Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 38
Текст из файла (страница 38)
3.7. Фрикциоииые материалы Тормозные устройства из фрикционных материалов предназначены для нревращения кинетической энергии движущихся масс в теплоту при сохранении их работоспособности для последующих многократных циклов торможения. При работе в сцеплениях онн должны надежно обеспечить передачу движения от того или иного двигателя к исполнительному механизму. К специфическим условиям работы фрнкциониых материалов относятсж 1) широкий диапазон скоростей скольжения и нагрузок; 2) высокий уровень нагрева трущихся поверхностей вследствие трения без смазки; 3) трение в нестационарных условиях при многократных нагревах и охлаждениях; 4) различная продолжительносп контактирования трущихся поверхностей.
При таких режимах работы фрикционная трибосистема должна обладать способностью тормозить в заданных условиях; коэффициент трения должен быть в пределах 0,2 — 0,5 1411. Наименьший коэффициент трения назначают из условий создания необходимой силы трения, наибольший определяется ограничением по самозаклиниванию. В автомобильных тормозах и на железнодорожном транспорте расчетный коэффициент трения принят равным 0,35 и 0,2 соответственно, а в авиационных тормозах 0,25 — 0,5. Коэффициент трения изменяется в зависимости от многих параметров: скорости, на . грузки, температуры и определяется также материалами трущихся поверхностей 1631.
Разработаны и применлются фрикционные материалы для весьма легких (температура на поверхностях трения до 1ОО С), легких (до 250 С), средних (до 600 С), тяжелых н сверхтяжелых (до 1000 С и выше) условий работы 1241. При эксплуатации фрико ционных материалов в масле температура обычно не превышает 100 — 150 С. Ддя легких условий эксплуатации в качестве фрикциониых материалов находят применение стали, чугуны и бронзы. Однако для них характерны нестабильные значения коэффициента трения (сильно зависящие от скорости скольжения и температуры) и склонность к схватыванию, особенно при повышенных температурах, Длл фрикционных устройств, работающих в условиях эксплуатации средней тяжести, применяют асбофрикционные и спеченные на основе бронз материалы.
Для тяжелых и сверхтяжелых условий эксплуатации используют спеченные материалы на железной основе, а в последние годы — углеродные материалы (углеродные или графитовые волокна в углеродиой матрице). При выборе материала также принимают во внимание способность их нрирвбатываться и сопротивление изнашиванию. Тормозные детали (иакладки, колодки и др.) испытывают напряжения сжатия, растяжения, сдвига, в ряде случаев ударные нагрузки 1241. Поз гому необходимо учитывать характеристики механических свойств (цределы текучести при растяжении и сжатии, временное сопротивление, ударную вязкость, твердость) как при комнатной, так и рабо- 197 чей температурах, Из физических свойств большое значение имеют теплоемкость и теплопроводность 1241, от которых в значительной мере зависит температура, возникающая при торможении.
Тепловой режим трения определяется также конструкцией и размерамн фрикцнонного сочлененил. Важной характеристикой является коэффициент взаимного перекрытия К„[24], представляющий собой частное от деления номинальных площадей контакта трущихся элементов (меньшую на большую). Неполное взаимное перекрытие обеспечивает возможносп теплоотдачн с открытых участков поверхностей трения; цри полном перекрытии всл теплота передается в глубь трущихся тел, и тепловой режим сопряжения становится более напряженным.
Фрикционные материалы разделяют на две труппы: металлические и неметаллические. В тяжелых условиях эксплуатации при работе без смазки наиболее долговечными и износостойкими являются легированные чугуны. Лучшие свойства имеют чугуны с перлитной основой. Феррита допускается не более 10 %. Прн более высоком содержании феррита снижается коэффициент трения и облегчается схватывание поверхностей 1281. Срок службы тормозных колодок вагонов железнодорожного транспорта нз чугунов с высоким содержанием фосфора (до 3 %) по сравнению с серым чугуном, не содержащим фосфора, повышается в среднем на ! 2 %. При этом уменьшается также интенсивность изнашивания колес. Перспективно использование спеченных фрикционных материалов на основе железа и меди.
Из материалов на железной основе наибольшее распространение получили материалы ФМК-З, ФМК-11, МКВ-50А и СМК-80 142, 61, 681. Их состав и свойства приведены в табл. 3.49. Фрикционные спеченные материалы на основе меди широко используют при работе без смазки. Оловянистые бронзы обладают высоким коэффициентом трения и по сравнению с железными материалами изнашиваются меньше вследствие меньшей способности схватываться с материалом контртела. Состав фрикционных материалов иа медной основе дан в табл, 3.50 1681.
В тормозах автотранспорта, тракторов, железнодорожного транспорта нашли широкое применение асбофрикциоиные материалы 14Ц. Главным компонентом фрикционных асбополимерных материалов является хризотил-асбест (ГОСТ 12871 — 97), применяемый в качестве теплостойкого материала. Асбест обладает способностью очищать поверхность трения от загрязнений, что способствует высоким значениям коэффициента трения (до 0,8). В качестве армирующих компонентов наряду с асбестом используют шлаковую или минеральную вату, а также стеклянные, базальтовые, углеродные и другие волокне. Наполнителями являются железный сурик, баритовый концентрат, оксиды хрома и других металлов, глинозем, кволин, вермнкулит, мел н др. Широко используют в фрикционных асбополимерных материалах углеродные наполнители: измельченный кокс, графит, технический углерод. Длл снижения температуры на поверхности трения добавляют металлические наполнители в виде порошков нлн стружки меди, латуни, цинка, алюминия, железа и т.
п„повышающие теплопроводность. Связующими в таких материалах являются каучуки и смолы, а также их комбинации. Наибольшее распространение находят бутадиеновые (СКБ, СКБСР, СКД), бутадиен-нитрильиые (СКН-26м), бутадиен-метилвинилпиридиновые, стирольные, метилстирольные и другие синтетические каучуки, в также натуральный каучук. Широкое применение нашли феноло-формальдегидные и фенолоанилино-формальдегидные (модифицированные) смолы.
По способу изготовления фрикционные изделия подразделаот на формованные, вальцованные, тканые, спирально- и эллипсно-навитые. Применяют также изделия из пропитанного картона. Основой тканых фрикционных материалов является асбестоваа ткань, основой спирально-навитых изделий — асбестовые нити. Формованные изделия на каучуковом, смоляном и комбинированном связующих применяют в тормозах автотранспортных машин и тракторов, в муфтах сцепления, в тормозах железнодорожного подвижного состава и в других фрикционных устройствах.
Недостатком вальцованных фрикционных эластичных материалов (лент) является сравнительно невысокая прочность. Тканые изделия обладают высокой прочностью, но имеют сравнительно невысокую фрикционную теплостойкость. Процесс их изготовления трудоемок и мало производителен. Спирально-нанятые изделия (с основой из специально переплетенных нитей асбеста) применяют для изготовления накладок сцепления.
Прессованные изделия из пропитанного асбестового картона (преимущественно накладки сцепления) имеют низкие эксплуатационные свойства„поэтому использование их нельзя считать перспективным. Фрикционные асбополимерные детали крепят к металлическому каркасу нли основе (колодке, ведомому диску сцепления и т. п.) различными способами: механически (заклепками, болтами, винтами), приклеиванием, приформовыванием (в процессе изготовления). Тормозные и фрикционные устройства рассчитывают на теплостойкость и долговечность [4Ц с использованием инженерных методов расчета фрикционных пар и процессов торможения [24, 631, разработанных на основе уравнений тепловой динамики трения.
Для оценочных практических расчетов применяются методы, базирующиеся на эмпирических и статистических данных стендовых испьгганий и эксплуатации фрикционных устройств аналогичных конструкций [241. В табл. 3.51 приведены некоторые сведения о серийно выпускаемых нашей промышленностью асбофрикционных материалах [4Ц. Более 80 % материалов производят методом формования. Около 40% изделий из асбофрнкционных материалов (главным образом тормозные накладки) изготовляют на каучуковом связующем, 25% — на смоляном связующем, 35% — на комбинированном. Некоторые характеристики асбофрикционных материалов, необходимые для расчета процессов торможения, приведены в табл. 3.52 и 3.53, а также в [4Ц. Прочностные свойства при повышении температуры для большинства асбофрикционных материалов снижаются (их зависимосп описывается экспонентой).
Для отдельных материалов при — 300 'С наблюдается переход через минимум (что объясняется структурными превращениями в материале в результате термохимических процессов). Интенсивность изнашивания асбофрикционных материалов с повышением темперао туры до 600 С возрастает. В основе механизма износа лежит сначала деструкция полимерного связующего, а затем процессы окисления и выгорания ряда компонентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
