Современное производственное оборудование обладает довольно сложной конструкцией. Фрикционные механизмы передают движение при помощи силы трения. Это могут быть муфты, зажимы, разжимы и тормоза.
Чтобы оборудование было долговечным, работало без простоев, к его материалам выдвигают особенные требования. Они постоянно растут. Ведь техника и оборудование постоянно совершенствуются. Увеличиваются их мощности, рабочие скорости, а также нагрузки. Поэтому в процессе их функционирования применяют различные фрикционные материалы. От их качества зависит надежность, долговечность оборудования. В некоторых случаях от этих элементов системы зависит безопасность и жизнь людей.
Общая характеристика
Фрикционные материалы – это неотъемлемые элементы узлов и механизмов, которые обладают возможностью поглощать механическую энергию и рассеивать ее в окружающую среду. При этом все элементы конструкции не должны быстро изнашиваться. Для этого представленные материалы обладают определенными свойствами.
Коэффициент трения фрикционных материалов должен быть стабильным и высоким. Показатель износостойкости также обязан удовлетворять эксплуатационные требования. Такие материалы обладают хорошей термостойкостью и не подвержены механическим воздействиям.
Чтобы вещество, выполняющее фрикционные функции, не прихватывалось к рабочим поверхностям, оно наделяется достаточными адгезионными качествами. Совокупность таких свойств обеспечивает нормальную работу оборудования и систем.
Свойства материала
Фрикционные материалы обладают определенным набором свойств. Основные из них были перечислены выше. Это служебные качества. Именно они определяют эксплуатационные характеристики каждого вещества.
Но все служебные характеристики обуславливаются набором физико-механических и теплостатических показателей. Такие параметры меняются в процессе эксплуатации материала. Но их предельное значение учитывается в процессе выбора фрикционного вещества.
Существует разделение свойств на статические, динамические и опытные показатели. К первой группе параметров относят предел сжатия, прочности, изгиба и растяжения. Также сюда входят теплоемкость, теплопроводность и линейное расширение материала.
К показателям, определяемым в динамических условиях, причисляют термоустойчивость, теплостойкость. В опытной обстановке устанавливают коэффициент трения, износостойкость и стабильность.
Виды материалов
Фрикционные материалы системы тормозов и сцепления чаще всего изготавливают на медной или железной основе. Вторая группа веществ применяется в условиях повышенной нагрузки, особенно при сухом трении. Медные материалы используют для средних и легких нагрузок. Причем они подходят как для сухого трения, так и с применением смазочных жидкостей.
В современных условиях производства получили широкое применение материалы на каучуковой и смоляной основе. Также могут применяться различные наполнители из металлических и неметаллических компонентов.
Область применения
Существует классификация фрикционных материалов в зависимости от области их применения. В первую большую группу входят передаточные устройства. Это средние и слабонагруженные механизмы, которые работают без смазки.
Далее выделяются фрикционные материалы системы тормозов, предназначенные для средних и тяжелонагруженных механизмов. В этих узлах смазка не применяется.
К третьей группе относят вещества, применяемые в сцеплениях средних и тяжелонагруженных узлов. В них присутствует масло.
Также выделяют отдельной группой материалы тормозов, в которых присутствует жидкая смазка. Основные параметры механизмов определяют выбор фрикционных материалов.
В сцеплении нагрузка действует на элементы системы около 1 с, а в тормозе – до 30 с. Этот показатель определяет характеристики материалов узлов.
Металлические материалы
Как уже было сказано выше, основными металлическими фрикционными материалами системы сцепления, тормоза является железо и медь. Очень популярны сегодня сталь и чугун.
Они применимы в разных механизмах. Например, фрикционные материалы для тормозных колодок, состав которых содержит чугун, часто применяются в железнодорожных системах. Он не коробится, но резко теряет свои скользящие качества при температуре от 400 °С.
Неметаллические материалы
Фрикционные материалы сцепления или тормозов изготавливают также из неметаллических веществ. Их создают преимущественно на асбестовой основе (смола, каучук выступают связующими компонентами).
Коэффициент трения остается достаточно высоким до температуры 220 °С. Если связующим веществом является смола, материал характеризуется высокой износоустойчивостью. Но их коэффициент трения несколько ниже относительно других подобных материалов. Популярным материалом из пластмассы на такой основе выступает ретинакс. В его составе присутствует фенолформальдегидная смола, асбест, барит и прочие компоненты. Это вещество применимо для узлов и тормозных механизмов с тяжелыми эксплуатационными условиями. Оно сохраняет свои качества даже при нагреве до 1000 °С. Поэтому ретинакс применим даже в авиационных тормозных системах.
Асбестовые материалы изготавливают путем создания одноименной ткани. Ее пропитывают асфальтом, резиной или бакелитом и спрессовывают при высоких температурах. Короткие асбестовые волокна могут формировать также нетканые накладки. В них добавляется мелкая металлическая стружка. Иногда для усиления прочности в них вводится латунная проволока.
Спеченные материалы
Существует еще одна разновидность представленных компонентов систем. Это спеченные фрикционные материалы системы тормозов. Что это разновидность, станет понятнее из способа их изготовления. Их чаще всего изготавливают на стальной основе. В процессе сварки с ней спекаются другие, входящие в состав, компоненты. Предварительно спрессованные заготовки, состоящие из порошковых смесей, подвергают высокотемпературному нагреву.
Такие материалы применяют чаще всего в тяжелонагруженных муфтах и тормозных системах. Их высокие показатели при эксплуатации определяются двумя группами компонентов, входящих в состав. Первые материалы обеспечивают хороший коэффициент трения и износоустойчивость, а вторые – стабильность и достаточный уровень адгезии.
Материалы на стальной основе для сухого трения
Выбор материала для различных систем осуществляется на основе экономической и технической целесообразности его изготовления и эксплуатации. Несколько десятилетий тому назад востребованными были такие материалы на железной основе, как ФМК-8, МКВ-50А, а также СМК. Фрикционные материалы для тормозных колодок, которые работали в тяжелонагруженных системах, позже стали изготавливать из ФМК-11.
МКВ-50А является более новой разработкой. Ее применяют при изготовлении накладок для дисковых тормозов. Он имеет преимущество перед группой ФМК по показателям стабильности, износостойкости.
В современном производстве большего распространения получили материалы типа СМК. В них повышено содержание марганца. Также в состав входят карбид и нитрид бора, дисульфид молибдена и карбид кремния.
Материалы на основе бронзы для сухого трения
В передаточных и тормозных системах различного назначения хорошо себя зарекомендовали материалы на основе оловянистой бронзы. Они гораздо меньше изнашивают сопряженные детали из чугуна или стали, чем фрикционные материалы на железной основе.
Представленную разновидность материалов применяют даже в авиационной промышленности. Для особых условий эксплуатации олово могут заменять такими веществами, как титан, кремний, ванадий, мышьяк. Это предотвращает образование межкристаллической коррозии.
Материалы на основе оловянистой бронзы широко применяют в автомобильной промышленности, а также при изготовлении сельскохозяйственной техники. Они выдерживают большие нагрузки. Входящие в состав сплава 5-10% олова обеспечивают повышенную прочность. Свинец и графит играют роль твердой смазки, а двуокись кремния или кремний повышают коэффициент трения.
Работа в условиях жидкой смазки
Материалы, применяемые в сухих системах, обладают существенным недостатком. Они подвержены быстрому износу. При попадании в них смазки из расположенных рядом узлов резко снижается их эффективность. Поэтому в последнее время все большего распространения получают материалы, предназначенные для работы в жидком масле.
Такое оборудование плавно включается, характеризуется высоким уровнем износоустойчивости. Оно легко охлаждается и просто герметизируется.
В зарубежной практике в последнее время растут объемы производства такого продукта, как фрикционный материал листовой для тормозов, муфт и прочих механизмов на основе асбеста. Его пропитывают смолой. В состав входят формованные элементы с высоким содержанием металлических наполнителей.
Чаще всего для смазочной среды применяют спеченные материалы, изготовленные на основе меди. Чтобы повысить фрикционные характеристики, в состав вводятся неметаллические твердые компоненты.
Улучшение свойств
В первую очередь улучшения требует износостойкость, которой обладают фрикционные материалы. От этого зависит экономическая и эксплуатационная целесообразность представленных компонентов. В этом случае технологи разрабатывают пути по устранению чрезмерного нагрева на трущихся поверхностях. Для этого совершенствуют свойства самого фрикционного материала, конструкцию устройства, а также регламентируют рабочие условия.
Если материалы применяются в условиях сухого трения, особое внимание уделяется их жаропрочности и устойчивости к окислению. Такие вещества менее подвержены износу абразивного типа. Но для систем со смазкой жаропрочность не имеет такого большого значения. Поэтому большее внимание уделяется их прочности.
Также технологи при повышении качества фрикционных материалов уделяют внимание их степени окисляемости. Чем она меньше, тем долговечнее компоненты механизмов. Еще одним направлением является уменьшение пористости материала.
Современное производство должно совершенствовать применяемые дополнительные материалы в процессе изготовления различных подвижных, передаточных устройств. Это позволит удовлетворить растущее потребительские и эксплуатационные требования, выдвигаемые к фрикционным материалам.
