверхность была гладкой и без рисок. На образце, изготовленном с использованием дисульфида молибдена, после таких же испытаний участков обнаженной бронзы не наблюдалось, и вся поверхность контакта была гладкая. В обоих случаях рабочая поверхность стального шарика оставалась гладкой, без царапин и рисок и приобретала зеленоватый цвет.

Для определения температурных пределов работоспособности образца, изготовленного с использованием в качестве наполнителя

дисульфида молибдена, после указанных выше испытаний образец был подвергнут дополнительным испытаниям на машине КТ-2 при той же схеме трения «шарик - сферическая пята». В этих опытах при малой скорости скольжения (0,0004 м/с) и постоянной удельной нагрузке 10 кгс/см* измеряли коэффициент трения при ступенчатом повышении температуры. Испытания показали, что при повышении температуры от 20 до 280° С коэффициент трения снижается от 0,115 до 0,09. При более высокой температуре коэффициент трения возрастает; возникает прерывистое скольжение, содровождаемое скачкообразными колебаниями регистрируемого коэффициента трения. Причиной этого может быть окисление дисульфида молибдена или повышение адгезионной способности фторопласта к стали.

По результатам проведенных испытаний можно сделать вывод о близости рабочих характеристик материала марки «DU» и материала, изготовляемогопо принятой в нашей стране-технологи и с использованием в качестве наполнителя фторопласта дисульфида молибдена.

ГЛАВА VII

Применение металлофторопластовых подшипников

1. Условия эксплуатации, благоприятствуюш,ие применению металлофторопластовых подшипников

Основной областью применения металлофторопластовых подшип- \ НИКОВ являются узлы сухого трения. Как было показано выше, имеется значительное число подшипниковых материалов, способных в определенных условиях работать без смазки. По отдельным рабочим характеристикам некоторые из этих материалов имеют наилучшие показатели. Например: материал, представляющий собой металлическую основу с приклеенной к ней фторо-/ пластовой тканью, допускает удельную нагрузку до 5600 кгс/см* и обладает хорошими демпфирующими свойствами [74]; графиты и углеграфиты допускают высокие температуры, хорошо противостоят действию агрессивных сред; пористые металлы, пропитанные фторопластом, и фторопласты, наполненные металлическими порошками, имеют высокую теплопроводность, хорошие демпфирующие свойства. В то же время, фторопластовая ткань имеет существенные ограничения по допустимой скорости скольжения и температуре; у других материалов низка прочность, как по отношению к статическим, так особенно, и по отношению к вибрационным нагрузкам. У металлофторопластового материала все рабочие характеристики близки к наилучшим, что делает этот материал наиболее универсальным по своим свойствам. Наиболее ценные из этих свойств состоят в том, что при работе без смазки металлофторопластовый материал допускает очень большие удельные нагрузки (до 3500 кгс/см*) [46]; имеет высокие значения произведения У для заданной долговечности; сохраняет работоспособность в широком диапазоне температур (от -250 до --280°С); обладает нужными для демпфирования вибраций характеристиками трения; имеет теплопроводность и коэффициент термического расширения почти такие же, как у стали. Кроме того, металлофторопластовые подшипники с лужеными (а также серебреными или покрытыми свинцом) кромками и спинкой можно использовать для работы в некоторых коррозионных средах. Сочетание в металлофторопластовом материале ряда ценных свойств определяет возможность массового применения его при самых разнообразных условиях и незаменимость в некоторых сложных условиях эксплуатации.

Из условий, благоприятствующих применению металлофторопластовых подшйпшков, можно выделить следующие.

12 А. п. Семенов, Ю. Э. Савинский 177