Замена в узлах машин трения скольжения трением качения

Лекция

 

Конструктивные методы повышения износостойкости деталей

Общие аспекты

Развитие конструкций машин происходит при постоянном стрем­лении к увеличению их производительности, что почти всегда со­провождается повышением механической и тепловой нагрузок по­движных сопряжений деталей. В связи с этим перед конструктором стоит задача создания новых, более совершенных узлов трения. Помимо того необходимо достичь высокой надежности машины, снизить ее массу, сократить расход дефицитных материалов. Это особенно важно при конструировании машин массового производ­ства. Известно, что повышение долговечности машины даже в не­большой степени ведет к большой экономии металла, уменьшению затрат на производство запасных деталей, сокращению объема числа ремонтов, а следовательно, увеличению числа фактически ра­ботающих машин.

Поскольку при конструировании машин учитываются экономи­ческие факторы производства и эксплуатации, конструктору необ­ходимо проводить перспективный прогноз длительности использо­вания данной машины с учетом продолжительности эксплуатации машин предшествующих моделей. В ряде случаев этот срок состав­ляет 25 лет, а иногда и более, например, для металлообрабатывающих станков, автомобилей, тракторов, транспортных самолетов.

При выборе конструктивного решения необходимо учитывать предстоящие затраты не только на изготовление машины или ее отдельных узлов, но и на обслуживание, и ремонт. Последние затраты при длительной эксплуатации машины во много раз больше стои­мости ее изготовления. Поэтому главное внимание конструктора должно быть направлено на то, чтобы уменьшить износ узлов трения машины, сократить время и затраты труда на замену изношенных деталей и на регулировочные работы, снизить силы трения, повысив тем самым КПД машины, и др.

В конструктивную разработку узлов трения входят:*

Выбор материалов для трущихся деталей

Трущиеся детали в зависимости от назначения изготовляют из конструкционных, фрикционных, износостойких и антифрикцион­ных материалов обширной номенклатуры. Во многих случаях на конструкционный материал наносят износостойкие покрытия, пленки и др. Иногда при особых требованиях к электрической проводимости (скользящие контакты, ламели коллекторов электродвигателей), стойкости к воздействию химически агрессивных сред (газов, в том числе горючих; рабочих жидкостей в системах питания двигателей и ракет; кислот и щелочей) и др. трущиеся детали изготовляют из сталей и сплавов специального назначения, оксидов металлов, спе­ченных и неметаллических материалов.

Из конструкционных сталей делают детали, которые, должны удовлетворять условиям высокой прочности, жесткости или подат­ливости, а также имеют поверхности трения. Это – детали типа валов, пальцев, болтов, шарниров, зубчатых колес и т. д. Из стали, а также из чугуна изготовляют силовые цилиндры, поршни, плун­жеры и поршневые кольца. Чугун широко распространен как ма­териал для станин, столов кареток, ползунов, направляющие ко­торых подвергаются трению.

Фрикционные материалы – это материалы, которые в контакте с металлической поверхностью имеют высокий и более или менее стабильный коэффициент трения. Материалы, применяемые в тор­мозах и фрикционных муфтах валов, разделяются на органические (дерево, кожа, пробка, войлок), металлические (чугун, стали У6, У7, марганцовистая сталь и др.), асбестокаучуковые, пластмассовые (текстолит, асбестотекстолит, фибра), спеченные на медной и же­лезной основах.

Износостойкими называют материалы, которые при трении даже в тяжелых условиях нагружения сравнительно мало изнашиваются. К элементам конструкций, материал которых должен обладать высокой износостойкостью, относят плунжерные пары, зубья ковшей экскаваторов и погрузчиков, зубья врубовых машин и угольных комбайнов, лемеха плугов и рабочие органы большинства техноло­гических машин (скребки, цепи, рештаки, штампы и др.). В качестве износостойких материалов используют конструкционные стали, упрочненные по всему объему или по рабочим поверхностям, специальные стали, чугуны, спеченные материалы, резину, пласт­массы и др.

Из всех пар трения подшипники скольжения вызвали в свое время наибольшую трудность в обеспечении их длительной нормаль­ной работы в силу высоких удельных нагрузок при сравнительно больших скоростях скольжения. В целях улучшения работы под­шипников скольжения были разработаны сплавы, получившие на­звание антифрикционных, т. е. обладающие низким коэффициентом трения (разумеется, при работе в паре со стальным валом). В дальней­шем антифрикционными материалами стали называть любой под­шипниковый материал, как металлический, так и неметаллический, твердость которого меньше твердости сопряженной детали.

Понятие антифрикционность включает комплекс свойств, которым должен удовлетворять подшипниковый материал. Этими свойствами являются:

­– достаточная статическая и динамическая прочность при повышенных температурах;

– способность образовывать прочный гра­ничный слой смазочного материала и быстро восстанавливать его в местах, где он разрушен;

– низкий коэффициент трения при гранич­ной смазке;

– отсутствие заедания на валу в случае перерыва в подаче смазочного материала;

– высокие теплопроводность, теплоемкость, прирабатываемость;

– хорошая износостойкость сопряжения;

– недефи­цитность материала и высокая технологичность.

Подшипниковых материалов, удовлетворяющих всем этим тре­бованиям, фактически нет. Так, прочность оловянных баббитов резко снижается с повышением температуры, что ограничивает их применение при тяжелых условиях работы; прирабатываемость ряда антифрикционных бронз неудовлетворительна; неметаллические анти­фрикционные материалы имеют низкую теплопроводность. Каждый из подшипниковых материалов обладает антифрикционными свой­ствами только при определенных режимах трения.

Как установлено практикой, исчерпывающих, всеохватывающих рекомендаций в отношении выбора материалов для трущихся деталей не существует. Только на основании тщательного сопоставления условий службы трущихся деталей, исходных свойств материалов и тех изменений, какие они претерпевают на поверхно­стях трения, можно подобрать для каждого случая наиболее подходящий материал. Тем не менее, можно сформулировать некоторые руководящие правила при выборе мате­риалов для пар трения скольжения.

1. Сочетать твердый материал с мягким, имеющим температуру рекристаллизации ниже средней температуры поверхности трения. Такая пара металлов хорошо противостоит заеданию и характери­зуется высокой надежностью. Хорошие результаты дают пары хром-резина при смазывании минеральным маслом и водой и хром-бронза при пластичных смазочных материалах.

2. Сочетать твердый металл с твердым (сочетание пар из азотиро­ванной, хромированной и закаленных сталей). Такие пары трения обладают высокой износостойкостью вследствие малого взаимного внедрения их поверхностей. Нанесение приработочных покрытий повышает надежность в наиболее опасный период работы – во время приработки. Применение этих пар ограничивается скоростями скольжения. Высокая точность изготовления и сборки, значитель­ная жесткость конструкции, тщательная приработка, улучшение условий смазки значительно расширяют область применения пар трения из твердых материалов.

3. Избегать сочетаний мягкого материала по мягкому, а также пар из одноименных материалов (незакаленная сталь по незакален­ной стали, алюминиевый сплав по никелевому сплаву, медный сплав по алюминиевому, хром по хрому, хром по алюминию, никель по никелю, пластмасса по пластмассе), за исключением политетрафтор­этилена и полиэтилена, каждый друг по другу. Подобные пары имеют низкую износостойкость и ненадежны в работе. При незначительных перегрузках в парах образуются очаги схватывания, и происходит глубинное вырывание материалов с взаимным их налипанием на поверхность трения.

4. Применять в труднодоступных для смазывания конструкциях пористые спеченные материалы и антифрикционные сплавы.

5. Применять в качестве фрикционных и антифрикционных ма­териалов пластические массы. В ряде случаев они повышают надеж­ность и срок службы узла трения, в других случаях снижают массу конструкции и расход дефицитных цветных металлов, уменьшают вибрации и улучшают акустические свойства машин.

6. Стремиться путем выбора материалов пары трения, смазочных материалов или присадок к ним создавать при работе пары условия реализации режима ИП при трении.

7. При выборе материалов учитывать возможность наводороживания трущихся поверхностей при эксплуа­тации, что резко снижает износостойкость и надежность работы узла трения. Применять материалы, трудно поддающиеся наводороживанию.

8. Стальные детали узлов трения при окончательной доводке их поверхности подвергать финишной антифрикционной безабразивной обработке.

Замена в узлах машин трения скольжения трением качения

Такая замена во многих случаях целесообразна с точки зрения повышения надежности работы деталей и экономичности машин.

Каждому виду опор (скольжения и качения) свойственны как положительные, так и отрицательные качества. Подшипники каче­ния имеют следующие преимущества:

1. Уменьшаются потери на трение по сравнению с потерями у под­шипников скольжения, работающих при граничной смазке или при жидкостной смазке. Применение подшипников качения, как пра­вило, повышает КПД машины. Коэффициент трения подшипника качения сравнительно мало изменяется в большом диапазоне нагру­зок и окружных скоростей.

2. Экономится большое количество цветных металлов – меди, олова, свинца, расходуемых на изготовление вкладышей подшипни­ков скольжения.

3. Уменьшается расход смазочных материалов.

4. Отпадает надобность в принудительном охлаждении.

5. Упрощается уход.

6. У валов при правильно назначенных посадках отсут­ствует износ шеек, что исключает необходимость ремонта по­следних.

7. Шарико- и роликоподшипники стандартизованы, что упрощает конструирование подшипникового узла. Поступление подшипников качения в сборочный цех в виде собранного комплекта ускоряет изготовление и монтаж машины.

8. Применение подшипников качения уменьшает стоимость ма­шины.

Перечисленные преимущества подшипников качения обусловили их широкое распространение. Диапазон их размеров широк: от 0,25 мм (по диаметру) в приборах и свыше 1000 мм в четырехрядных конических подшипниках валков прокатных станов.

Недостатками подшипников качения являются:

1. Недостаточная надежность при высоких окружных скоростях и динамических нагрузках.

2. Иногда существенным недостатком являются большие диаме­тральные размеры при меньшей длине, чем у подшипников сколь­жения.

3. Неудовлетворительная работа в условиях вибрационной на­грузки, а также при качательном движении с малыми углами по­ворота.

4. Большой шум при работе.

5. Недостаточная коррозионная и тепловая стойкость.

6. Значительно меньшая грузоподъемность и долговечность упор­ных подшипников качения, чем подшипников скольжения.

7. Недостаточная пригодность в случаях, когда для удобства монтажа либо по особенностям конструкции вала требуются разъем­ные опоры.

 

 

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 432; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!