Фрикционные материалы широко используются в различных отраслях промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения. От их качества напрямую зависит надежность и долговечность оборудования. Давайте разберемся, какие бывают фрикционные материалы, каким требованиям они должны отвечать и где применяются.
1. Общая характеристика фрикционных материалов
Фрикционные материалы – это материалы, применяемые для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения, и имеющие большой коэффициент трения.
Их основное назначение – поглощать механическую энергию контактируемых деталей, перерабатывая ее в тепловую, которая затем рассеивается в окружающую среду. Благодаря этому они нашли широкое применение в различных областях транспортного и промышленного машиностроения.
К основным служебным качествам фрикционных материалов относят:
- Высокий и стабильный коэффициент трения
- Износостойкость
- Термостойкость
- Низкая способность к адгезии (не должны "прилипать" к поверхностям)
2. Требования к фрикционным материалам
К фрикционным материалам предъявляется ряд важных требований:
- Стабильность коэффициента трения в заданных пределах
- Высокая износостойкость
- Быстрая прирабатываемость
- Термостойкость
- Коррозионная стойкость
- Технологичность
- Экономичность
Эти требования постоянно растут по мере совершенствования техники и увеличения нагрузок на оборудование. Поэтому производители должны непрерывно работать над улучшением качества фрикционных материалов.
3. Виды фрикционных материалов
Существует несколько основных видов фрикционных материалов.
Металлические фрикционные материалы
Наиболее распространенными металлами для изготовления фрикционных деталей являются:
- Чугун
- Сталь
- Бронза
Например, для железнодорожных тормозных колодок часто используется серый чугун. Он выдерживает высокие нагрузки и не склонен к короблению.
Неметаллические фрикционные материалы
Другой большой класс фрикционных материалов – неметаллические. К ним относятся:
- Материалы на основе асбеста
- Материалы на основе каучука
- Материалы на основе смол
В качестве связующих элементов часто используются каучуки, смолы и другие полимерные материалы. Такие фрикционные изделия хорошо работают при температурах до 250°С.
Фрикционные материалы на медной и бронзовой основе
Для средних и легких нагрузок хорошо подходят фрикционные материалы на основе меди и бронзы. Они могут работать как в условиях сухого трения, так и со смазкой.
Пример состава такого фрикционного материала:
- Медь или бронза - основа
- Олово - 5-10%
- Графит, свинец - твердая смазка
- Кремний, двуокись кремния - повышение коэффициента трения
Спеченные фрикционные материалы
Это особый класс материалов, получивший широкое распространение в тяжелонагруженных узлах. Их производят методом спекания порошковых смесей при высоких температурах.
Чаще всего спеченные фрикционные материалы изготавливают на медной или железной основе, что обеспечивает высокую прочность. В состав также могут входить:
- Медь
- Никель
- Хром
- Графит
- Асбест
- Карбиды металлов
4. Области применения фрикционных материалов
Благодаря своим уникальным свойствам фрикционные материалы нашли применение во многих отраслях:
- Транспортное машиностроение
- Авиация Железнодорожный транспорт Автомобилестроение Судостроение
- Тяжелое машиностроение
- Металлургия Горнодобыча
- Нефтегазовая отрасль
- Энергетика
Конкретные примеры использования фрикционных материалов:
- Производство муфт и тормозов для легковых и грузовых автомобилей
- Изготовление ж/д тормозных колодок
- Применение в механизмах буровых установок
5. Фрикционные материалы для сухого трения
Для работы в условиях сухого трения чаще всего применяются материалы на стальной или бронзовой основе.
Фрикционные материалы на стальной основе для сухого трения
Несколько десятилетий назад наиболее популярными были следующие марки стальных фрикционных материалов:
- ФМК-8
- МКВ-50А
- СМК
В настоящее время для тяжелонагруженных систем все чаще применяется ФМК-11, а для дисковых тормозов - МКВ-50А. Последний обладает более высокими стабильностью и износостойкостью по сравнению с ФМК.
Фрикционные материалы на основе бронзы для сухого трения
В автомобилестроении и производстве сельхозтехники широко используются фрикционные материалы на основе оловянистой бронзы. Они значительно меньше изнашивают стальные поверхности по сравнению со стальными фрикционными материалами.
Преимущества бронзовых фрикционных материалов:
- Высокая прочность
- Стойкость к высоким нагрузкам
- Низкий износ сопряженных деталей
Их активно применяют также в авиастроении.
6. Фрикционные материалы для работы в условиях смазки
В последнее время все большее распространение получают фрикционные материалы, предназначенные специально для работы в масляной среде или другой жидкой смазке.
Преимущества работы фрикционных материалов в масле
Основные преимущества фрикционных материалов для работы в условиях смазки:
- Более плавное включение и выключение
- Высокая износостойкость
- Эффективное охлаждение
- Простота герметизации узлов
Фрикционные материалы на медной основе
Для работы в масле чаще всего используются спеченные фрикционные материалы на основе меди. В их состав вводятся неметаллические компоненты для повышения коэффициента трения:
- Медь - основа
- Олово
- Графит
- Карбид кремния
- Асбест
Температурный предел применения таких материалов - около 300°C.
Фрикционные материалы на железной основе
По сравнению с медными, фрикционные материалы на железной основе для работы в масле обладают:
- Более высокой прочностью
- Способностью выдерживать высокие удельные нагрузки
- Более высокой рабочей температурой (до 1200°C)
В состав таких материалов могут входить медь, никель, хром, графит, асбест и другие компоненты.
Особенности применения фрикционных материалов для работы в масляной среде
При выборе фрикционных материалов для работы в условиях смазки особое внимание нужно уделить их прочности и стойкости к воздействию масла при заданных температурных режимах.
К основным критериям выбора относятся:
- Тип масла или смазочного материала
- Рабочая температура механизма
- Величина и характер нагрузок
- Требования к износостойкости
Кроме того, важно учитывать свойства фрикционных материалов, такие как коэффициент трения, теплопроводность, теплоемкость, термическая стабилизация и др. Эти свойства влияют на эффективность и надежность работы механизма в условиях смазки.
