Фрикционные материалы. 
Прикладная механика: триботехнические показатели качества машин

Особые требования предъявляются к фрикционным материалам. Такие материалы должны обладать высоким коэффициентом зрения, износостойкостью и стабильностью этих свойств в широком диапазоне повышенных температур. От правильного выбора фрикционных материалов во многом зависит уровень качества многих механизмов и машин.

Особенности работы фрикционных материалов

Фрикционные материалы применяются для изготовления пар трения фрикционных динамических устройств. Во фрикционной паре при помощи сил трения кинетическая энергия движущихся масс превращается в тепловую. Силы трения совершают определенную работу, которая оказывает воздействие на фрикционные материалы, в результате чего повышается температура этих материалов и в рабочем (поверхностном) слое происходят изменения.

Фрикционные устройства применяются для разгона и передачи движения (муфты сцепления) и остановки (тормозные устройства) транспортных средств, для передачи и изменения направления движения в приводах технологического оборудования (всевозможные муфгы и фрикционные регуляторы). Наиболее распространенными фрикционными устройствами являются тормозные: ленточные (рис. 5.3), колодочные (рис. 5.4), камерные (рис. 5.5), однодисковые (рис. 5.6) и многодисковые (рис. 5.7) конструкции тормозов. Муфты бывают также дисковые (однои многодисковые) и колодочные.

Рис. 5.3. Ленточный тормоз: 1 — барабан (вращается);

2 — лента с колодками.

Рис. 5.4. Колодочный тормоз: 1 — барабан (вращается);

2-колодки.

Рис. 5.5. Камерный тормоз: 1 — барабан (вращается);

• 2 — камера, 3 — корпус,
• 4 — колодка

Рис. 5.6. Однодисковый тормоз: 1 — диск (вращается);

2-колодки.

Рис. 5.7. Многодисковый тормоз:

• 1 — диски (вращаются);
• 2 корпус, соединенный с невращаюшимися дисками

Каждая конструкция состоит из ведущей и ведомой частей. В тормозах в отличие от муфт ведомая часть всегда неподвижна. В ленточных и колодочных конструкциях контакт ведомой и ведущей частей осуществляется путем прижатия фрикционного элемента, закрепленного на гибкой ленте, или жесткой колодки к вращающемуся барабану (валу). Трение здесь всегда возникает только со стороны одной (внутренней или внешней) поверхности касания. В дисковых конструкциях применяют обычно двухстороннее трение, благодаря чему лучше используется объем конструкции и увеличивается энергоемкость фрикционного узла. В многодисковых конструкциях, работающих в масляной ванне или в условиях трения без смазки, момент трения складывается из суммы моментов, создаваемых каждой парой дисков (неподвижного и подвижного). Это наиболее компактная конструкция.

Для фрикционной пары важным показателем является контактная жесткость, которая зависит от шероховатости и волнистости поверхности ее элементов, податливости материала (в направлении приложения силы) и конструкции, на которой закреплен материал. Чем больше податливость фрикционного элемента в нормальном и тангенциальном направлениях, тем равномернее распределение факти-ческих нагрузок на контакте, тем выше и стабильнее значения коэффициента трения, что снижает температуру контакта и температурные напряжения в деталях. Податливость фрикционного контакта обеспечивается введением подслоя (например, губчатой резины), увеличением числа независимо действующих элементов, созданием прорезей в каркасах и т. п.

Важной эксплуатационной характеристикой фрикционных муфт является инерционность t_H фрикционного контакта — время нарастания момента трения М_т после приложения нагрузки и время уменьшения А/_т до нулевого значения после ее снятия. При работе в масляной ванне уменьшению способствуют канавки на поверхностях трения, благодаря которым улучшается также отвод тепла и продуктов износа.

Режим работы фрикционного узла оценивают по важному для подбора пар трения показателю — продолжительности скольжения /_т, с:

• — кратковременное скольжение /_т < 60 с;
• — длительное скольжение 60 с < /_т < 300 с;
• — квазистационарный режим 300 с < /_т < 1000 с;
• — стационарный режим t_T > 1000 с.

На нормальную работу фрикционного узла существенное влияние оказывает внешнее энергетическое воздействие, приводящее к изменению коэффициента трения скольжения в парс и интенсивности изнашивания (табл. 5.2).

Таблица 5.2.

Влияние внешних энергетических воздействий на коэффициент трения и интенсивность изнашивания фрикционной пары |4|.

Применяют воздушное, жидкостное, эмульсионное и химическое охлаждение фрикционных устройств. Воздушное охлаждение осуществляется либо естественной конвекцией, либо обдувом струей воздуха от вентилятора или компрессора. Жидкостное охлаждение производится водяными теплообменниками, выполняемыми в виде металлических фрикционных элементов с большим числом каналов.

по которым циркулирует вода. Эмульсионное охлаждение происходит путем подачи на поверхности трения через сопло воздушножидкостной эмульсии. Правильный подбор соотношения компонентов смеси и регулирование ее расхода по времени срабатывания позволяют избежать снижения коэффициента трения.

Понижение температуры фрикционной пары достигается наполнением фрикционных элементов химически активными реагентами, между которыми при нагреве в результате рассеяния энергии торможения, а затем естественного охлаждения происходят обратимые реакции. Искусственное охлаждение в ряде случаев позволяет снизить температуру в зоне трения на 40−50%, уменьшить массу тормозного устройства, повысить его долговечность.