CC BY
32
УДК: 620.178.162.4
Желтов A.A., Богометова О. Е., Полковников Д.В., Жуков Н.П., Осипчик В.С. Голубева Т.П., Пославская О.О.
АНТИФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АРМИРОВАННОГО ПОЛИАМИДА
Желтов Андрей Анатольевич, студент 3 курса бакалавриата ТГТУ; Богометова Ольга Евгеньевна, студент 3 курса бакалавриата ТГТУ; Полковников Дмитрий Владимирович, студент 4 курса бакалавриата ТГТУ;
Жуков Николай Павлович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой энергообеспечение предприятий и теплотехника, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, Россия 392620, Тамбов, ул. Советская, д.106 e-mail: [email protected]
Осипчик Владимир Семёнович, д.т.н., профессор кафедры технологии переработки пластмасс, Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 e-mail: [email protected]
Голубева Татьяна Павловна студент 3 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс; Пославская Ольга Олеговна студент 3 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс.
Дано описание машины для испытаний материалов на трение и износ. Работоспособность экспериментальной установки представлена исследованием пар трения применительно к радиальным подшипникам скольжения, содержащим элементы конструкции из полимерных материалов.
Ключевые слова: пара трения, подшипник скольжения, полимерные композиционные материалы. ANTIFRICTION PROPERTIES OF THE REINFORCED POLYAMIDE
Zheltov A.A.*, Bogometova O. E.*, Polkovnikov D.V.*, Zhukov N.P.*, Osipchik V.S., Golubeva T.P., Poslavskaya O.O. *Tambov state technical University, Tambov, Russia
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russsia
The description of machines for testing materials in friction and wear. The performance of the experimental setup is represented by the study of friction pairs with respect to radial bearings that contains structural elements from polymer materials.
Keywords: friction couple, journal bearing, polymeric composite materials.
Все современные технические системы, 32 МПа и скорость скольжения 0,0035 - 0,6 м /с. включая приборы, машины, технологическое Выбрана схема испытаний с контактом по оборудование имеют в своем составе, за редким образующей. Эффективность функционирования исключением, подвижные сопряжения деталей, лабораторной установки в данных исследованиях образующие узлы трения различного типа. При обеспечена применением обобщенных условий изготовлении узлов трения машин их надежность эксплуатации применительно к радиальным обеспечивается за счет применения современных подшипникам скольжения на модельных образцах. материалов и смазок, методов обработки, контроля При определении коэффициента трения в качестве и управления технологическим процессом контртела использовали ролик диаметром 60 мм, изготовления, качества сборки, а также за счет изготовленный из стали 45, термообработанной до использования современных методов испытаний, твердости 42 - 45 HRC. Шероховатость рабочей доводки и других средств обеспечения современного поверхности металлического тела характеризовалась технологического уровня [1]. параметром Ra = 0,32 - 0,63.
Средства испытаний материалов на трение и Выбор режимных характеристик при
износ можно разделить на две группы в фрикционных испытаниях пар трения обусловлен зависимости от назначения: лабораторные машины необходимостью передавать больше энергии с для испытания материалов на трение и износ и помощью компактных механизмов. Многие пары стенды для испытания узлов трения. Тип трения машин работают в тяжелых режимах трения, оборудования зависит от положения вектора в условиях, когда смазка является нежелательной нагрузки по отношению к плоскости расположения [1].
векторов линейных скоростей основного движения и В установку входят: камеры для испытания
характера относительного движения образца и образцов (1, 2); реверс (3); коническая передача (4); контртела [2]. коробка скоростей (5); мотор-редуктор (6);
В данной работе представлено исследование двигатель (7); цепная передача (В); зубчатая пар трения применительно к радиальным передача (9); образец (10); ременная передача (11); подшипникам скольжения, содержащим элементы корпус конической передачи (12); корпус реверса конструкции из полимерных материалов. Процесс (13); счетчик числа оборотов (14); привод счетчика трения без смазки изучали на установке, (15); муфта(16); образец-ролик (17). позволяющей реализовывать диапазон нагрузок В -
15 9 16 5
16 15 14 12
Рис. 1. Кинематическая схема установки
Экспериментальная установка позволяет проводить одновременно испытания на двух образцах: на одном образце при вращательном движении, на другом при возвратно-вращательном. Используются образцы в виде ролика и колодочки. Угол поворота ролика при возвратно-вращательном движении а = 324°. Кинематическая схема установки представлена на рисунке 1. Основными узлами являются: камеры для испытания образцов при возвратно-вращательном и вращательном движениях 1 и 2, реверс 3, коническая передача 4, коробка скоростей 5, механизм нагружения, мотор-редуктор 6, двигатель 7. При работе на скоростях 0,0036 - 0,1 м/с крутящий момент подается от мотор-редуктора 6 через цепную передачу 8 к коробке скоростей 5, которая имеет семь рабочих скоростей. От коробки скоростей движение передаётся через открытую зубчатую передачу 9 и конический реверс 3 образцу-ролику 17.
При работе на скоростях 0,1 - 0,6 м/с крутящий момент передается от двигателя 7 (4А80В60У3) к коробке скоростей 5 через ременную передачу 11. Шестерня открытой зубчатой передачи является подвижной кулачковой полумуфтой. Это дает возможность работать на одном образце, отключив другой, если опыт на нем заканчивается раньше. Реверс 3 представляет собой ведущий конический сектор и две ведомые конические шестерни. За один оборот сектора в зацепление с ним входит поочередно то одна, то Таблица 1. Свойства материалов на основе ПА12
другая шестерня. Таким образом, за один оборот ролик делает поворот на угол а = 324° в одну и другую сторону. Камеры для испытания образцов сварные. В каждую камеру встроен механизм нагружения образцов. Для удобства обслуживания камера имеет три окна, закрытые крышками из стекла. Для подачи и отвода масла, СОЖ или других жидкостей имеются два штуцера. Камеры для испытания образцов при возвратно-вращательном и при вращательном движениях одинаковые. Нагрузочное устройство представляет собой систему из двух рычагов с общим отношением плеч 1:7,2. Нагрузка создается подвешиванием
соответствующих грузов на большой рычаг и передается на образец через малый рычаг, динамометр, например, ДОСМ-1, и шпиндель. Для отсчета числа оборотов образцов-роликов служат два счетчика числа оборотов, которые установлены на крышках корпусов реверса и конической передачи. Измерение момента трения производится с помощью проволочных датчиков сопротивления, которые наклеиваются непосредственно на вал образца. Тензодатчики собраны в электрическую схему, позволяющую измерять момент трения с помощью типовой тензометрической аппаратуры. Для тарировки используется съемный проградуированный рычаг, который закрепляется на валу образца-ролика. При тарировке на конец этого рычага подвешивают грузы.
Материал Твердость по Бринеллю, МПа Ударная вязкость, кДж/м2 Разрушающее напряжение, МПа Теплостойкость по Вика, оС, нагрузка 10 Н
Растяжение Сжатие Изгиб
ПА12 90 90 47 56,6 60 160
ПА12+10% А 110 87 60 65,7 72 175
ПА12+25% Ф 130 100 94 75,5 92 180
Исследованы фрикционные свойства материала на основе полиамида-12 (ПА12), в состав которого были введены синтетические волокна Фенилон (Ф) в количестве 25% масс. и Аримид (А) в количестве 10% масс. Образцы-колодочки для испытаний
(размером 4х10х15 мм) из ПА12 и композитов на его основе получали прессованием. Рабочую поверхность пластмассовых образцов шлифовали до получения ровной матовой поверхности [3 - 5].
Полиамид -12 отличается от других ПА повышенной водо- и морозостойкостью, что даёт возможность эксплуатировать изделия из него в средах с переменной и высокой влажностью. Обладает наименьшим водопоглощением среди алифатических ПА, по ударопрочности и эластичности от превосходит ПА-6 и 66, однако несколько уступает фенилону по водопоглощению и значительно - по прочностным показателям.
Одним из наиболее важных преимуществ ПА является низкий коэффициент трения при смазке маслом и повышенная износостойкость [7, 8]. Однако, при работе в условиях без смазки коэффициент трения ПА резко возрастает, а недостаточно высокие теплопроводность, несущая способность и стойкость по отношению к маслу и влаге ограничивают области применения изделий из ПА в узлах трения машин [6]. Учитывая это, для повышения основных эксплуатационных
характеристик целесообразно введение в состав ПА12 указанных выше волокнистых наполнителей.
Деформационная теплостойкость композитов на основе ПА12 возрастает, что объясняется образованием более плотно упакованного пограничного слоя на поверхности волокна, армирующего полимер (таблица 1) [6].
Коэффициент трения по стали армированного ПА-12 в 2 - 3 раза ниже, чем у исходного материала. Различия в изменении свойств композитов объясняются структурным эффектом и разным относительным удлинением при разрыве (рис.2).
Сравнительные данные свидетельствуют о том, что с применением синтетических волокон в качестве наполнителя улучшаются
антифрикционные свойства полиамида [7, 8]. По своей эффективности синтетические волокна могут быть поставлены в один ряд с армирующим
угольным волокном. />
0,14 -
0,10
0,06 -
0,02
0,01
0,02
0,03 V, м/с
Рис.2. Зависимость коэффициента трения по стали ПА12 (1) и композитов на его основе от скорости скольжения. Нагрузка - 15 МПа. ПА12+10% масс волокна Аримид (2); ПА12+25% масс волокна Фенилон (3)
Таким образом, показана целесообразность введения в полиамид 12 синтетических волокон Аримид и Фенилон в указанных концентрациях с целью улучшения антифрикционных свойств композита применительно к радиальным
подшипникам скольжения.
Список литературы
1. Машков Ю.К. Трибофизика: учебное пособие / Ю.К. Машков, О.В. Малий; Минобрнауки России, ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ. - 2015. -256с.
2. Тарасенко А.Т. Триботехнический стенд для испытаний изделий из полимерных композиционных материалов на трение и износ // Вестник ТОГУ. -2009. -№ 4 (15). - С. 47 - 52.
3. Корсакова Е.В., Кравченко Т.П. Свойства и области применения полиамидов различных типов // Успехи в химии и химической технологии. - 2008. Том 22. -№ 5 (85). -С.10 - 13.
4. Кербер М.Л., Майникова Н.Ф., Воробьев Ю.В., Кравченко Т.П., Валецкая Н.Я. Антифрикционные свойства ПА-12, армированного волокнистыми наполнителями / // Пластические массы. - 1984. -№ 7. - С. 9 - 10.
5. Антифрикционный материал на основе ПА-12 / М.Л. Кербер, Н.Ф. Майникова, Ю.В. Воробьев, Т.П. Кравченко, Н.Я. Валецкая // Пластические массы. - 1985. -№ 10. -С.14.
6. Перепёлкин К.С. Современные химические волокна и перспективы их применения в текстильной промышленности // Российский химический журнал . - 2002. - Том ХЦУХ -№ 1 - С. 31 - 48.
7. Майникова Н.Ф., Решетова А.Д., Кох-Татаренко В.С. Исследование износостойкости армированного полиамида // Труды VIII Международной научно-инновационной конференции «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» - Тамбов: Изд-во Першина Р.В., 2016. - С.94 - 96.
8. Кох-Татаренко В.С., Майникова Н.Ф., Кладовщикова О.И., Пиминова К.С., Шабалтас Ю.А., Кравченко Т.П. Исследование антифрикционных свойств армированного полиамида // Успехи в химии и химической технологии. - 2016. Том. 30. -№ 10 (179). - С. 46 -48.
1
0
