Urządzenia mechaniczne są często wykorzystywane w działalności człowieka. Niezawodność ruchomych części w dowolnym mechanizmie zapewnia zmniejszenie tarcia i deformacji. W tym celu stosuje się specjalne materiały zwane środkami przeciwciernymi. Ich głównym celem jest zmniejszenie współczynnika tarcia, ułatwiając ślizganie się ruchomych powierzchni mechanizmów. W tym artykule zostaną omówione właściwości przeciwcierne różnych materiałów używanych do tych celów.
Rodzaje tarcia
Tarcie występuje, gdy ciała się ze sobą poruszają. Istnieją dwa główne typy:
- Suche - powierzchnie ciał stałych mają bezpośredni kontakt. Obserwuje się to w napędach pasowych i ciernych.
- Płyn - gdy pomiędzy częściami mechanizmów znajduje się warstwa oleju, a korpusy nie stykają się. Znajduje się w łożyskach oporowych, łożyskach.
A także rozróżnijpośrednie rodzaje tarcia: półsuche i półpłynne.
W odniesieniu do ruchu ciał zwraca się uwagę na następujące rodzaje tarcia:
- rest - występuje, gdy względna reszta ciał;
- poślizg - objawia się względnym ruchem mechanizmów;
- toczenie - tarcie zewnętrzne podczas toczenia ciał.
W zależności od rodzaju tarcia, na powierzchnie ciał wybierany jest materiał o określonych właściwościach przeciwciernych.
Rodzaje materiałów stosowanych w celu zmniejszenia tarcia
Wszystkie materiały zapobiegające tarciu zapewniające niski współczynnik tarcia dzielą się na:
- Metal - stosowane są stopy trzech metali, które zawierają miedź (babity). Zaprojektowany do pracy w trybie tarcia cieczy.
- Proszek - na bazie żelaza i miedzi z dodatkiem grafitu i siarczków. Stosowany w łożyskach ślizgowych.
- Spieki samosmarujące - do produkcji wykorzystywane są materiały o różnych kombinacjach żelaza z grafitem, miedzią i brązem. Wykorzystywane są do produkcji łożysk ślizgowych przy niskich prędkościach i przy braku obciążeń udarowych. Dobre właściwości przeciwcierne pozwalają na ich instalację w miejscach, gdzie smarowanie jest utrudnione.
- W przypadku stałych elementów smarnych - jako cienka warstwa na powierzchni części nakładane są cząsteczki stałego smaru składającego się z chlorków, tlenków metali, fluorków, tworzyw sztucznych. Produkty działają przy wyższych prędkościach ślizgu.
- Niemetalowe - wykonane ztworzywa sztuczne: termoplastyczne i termoutwardzalne. Używany do łożysk śmigłowych, walcarek.
- Metal-polimer - składa się z niejednorodnych składników. Dzielą się na matrycowe, rozproszone i warstwowe. Używany do produkcji łożysk ślizgowych, kół zębatych i kół zębatych.
- Minerały - używaj naturalnych (agat) i sztucznych (korund). Produkują małe, odporne na zużycie łożyska do tachometrów, zegarów, żyroskopów.
Każdy materiał znajduje zastosowanie do produkcji części zgodnie ze swoimi właściwościami przeciwciernymi.
Stopy o niskim współczynniku tarcia
Z takich stopów wykonane są panewki łożysk ciernych, więc muszą mieć:
- Niski współczynnik tarcia w porównaniu do materiału wału, którym jest najczęściej stal hartowana.
- Dobra przewodność cieplna.
- Odporność na korozję.
- Mała twardość.
- Właściwość pozwalająca na zachowanie smaru.
Aby spełnić wymienione właściwości, struktura stopu powinna zawierać metale o właściwościach przeciwciernych, które mają zwiększoną miękkość i ciągliwość podłoża. I jest już przeplatany stałymi cząstkami składającymi się ze związków chemicznych. W takim przypadku wał szybko dociera do łożyska, pojawiają się na nim małe rowki z cząstek stałych, które są wypełnione smarem i przez które usuwane są produkty zużycia. Na bazie cyny, ołowiu, miedzi, kadmu, bizmutu,a inkluzje są wykonane ze stopów antymonu i miedzi.
Zastosowanie stopów brązu w zespołach ciernych
Brąz to stop miedzi z różnymi metalami, w tym cyną, aluminium, krzemem, ołowiem, berylem i wieloma innymi dodatkami. W zależności od procentu jednego lub drugiego pierwiastka zawartego w jego składzie, brąz nazywany jest cyną, aluminium, ołowiem. Brązy są szeroko stosowane w produkcji wyrobów o zwiększonym tarciu. Za najlepsze uważane są brązy o właściwościach przeciwciernych, wykonane na bazie cyny.
Szczególnie dobrze sprawdziły się cynowo-fosforowe, z których wykonane są łożyska, pracujące pod dużym obciążeniem i z dużą prędkością. Jedyną wadą jest ich wysoki koszt, dlatego są zastępowane brązami aluminiowymi i ołowianymi. Podczas pracy w agresywnym środowisku do produkcji tulei łożysk często stosuje się brąz aluminiowy. Oprócz odporności na tarcie mają dobrą odporność na korozję. Ołów zapewnia niski współczynnik tarcia. Materiały te są używane do wytwarzania panewek łożysk do pracy pod wysokim ciśnieniem i z dużą prędkością.
Stopy przeciwcierne: skład i właściwości
W przemyśle do produkcji części trących mechanizmów stosuje się różne stopy o małym współczynniku tarcia:
- Mosiądz to stop, którego głównymi składnikami są miedź i cynk. Może zawierać komponenty w postacialuminium, cyna, ołów, mangan i inne pierwiastki. Pod względem wytrzymałości i niskiego współczynnika tarcia jest gorszy od brązu i jest stosowany do produkcji łożysk ślizgowych pracujących przy niskich prędkościach.
- Babbit to złożone stopy o różnym składzie i właściwościach fizycznych, ale składające się z jednej miękkiej bazy: cyny lub ołowiu z twardymi dodatkami stopów metali alkalicznych, miedzi lub antymonu. Dzięki miękkiej podstawie łożyska są dobrze dotarte do wału, a twarde dodatki zwiększają odporność na zużycie. Wysokie właściwości przeciwcierne babbitt, ale mniejsza wytrzymałość niż brąz i żeliwo, sprawiają, że można je stosować tylko do nakładania cienkiej warstwy na powierzchnię produktów.
Właściwości olejów
W celu zagwarantowania niezawodności i wydajności części trących, zmniejszając tarcie ślizgowe, stosuje się oleje smarujące. Wszystkie są klasyfikowane według:
- pochodzenie;
- metoda odbioru;
- przypisane.
Oleje smarujące spełniają następujące funkcje:
- zmniejszyć tarcie między stykającymi się częściami;
- redukuj zużycie i zapobiegaj zacieraniu;
- zapewniają odprowadzanie ciepła z części trących;
- ochrona przed korozją.
Właściwości przeciwcierne olejów polegają na ich zdolności do zmniejszania ilości energii potrzebnej do tarcia. Lepkość jest głównym wskaźnikiem tych właściwości i zależy od składu węgla i frakcji. Aby poprawić jakość olejów, różnedodatki przeciwcierne zwiększające moc, wydłużające pracę jednostki, zmniejszające obciążenia. Poprawiają właściwości olejów, wydłużając czas wymiany kompozycji smarnej. Dodatki przeciwcierne przyczyniają się do tworzenia warstwy ochronnej podczas interakcji części, wyrównują ich powierzchnie i wygładzają tarcie. Tworząc oleistą, trwałą warstwę, zmniejszają zużycie części.
Właściwości przeciwcierne polimerów epoksydowych
Polimery epoksydowe to lepkie ciecze, które twardnieją po dodaniu do nich różnych substancji organicznych. Charakteryzują się dużą wytrzymałością mechaniczną i służą do łączenia betonu, metalu, szkła i drewna. Ze względu na te właściwości są wykorzystywane do produkcji części metalowo-polimerowych, wytwarzając tuleje, rolki, koła zębate, łożyska i sprzęgła.
Wypełniacze nadają produktom epoksydowo-polimerowym wysokie właściwości przeciwcierne. Części mogą pracować bez smarowania, jeśli stosuje się zwilżanie wodą. Powłoki są odporne na warunki atmosferyczne i chemikalia.
Niemetalowe materiały przeciwcierne
W przypadku łożysk ślizgowych często stosuje się dwa rodzaje tworzyw sztucznych:
- Termoutwardzanie - obejmują one tekstolit, który jest używany do produkcji łożysk do walcarek, śmigieł i maszyn hydraulicznych. Części są wytrzymałe, smarowane wodą i chłodzone.
- Termoplastyczny - szeroko stosowane są poliamidy: fluoroplasty, nylon, anid. Korzyści są wysokiewłaściwości przeciwcierne materiałów, odporność na korozję i dobra odporność na zużycie pod dużymi obciążeniami i prędkościami poślizgu.
Aby zmniejszyć tarcie między częściami, wprowadza się różne wypełniacze w postaci stałych smarów, które stosowane na powierzchni tworzą strukturę ciekłych kryształów. Warto zauważyć, że fluoroplast ma bardzo niski współczynnik tarcia, ale słabe odprowadzanie ciepła i płynność pod obciążeniem są uważane za wadę, dlatego stosuje się go w połączeniu z innymi materiałami.
Wniosek
Materiały przeciwcierne są odpowiednie do produkcji tulei i łożysk, które po zużyciu można łatwo wymienić. Surowiec do wyrobu produktu musi mieć wyższy współczynnik tarcia, tzn. gdy części zetkną się, trudna do wymiany część mechanizmu pozostaje nieuszkodzona. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy materiał cennej części ma doskonałe właściwości przeciwcierne w porównaniu z analogiem.
