ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ТРЕНИЕ ПАР ПОЛИМЕР-МЕТАЛЛ В МОРСКОЙ ВОДЕ

П.Д. Дерлугян, Р.У. Гойтемиров, М.К. Лукашов, В.А. Кутьков

В ряде работ установлено, что существующие антифрикционные материалы (бронза, баббит и др.) в большинстве случаев совер­шенно не пригодны для работы в воде, вследствие повышенного износа, высоких коэффициентов трения и подверженности кор­розии. На современном этапе разработано большое число полимерных материалов, заменяющих эти металлы и исключающих указанные выше недостатки. К таким полимерным материалам в отечественной литературе относят известные П—68, капрон и др.

Целью настоящей работы было сравнение некоторых полимер­ных композиций с одним из укапанных выше материалов – с П-68. При этом определялось влияние скорости скольжения на работу полимерных материалов в паре с контртелами на стали (XI8H9T), бронзы (АМЦ-9-2), а также влияние шероховатости и удельного давления на время приработки.

Испытания проводились на торцевой машине трения. Узел трения представляет собой чашку на самоустанавливающейся опоре (возможно применение одношариковой опоры), в которую помещается металлическое контртело. В чашку заливается имита­тор морской воды, приготовленный по стандарту AXI234 (США). Уровень воды приходится на 25-30 мм выше уровня поверхности трения.

Образцы испытуемого материала представляли собою втулки коленчатого сечения с прорезями в виде секторов для обеспе­чения непрерывного доступа смазывающей среды (имитатора мор­ской воды) в зону трения. Коэффициент перекрытия К=1/3 – (отно­шение площади контакта к полной поверхности кольцевой сече­ния). Форма и размеры образца приведены на рис. 1. Чистота по­верхности трения 7.

Рис. 1.

Перед началом эксперимента образ­цы и контртела выдерживались в течение 24 часов в имитаторе мор­ской воды, затем обезжиривались авиационным бензином и спиртом.

Для всех вариантов пар трения сравнительные испытания проводи­лись при следующих режимах: удель­ной нагрузке – Руд = 45 кг/см2; линейной скорости – 0,1; 0,5;1,0 м/сек. Длительность одного эксперимента составила 6 часов. Линейный износ материала замерял­ся по трем площадкам А, В и С (рис. 1) и усреднялся. Перед за­мером образцы высушивались и обезжиривались. Замер линейного износа производился на вертикальном оптиметре с точностью до 0,001 мм.

Исследуемыми материалами служили модификации известного в настоящее время антифрикционного самосмазывающего материа­ла Маслянит с различными наполнителями. Полученные материалы условно были обозначены номерами с №1по №15.

Для каждого 6-часового эксперимента производился замер среднего износа (т.е. средний износ на 3 площадках трения данного образца), затем, предварительно определив пройденный при этом образцами путь, подсчитывался износ на 1км пути. Результаты испытаний введены в таблицу.

Материал Скорость, м/сек
образца контртела 0,1 0,5 1,0
П-68 Сталь 50 46 7,1
Бронза 23,2 23,5 1,5
Маслянит-Д Столь 10,4 3,4 0,01
Бронза 19,8 1,0 0,9
Маслянит-12 Степь 0 2,2 28,8
Бронза 14,4 11,5 0,02
Маслянит-11 Сталь 3,6 3,5 5,9
Бронза 5,2 1,4 0,5

На рис. 2 представлена зависимость линейного износа образцов на1 км пути от скорости скольжения. Здесь кривая 1 – трение полимера по стали, кривая 2 – трение полимера по бронзе.

Рис. 2.

При анализе полученных кривых видно, что влияние скорос­ти на износ исследуемых образцов весьма велико и широко раз­нится для различных материалов (пар трения).

Влияние скорости на величину износа всех рассмотренных композиций, в том числе и полиамида П-68 при скоростях мень­ших 0,5 м/сек, сказывается в значительно меньшей степени.

Такой характер влияния скорости на износ материалов за­трудняет возможность сделать какие-либо однозначные выводы.

Но следствием изменения скорости и причиной иного характе­ра изменения износа является изменение температуры в зоне контакта, а также возникновение гидродинамического характера трений.

Полученные результаты показывают, что почти во всех сочетаниях полимера группы «Маслянит» имеют меньший износ при скорости, близкой к 1,0 м/сек, образцы на Масляните-11, Масляните-12 в паре со сталью работают хуже, чем полиамид П-68.

Для определения влияния, шероховатости и удельного давле­ния на характер трения исследуемых пар был выбран более чувст­вительный к скорости скольжения Маслянит-12, содержащий в качестве наполнителя железный сурик, в паре с бронзой БрАМЦ-9-2 при различной шероховатости контртела (Ñ5 –Ñ9) и удельном давлении (20—160 кгс/см2).

Определение влияния шероховатости на износ пары трения является первостепенной задачей для исследования работы уз­лов трения машин, работающих с частыми выключениями или в сре­де, где не исключен доступ абразивных частиц. В этом случае в течение первых минут работы машины (даже после общей прира­ботки машины) происходит как бы миниприработка, при которой относительный износ несколько выше, чем в последующее время. Причиной повышенного износа в этот период является процесс схватывания из-за того, что смазка, находящаяся между поверхно­стями трения, под действием веса остановившихся в период вы­ключения вращающихся частей выдавливается. Примерно то же са­мое наблюдается и при работе в морской воде, играющей роль смазки.

Характер влияния шероховатости на износ в паре Маслянит-12 – бронза БрАМЖ-9-2 с некоторым приближением можно изобразить прямой с отрицательным тангенсом угла (рис. 3). Уменьше­ние износа при приработке пары трения с увеличением класса чистоты объясняется тем, что чем меньше высота выступов на поверхности трения, тем спокойнее и в то же время быстрее про­исходит процесс выравнивания, сглаживания этих выступов. Ра­зумеется, шероховатость благоприятствует созданию гидроклина, т.е. кроме атомарного взаимодействия между материалом вращающегося вала (в реальных узлах) и смазочной средой (водой), добавляется еще эффект увлечения выступами частичек жидкос­ти. Очевидно, приведенная на рис. 3 прямая и является резуль­татом этого противоречивого влияния.

Рис. 3.

С увеличением удельного давления в парах трения Маслянит-12 – бронза и Маслянит-12 – сталь износ, естественно, увеличивается, т.к, увеличивается сила трения скольжения исследуемой пары. С увеличением давления свыше 50 кгс/см2 при работе Маслянита-12 в паре со сталью и свыше 105-110 кгс/см2 – с бронзой износ приобретает криволинейный характер. Несмотря на то, что на протяжении всего эксперимента чашка со смазанной средой охлаждалась вентилятором, в зоне контак­та при таких нагрузках, очевидно создавались достаточно высокие температуры, оказывающие воздействие на механические свойства Маслянита-12. Вопрос возникновения и распределения тепла на поверхности трения полимеров представляет значительный практический интерес, однако рассмотрение его выходит за рамки настоящей работы.

На рис. 4,5 показана зависимость износа испытываемого материала и коэффициента трений от удельной нагрузки где линия 1 изображает пару трения Маслянит-12 – сталь, а линия 2 – пару Маслянит-12 –бронза. При работе Маслянита-12 в паре со сталью с увеличением удельного давления интенсивный износ сопровождается увеличением коэффициента трения.

Рис. 4.

Рис. 5.

У пары Маслянит-12 – бронза, на­оборот, с увеличени­ем давления коэффициент трения снижается, и в то же время площадь контакта уве­личивается и для от­личающейся хорошей ра­ботой пары (см.рис.2) несколько снижается удельное давление.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сравни­вать новые композиции материалов группы «Маслянит» со стандартным П-68 и определить вли­яние некоторых факторов на работу наиболее перспективного Маслянита-12 в морской воде.

 

Leave A Comment

Вы не можете скопировать содержимое этой страницы