Фрикційні матеріали: вибір, вимоги

Сучасне виробниче обладнання має досить складною конструкцією. Фрикційні механізми передають рух за допомогою сили тертя. Це можуть бути муфти, затискачі, разжими і гальма. Щоб обладнання було довговічним, працювало без простоїв, до його матеріалів висувають особливі вимоги. Вони постійно ростуть. Адже техніка і обладнання, постійно удосконалюються. Збільшуються їх потужності, робочі швидкості, а також навантаження. Тому в процесі їх функціонування застосовують різні фрикційні матеріали. Від їх якості залежить надійність, довговічність обладнання. У деяких випадках від цих елементів системи залежить безпека та життя людей.

Загальна характеристика

Фрикційні матеріали – це невід'ємні елементи вузлів і механізмів, які мають можливість поглинати механічну енергію та розсіювати її в навколишнє середовище. При цьому всі елементи конструкції не повинні швидко зношуватися. Для цього представлені матеріали володіють певними властивостями. Коефіцієнт тертя фрикційних матеріалів повинен бути стабільним і високим. Показник зносостійкості також зобов'язаний задовольняти експлуатаційні вимоги. Такі матеріали володіють хорошою термостійкістю і не схильні до механічних впливів. Щоб речовина, виконує фрикційні функції, не прихвативалось до робочих поверхонь, воно наділяється достатніми адгезійними якостями. Сукупність таких властивостей забезпечує нормальну роботу обладнання і систем.

Властивості матеріалу

Фрикційні матеріали володіють певним набором властивостей. Основні з них були перераховані вище. Це службові якості. Саме вони визначають експлуатаційні характеристики кожної речовини.


Але всі службові характеристики зумовлюються набором фізико-механічних і теплостатических показників. Такі параметри змінюються в процесі експлуатації матеріалу. Але їх граничне значення враховується в процесі вибору фрикційного речовини. Існує поділ властивостей на статичні, динамічні і досвідчені показники. До першої групи параметрів відносять межа стиску, міцності, вигину і розтягування. Також сюди входять теплоємність, теплопровідність і лінійне розширення матеріалу. До показників, що визначаються у динамічних умовах, зараховують термостійкість, теплостійкість. У дослідній обстановці встановлюють коефіцієнт тертя, зносостійкість і стабільність.

Види матеріалів

Фрикційні матеріали системи гальм та зчеплення найчастіше виготовляють на мідної або залізній основі. Друга група речовин застосовується в умовах підвищеного навантаження, особливо при сухому терті. Мідні матеріали використовують для середніх і легких навантажень. Причому вони підходять як для сухого тертя, так і з застосуванням мастильних рідин. В сучасних умовах виробництва отримали широке застосування матеріали на каучуковій і смоляний основі. Також можуть застосовуватися різні наповнювачі з металевих і неметалічних компонентів.

Область застосування

Існує класифікація фрикційних матеріалів в залежності від області їх застосування. В першу велику групу входять передавальні пристрої. Це середні і слабонагруженние механізми, які працюють без змащення.
Далі виділяються фрикційні матеріали системи гальм, призначені для середніх і важких механізмів. В цих вузлах мастило не застосовується. До третьої групи відносять речовини, застосовувані в сцеплениях середніх і важконавантажених вузлів. У них присутня олія. Також виділяють окремою групою матеріали гальм, в яких присутня рідка змазка. Основні параметри механізмів визначають вибір фрикційних матеріалів. У зчепленні навантаження діє на елементи системи близько 1 с, а в гальмі – до 30 с. Цей показник визначає характеристики матеріалів вузлів.

Металеві матеріали

Як вже було сказано вище, основними металевими фрикційними матеріалами системи зчеплення, гальма є залізо і мідь. Дуже популярні сьогодні сталь і чавун. Вони застосовні в різних механізмах. Наприклад, фрикційні матеріали для гальмівних колодок, склад яких містить чавун, часто застосовуються в залізничних системах. Він не жолобиться, але різко втрачає свої ковзні якості при температурі від 400 °С.

Неметалеві матеріали

Фрикційні матеріали зчеплення або гальм виготовляють також з неметалевих речовин. Їх створюють переважно на основі азбестового (смола, каучук виступають зв'язуючими компонентами). Коефіцієнт тертя залишається досить високим до температури 220 °с. Якщо сполучною речовиною є смола, матеріал характеризується високою зносостійкістю. Але їх коефіцієнт тертя дещо нижче відносно інших подібних матеріалів. Популярним матеріалом з пластмаси на основі такої виступає ретинакс. У його складі присутній фенолформальдегидная смола, азбест, барит і інші компоненти. Ця речовина застосовується для вузлів і гальмівних механізмів з важкими експлуатаційними умовами. Воно зберігає свої якості навіть при нагріванні до 1000 °С. Тому ретинакс застосуємо навіть в авіаційних гальмівних системах.
Азбестові матеріали виготовляють шляхом створення однойменної тканини. Її просочують асфальтом, гумою або бакелитом і спресовують при високих температурах. Короткі азбестові волокна можуть формувати також неткані накладки. У них додається дрібна металева стружка. Іноді для посилення міцності в них вводиться латунний дріт.

Спечені матеріали

Існує ще один різновид представлених компонентів систем. Це спечені фрикційні матеріали системи гальм. Що це різновид, стане зрозуміліше зі способу їх виготовлення. Їх найчастіше виготовляють на сталевій основі. У процесі зварювання з нею спікається інші, що входять в склад, компоненти. Попередньо спресовані заготовки, що складаються з порошкових сумішей, піддають високотемпературного нагріву. Такі матеріали застосовують найчастіше у важконавантажених муфтах і гальмівних системах. Їх високі показники при експлуатації визначаються двома групами компонентів, що входять до складу. Перші матеріали забезпечують хороший коефіцієнт тертя і зносостійкість, а другі – стабільність і достатній рівень адгезії.

Матеріали на сталевий основі для сухого тертя

Вибір матеріалу для різних систем здійснюється на основі економічної і технічної доцільності його виготовлення та експлуатації. Кілька десятиліть тому затребуваними були такі матеріали на залізній основі, як ФМК-8 МКВ-50А, а також СМЯ. Фрикційні матеріали для гальмівних колодок, які працювали в важконавантажених системах, пізніше стали виготовляти з ФМК-11. МКВ-50А є більш новою розробкою. Її застосовують при виготовленні накладок для дискових гальм. Він має перевагу перед групою ФМК за показниками стабільності, зносостійкості. У сучасному виробництві більшого поширення отримали матеріали типу СМК. В них підвищений вміст марганцю. Також до складу входять карбід і нітрид бору, дисульфід молібдену і карбід кремнію.

Матеріали на основі бронзи для сухого тертя

У передавальних і гальмівних системах різного призначення добре себе зарекомендували матеріали на основі оловянистой бронзи. Вони набагато менше зношують парні деталі з чавуну або сталі, ніж фрикційні матеріали на залізній основі. Представлену різновид матеріалів застосовують навіть в авіаційній промисловості. Для особливих умов експлуатації олово можуть замінювати такими речовинами, як титан, кремній, ванадій, миш'як. Це запобігає виникненню міжкристалічної корозії. Матеріали на основі оловянистой бронзи широко застосовують в автомобільній промисловості, а також при виготовленні сільськогосподарської техніки. Вони витримують великі навантаження. Входять до складу сплаву 5-10% олова забезпечують підвищену міцність. Свинець і графіт відіграють роль твердої змазки, а двоокис кремнію або кремній підвищують коефіцієнт тертя.

Робота в умовах рідкого мастила

Матеріали, застосовувані в сухих системах, що володіють істотним недоліком. Вони схильні до швидкого зносу. При попаданні в них мастила з розташованих поруч вузлів різко знижується їх ефективність. Тому останнім часом все більшого поширення набувають матеріали, призначені для роботи в рідкому мастилі. Таке обладнання включається плавно, характеризується високим рівнем зносостійкості. Вона легко охолоджується і просто герметизується. В зарубіжній практиці останнім часом зростають обсяги виробництва такого продукту, як фрикційний матеріал листової для гальм, муфт та інших механізмів на основі азбесту. Його просочують смолою. До складу входять формовані елементи з високим вмістом металевих наповнювачів. Найчастіше для мастильної середовища застосовують спечені матеріали, виготовлені на основі міді. Щоб підвищити фрикційні характеристики, склад вводяться неметалеві тверді компоненти.

Поліпшення властивостей

В першу чергу поліпшення вимагає зносостійкість, якою володіють фрикційні матеріали. Від цього залежить економічна та експлуатаційна доцільність представлених компонентів. У цьому випадку технологи розробляють шляхи щодо усунення надмірного нагрівання на тертьових поверхнях. Для цього вдосконалюють властивості самого фрикційного матеріалу, конструкцію пристрою, а також регламентують робочі умови. Якщо матеріали застосовуються в умовах сухого тертя, особлива увага приділяється їх жароміцності і стійкості до окислення. Такі речовини менш схильні до зносу абразивного типу. Але для систем зі змазкою жароміцність не має такого великого значення. Тому більша увага приділяється їх міцності. Також технологи при підвищенні якості фрикційних матеріалів приділяють увагу їх ступеня окислення. Чим вона менша, тим довговічніше компоненти механізмів. Ще одним напрямком є зменшення пористості матеріалу. Сучасне виробництво повинне удосконалювати застосовувані додаткові матеріали в процесі виготовлення різних рухливих, передавальних пристроїв. Це дозволить задовольнити зростаючий споживчі і експлуатаційні вимоги, що висуваються до фрикційних матеріалів.