Триботехника. Конструирование, изготовление, эксплуатация машин - Гаркунов Д.Н.

Автор: Гаркунов Д.Н.

Теги: испытания материалов товароведение силовые станции общая энергетика конструирование машин учебное пособие инструкция по эксплуатации ремонт машин триботехника

ISBN: 5-94327-093-0

Год: 2002

Похожие

Триботехника (износ и безызносность)

Коррозия и защита от коррозии

Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств.

Методические указания по изучению дисциплины и задания для контрольной работы

Текст

ДЛЯ ВУЗОВ
Д.Н. Гаркунов
ТРИБОТЕХНИКА
КОНСТРУИРОВАНИЕ,
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ МАШИН
5-е издание
переработанное и дополненное
Рекомендовано Министерством образования
Российской Федерации в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности «Оборудование
и технология повышения износостойкости
и восстановления деталей машин и аппаратов»
направления подготовки дипломированных
специалистов «Магииностроителъные технологии
и оборудование»
МОСКВА Издательство МСХА
2002

УДК 620.179.112@75.8)
ББК34.41яГ20 73
Г20
Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина
Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина
Рецензенты В.В. Стрельцов, В,Ф. Пичугин
Гаркунов Д.Н.
Г20 Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация
машин): Учебник. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: "Издательство
МСХА", 2002. 632 с, ил. 250.
18ВИ 5-94327-093-0
Книга состоит из трех частей: в первой части рассмотрены
конструктивные приемы повышения долговечности трущихся деталей машин.
Даны сведения о материалах, применяемых для изготовления узлов
трения машин и их сочетания в парах трения, зазорах в сочленениях,
жесткости и податливости подвижных деталей, методах подвода
смазочного материала к поверхности трения, оценке и выбору принципиальной
схемы узлов трения и машины в целом с позиции ее влияния на
износостойкость и надежность конструкции.
На отдельных примерах показаны наиболее удачные конструкции
уплотнений, плавающих деталей, защиты деталей от загрязнений,
химического воздействия среды, паразитных токов, замены подшипников
скольжения на подшипники качения и др.
Во второй части изложены технологические методы повышения
износостойкости машин и механизмов. Описаны термическая, химико-
термическая и химическая обработки поверхностей деталей.
Представлены материалы о наплавке, гальванический покрытиях, металлизации
напылением, покрытии деталей дисульфидом молибдена,
электроискровом упрочнении и др. Даны подробные сведения о финишной
антифрикционной безабразивной обработке стальных и чугунных трущихся
деталей.
Третья часть книги посвящена эксплуатационным методам
повышения износостойкости узлов трения машин и оборудования. В ней
рассмотрены вопросы обкатки машин, стендовых и эксплуатационных
испытаний, смазки узлов трения в эксплуатации, влияния условий
эксплуатации и режима работы машины на износ деталей. Дан метод
безразборного восстановления изношенных машин и механизмов.
Для студентов по специальности 120600 "Оборудование и
технология повышения износостойкости и восстановления деталей машин и
аппаратов". Книга может быть полезна для научных и
инженерно-технических работников машиностроительных и ремонтных предприятий.
ИЖЧ 5-94327-093-0 © Д.Н. Гаркунов, 2002
©Издательство "Машиностроение'1, 1985
© Издательство ••Машиностроение", 1989, переработанное и дополненное
© Издательство "Машиностроение", 1999, переработанное и дополненное
© "Издательство МСХА", 2001,переработанное и дополненное, МСХА 2002

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время триботехнику можно разделить на пять
основных разделов:
/ - износ; 2 - безызносность; 3 и 4 - конструктивные и
технологические методы повышения надежности и долговечности трущихся
деталей; 5 - вопросы эксплуатации машин в связи с их долговечностью
по износу.
В первый раздел триботехники (износ) входят такие вопросы, как
качество поверхности, физико-химические свойства и
контактирование поверхностей деталей, виды трения в узлах машин, механизм
изнашивания деталей пар трения и рабочих органов, виды разрушения
рабочих поверхностей деталей и рабочих органов машин (сюда
входит все многообразие видов изнашивания, включая разрушения при
контактных нагрузках), связь сопротивления усталости деталей с
процессами трения и изнашивания, распределение износа по
поверхности деталей и многие другие вопросы.
Во второй раздел триботехники входят вопросы безызносности
при трении. В последние годы в нашей стране и за рубежом широко
изучается "эффект безызносности" (избирательный перенос при
трении - научное открытие № 41, СССР, 1964). На основе этого явления
разработаны новые смазочные материалы и присадки к ним,
металлические и неметаллические материалы, приработочные покрытия и
конструкции узлов трения, снижающие затраты энергии на трение и
значительно повышающие износостойкость трущихся деталей машин
и оборудования. Как оказалось, избирательный перенос является
одним из эффективных средств снижения интенсивности водородного
изнашивания деталей. На разработки методов повышения
износостойкости на основе избирательного переноса при трении выдано
более 350 авторских свидетельств.
На предприятиях авиационной промышленности использование
новых смазочных материалов, реализующих избирательный перенос
при трении, позволило значительно повысить надежность работы
ответственных узлов трения, сократить расход цветных металлов на
их изготовление и уменьшить объем регламентных работ. В морском
флоте разработаны новые конструкции и материалы для подшипни-

4
ВВЕДЕНИЕ
ков, которые позволили заменить смазку маслом на смазку морской
водой. В насосном оборудовании нефтепроводов внедрены торцевые
уплотнения, работающие в режиме избирательного переноса. Срок
службы насосов повысился с 10 до 30 тыс. ч. Экономический эффект
составил несколько миллионов рублей A989 г.).
На ряде текстильных предприятий применяют новые металло-
плакирующие смазочные материалы, что повысило долговечность
узлов трения в 2-4 раза, увеличило время между смазочными
работами до 10 раз, снизило энергопотребление текстильных машин на
5-10% [27].
По эффекту безызносности - избирательному переносу при
трении (ИП) - имеется большое количество литературных источников.
На стр. 292 дан краткий их перечень по разделам: исследования
физического механизма ИП; конструкционные материалы, работающие в
режиме ИП; смазочные материалы, обеспечивающие условия
реализации ИП; финишная антифрикционная безабразивная обработка
поверхностей деталей; применение ИП в узлах трения машин;
отдельные издания по ИП; названия докторских и кандидатских
диссертаций.
Первый и второй разделы триботехники нами были
рассмотрены в книге "Триботехника. Износ и безызносность" (Изд-во МСХА,
2001г.).
Третий раздел триботехники - конструктивные методы
повышения долговечности и надежности работы трущихся деталей -
содержит ряд важных вопросов, которые должен решать конструктор.
Главные его задачи в этом плане:
— оценка и выбор принципиальной схемы узла трения машины
в целом с позиций ее влияния на износостойкость и надежность
конструкции;
— выбор материалов и сочетания их в парах трения; назначение
размеров и формы деталей с учетом местной и общей прочности;
— обеспечение нормального функционирования узлов трения в
заданных условиях путем организации соответствующей смазочной
системы, защиты от загрязняющего и химического воздействия
среды, блуждающих токов и перегрева, а также от возможных
перегрузок узлов трения в эксплуатации;
— обеспечение эксплуатации узлов трения с минимальными
затратами;
— защита трущихся поверхностей деталей и узлов от
возможных аварийных повреждений в эксплуатации.
Решение указанных задач при проектировании узлов трения
естественно должно исходить из основных принципов создания
машины. Она должна отвечать своему назначению и иметь высокие
технико-экономические и эксплуатационные показатели, главными из ко-

ВВЕДЕНИЕ
5
торых являются: производительность, экономичность, прочность,
надежность и долговечность; малые удельная масса, металло- и
энергоемкость, габариты, объем и стоимость ремонтных работ при
эксплуатации, оплата труда операторов; высокая степень автоматизации,
простота и безопасность обслуживания, удобство управления,
сборки и разборки [22].
Ввиду отсутствия во многих конструкторских бюро
специалистов по трению, изнашиванию и смазкам, перечисленные вопросы в
ряде случаев выпадают из поля зрения при проектировании машин и
оборудования. Как следствие этого разработанная конструкция
может иметь ряд дефектов, которые впоследствии задерживают
доводку машины, увеличивают непроизводительные расходы на ее
эксплуатацию и ремонт и удорожают обслуживание. Для избежания этого
целесообразно проводить экспертизу проекта и находить
конструктивные решения, которые исключали бы возникновение триботехни-
ческих проблем, повышая тем самим надежность и облегчая
обслуживание машин и оборудования. В экспертизе должны принимать
участие материаловеды, триботехники, экономисты. При решении
триботехнических задач работа специалистов должна быть
направлена на повышение износостойкости машины, применение
адекватных узлов трения и обеспечение подходящих смазочных материалов
и приработочных покрытий, а также на максимальное снижение
затрат на ремонт и техническое обслуживание.
В качестве примера успешной работы экспертов укажем на
разработку уникального автокрана-250, которую выполнял Всесоюзный
конструкторско-технологическии институт механизации монтажных
и специальных строительных работ (ВКТИ). Участие привлеченных
к этой разработке специалистов-триботехников позволило обеспечить
нормальную работу поворотного устройства крана, которое часто
выходило из строя из-за большой нагрузки. В результате изменения
конструкции сепаратора, применения финишной антифрикционной
безабразивной обработки поверхностей трущихся деталей, а также
металлоплакирующих присадок к смазывающим маслам, надежность
поворотного устройства значительно повысилась: не было перегрева
деталей при максимальных нагрузках крана, потребление энергии на
поворот крана стало в 4 раза ниже, чем у подобных устройств кранов
значительно меньшей грузоподъемности.
Из зарубежных источников можно привести примеры решения
триботехнических задач в стале- и чугунолитейной
промышленности. Замена фторопластовых уплотнений в литейных машинах,
работающих при температуре до 260°С, на асбографитовые
позволила повысить ресурс уплотнений в 10 раз. Распределительный
механизм для загрузки сырья в доменную печь быстро изнашивался под
действием абразивного материала и высоких температур. Моди-

6
ВВЕДЕНИЕ
фикация подшипников и уплотнений валов механизма позволила
увеличить их долговечность вдвое. Для транспортировки сухой
абразивной железной руды используются шнековые конвейеры.
Проверка их конструкций выявила в них ряд дефектов. Установка
высокотемпературных уплотнений лабиринтного типа и замена
подшипников скольжения на упорные конические подшипники качения
повысили ресурс конвейеров и снизили затраты на техническое
обслуживание.
Четвертый раздел триботехники - технологические способы
повышения долговечности и надежности работы трущихся деталей -
охватывает вопросы получения материалов и покрытий, а также
заготовок, с заданными свойствами применительно к трущимся деталям;
вопросы обработки заготовок для получения деталей требуемой
формы и надлежащей точности, упрочнения рабочих поверхностей
деталей, сборки в агрегаты и испытания узлов машин.
Получение износостойких материалов для изготовления машин
и оборудования слагается из: а) производства уже известных марок
материалов, удовлетворяющих условиям износостойкости, но с
наименьшими затратами; б) изыскания новых материалов,
удовлетворяющих условиям службы. Такие изыскания проводятся непрерывно как
в силу повышения требований к материалам для новых конструкций
машин и при модернизации старых, так и ввиду необходимости
замены дефицитных материалов и удешевления переработки сырья в
изделие.
Применяют следующие технологические процессы для
повышения долговечности работы трущихся деталей: пластическое
деформирование, термическую, химико-термическую и химическую
обработку рабочих поверхностей деталей, гальванические покрытия,
металлизацию напылением и наплавку поверхностей, электроискровое
упрочнение, финишную антифрикционную обработку (ФАБО) и др.
Задача процесса заключается в создании износостойкой (при тех или
иных условиях внешней среды) или хорошо прирабатывающейся
рабочей поверхности детали. Способ обработки рабочей поверхности
выбирает конструктор совместно с технологом после выполнения
технико-экономических расчетов.
Разработать и реализовать наиболее оптимальные
технологические процессы, начиная с получения материалов и заготовок и кончая
обкаткой или испытанием узлов и машин, позволит специализация
производства или наличие специализированных участков.
Невысокое качество продукции в значительной мере обусловливается
несовершенством технологии, которое проявляется в низкой надежности
и малом сроке службы трущихся деталей.
Пятый раздел триботехники рассматривает вопросы
эксплуатации машин в связи с их долговечностью по износу. Под технической

ВВЕДЕНИЕ
7
эксплуатацией понимают сумму технических и организационных
мероприятий, обеспечивающих наиболее эффективное использование
машин при наименьших материальных и трудовых затратах.
Конечным выражением эффективности использования машин, или целью
технической эксплуатации является получение эксплуатационного
периода максимально возможной длительности.
Методы технической эксплуатации машин постоянно
изменяются, изыскиваются методы, наиболее удовлетворяющие служебному
назначению машин. С развитием техники некоторые машины могут
быть переведены на безремонтную эксплуатацию. Имеется в виду
упразднение капитального и восстановительного ремонтов и
введение комплектационного ремонта, т.е. замены износившихся деталей,
узлов и агрегатов.
Перевод машин на безремонтную эксплуатацию является
комплексной задачей. Главными предпосылками здесь должны быть:
значительное увеличение срока службы узлов трения; построение
машины по агрегатному принципу, при котором можно заменить
изношенный узел трения независимо от других узлов; создание в
конструкции машин неизнашивающихся фиксирующих поверхностей,
служащих базами при установке сменных деталей; широкое развитие средств
технической диагностики трущихся деталей и узлов; применение
безразборного восстановления изношенных узлов трения.
Взамен планово-предупредительной системе ремонта
техническая диагностика может обеспечить ремонт по техническому
состоянию. Такая форма обслуживания машин принята на некоторых
заводах автомобильной промышленности. Средства технической
диагностики позволяют выявить подлинное техническое состояние
машины. Они включают методы оценки состояния деталей с
использованием эндоскопов (в труднодоступных местах), измерение
температуры узлов трения, частоты колебаний и частоты вращения, величины
крутящего момента, мощности, проверку шумов, определение
запахов и др.
К вопросам эксплуатации машин в связи с их долговечностью по
износу относятся изменение свойств смазочного материала в
процессе эксплуатации, обкатка машин, стендовые и эксплуатационные
испытания, влияние условий эксплуатации и режима работы машин на
интенсивность изнашивания их деталей, уход за машиной во время
работы, техническое обслуживание и ремонт машин, предельные
величины износов и сроки службы деталей и др.

8
ВВЕДЕНИЕ
Содержание всех разделов триботехники подчинено одной
задаче - повышению долговечности машин. Это наиболее эффективный и
экономичный способ увеличения действующего (т.е. фактически
работающего) машинного парка и, как следствие, повышения объема
выпуска промышленной продукции,
В этом 5-м издании учебника рассмотрены вопросы 3, 4и 5-го
разделов триботехники: триботехника при конструировании,
изготовлении и эксплуатации машин и оборудования.

ЧАСТЬ I
ТРИБОТЕХНИКА
ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ
МАШИН

Глава!. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
1. Общие аспекты
Развитие конструкций машин происходит при постоянном
стремлении к увеличению их производительности, что почти всегда
сопровождается повышением механической и тепловой напряженности
подвижных сопряжений деталей. В связи с этим перед
конструктором возникает необходимость создания новых, более совершенных
узлов трения. Помимо того, ставятся задачи достижения высокой
надежности и долговечности машины, снижения ее массы,
сокращения расхода дефицитных материалов. Это особенно важно при
конструировании машин массового производства. Известно, что
повышение долговечности машины даже в небольшой степени ведет к
значительной экономии металла, уменьшению затрат на
производство запасных деталей; сокращается объем и число ремонтов, а
следовательно, увеличивается количество фактически работающих
машин.
Поскольку при конструировании машин учитываются и
экономические факторы производства и эксплуатации, конструктору
необходимо проводить перспективный прогноз длительности
использования данной машины с учетом продолжительности эксплуатации
машин предшествующих моделей. В ряде случаев этот срок
составляет 25 лет, а иногда и более, например для металлообрабатывающих
станков, автомобилей, тракторов, транспортных самолетов [17]. При
выборе конструктивного решения необходимо учитывать
предстоящие затраты не только на изготовление машины или ее отдельных
узлов, но и на обслуживание и ремонт. Последние затраты при
длительной эксплуатации машины во много раз больше стоимости ее
изготовления. Поэтому главное внимание конструктора должно быть
направлено на то, чтобы уменьшить скорость изнашивания узлов
трения машины, сократить время и затраты труда на замену
изношенных деталей и на регулировочные работы, снизить силы трения,
повысив тем самым КПД машины, и др. При решении данного
вопроса будут полезны данные о трудоемкости текущих ремонтов
узлов и агрегатов машин, ранее применявшихся или близких по
конструкции,
В качестве примера рассмотрим данные Р.В. Кугеля о
трудоемкости текущих ремонтов узлов, агрегатов и систем двух моделей
грузовых автомобилей массового производства (в долях от общей
суммы затрат труда, средств и материалов).

12
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Двигатель с системой охлаждения
и смазочной системой
Тормоза
Электрооборудование
Коробка передач
Задний мост
Сцепление
Подвеска автомобиля
Карданная передача
Рулевое управление и передняя ось
Система питания двигателя
Модель А
36,5
10,9
8,6
6,1
5,4
5,7
8,3
3,2
3,0
2,9
Модель Б
41,4
8,6
7,6
5,9
5,1
4,8
7,3
3,2
3,5
2,9
Рама, кабина, платформа, система выпуска газов имеют показатели 2
и менее.
Из приведенных данных видно, на какой узел (агрегат, систему)
следует обратить особое внимание при конструировании или
модернизации автомобиля, чтобы получить наибольший эффект от
повышения долговечности. Естественно, особое внимание должно быть
направлено на наиболее слабые узлы трения машины, износ которых
лимитирует сроки службы отдельных агрегатов. Частыми из них
являются уплотнения, поршневые кольца, направляющие станков,
режущие кромки ножей и др. Успех работ будет зависеть от степени
использования достижений в области трения, изнашивания и смазки
машин, а также от фактических результатов всесторонних
лабораторных, стендовых и эксплуатационных испытаний материалов и
конструкций узлов машин и оборудования. Должен быть использован,
кроме того, опыт в области повышения долговечности машин
смежных отраслей промышленности.
2. Разделение материалов деталей пар трения
по их назначению
Трущиеся детали в зависимости от их назначения изготовляют
из конструкционных фрикционных, износостойких и
антифрикционных материалов обширной номенклатуры. Во многих случаях
материалы наносят в виде покрытия, пленок или накладок на остов из
основного конструкционного материала. Иногда в силу
специфичности требований электропроводности (скользящие контакты,
ламели коллекторов электродвигателей), стойкости к воздействию
химически агрессивных сред (газов, в том числе горячих; рабочих
жидкостей в системах питания двигателей и ракет; кислот и щелочей) и др.
трущиеся детали изготавливают из сталей и других сплавов
специального назначения; окислов металлов, металлокерамических и
неметаллических материалов.

Разделение материалов деталей пар трения по их назначению
13
Из конструкционных сталей изготовляют детали, которые
должны удовлетворять условиям высокой прочности, жесткости или
податливости и иметь на тех или иных участках поверхности трения.
Это -детали типа валов, пальцев, болтов шарниров, зубчатых колес
и т.д. Из стали, а также из чугуна, изготавливают силовые
цилиндры, поршни, плунжеры и поршневые кольца. Чугун широко
распространен как материал для станин, столов кареток, ползунов, по
направляющим которых совершается трение; область применения его
расширяется.
Фрикционные материалы - это материалы, которые в контакте с
металлической поверхностью развивают высокий, более или менее
стабильный коэффициент трения. Применяются в тормозах и
фрикционных муфтах валов. Фрикционные материалы разделяются на
органические (дерево, кожа, пробка, войлок), металлические (чугун,
стали У6, У7, марганцовистая сталь и др.), асбестокаучуковые,
пластмассовые (текстодит,асбестотекстолит, фибра), металлокерамические на
медной и железной основах. Подробные сведения о фрикционных
материалах и проблеме фрикционности приведены в работах [33,34].
Износостойкими называют такие материалы, которые при
трении, даже в тяжелых условиях нагружения, сравнительно мало
изнашиваются. К элементам конструкций, материал которых должен
иметь высокую износостойкость, относятся плунжерные пары, зубья
ковшей экскаваторов и погрузчиков, зубки врубовых машин и
угольных комбайнов, лемехи плугов и вообще рабочие органы
большинства технологических машин (скребки, цепи, рештаки, штампы и др.).
В качестве износостойких материалов используют конструкционные
стали, упрочненные по всему объему или по рабочим поверхностям
детали, специальные стали, чугуны, металлокерамика, резина,
пластмассы и др.
Из всех пар трения подшипники скольжения вызывали в свое
время наибольшую трудность при обеспечении их нормальной
длительной работы в силу высоких удельных нагрузок при
сравнительно больших скоростях скольжения. Для таких подшипников были
разработаны сплавы, получившие название антифрикционных, т.е.
обладающих малым коэффициентом трения (разумеется, при работе
в паре со стальным валом). В дальнейшем антифрикционным стали
называть любой подшипниковый материал (как металлический, так
и неметаллический) с твердостью, меньшей твердости сопряженной
детали.
Понятие "антифрикционность" включает комплекс свойств,
которым должен удовлетворять подшипниковый материал:
достаточную статическую и динамическую прочность при повышенных
температурах; способность образовывать прочный граничный слой
смазочного материала и быстро восстанавливать его в местах, где он
разрушен; низкий коэффициент трения при несовершенной смазке;
отсутствие заедания на валу в случае перерыва в подаче смазочного
материала; высокие теплопроводность, теплоемкость, прирабатыва-

14
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
емость; хорошую износостойкость сопряжения; недефицитность и
высокую технологичность. Сведения об антифрикционных
материалах указаны в источниках [30, 33].
Подшипниковых материалов, удовлетворяющих всем этим
требованиям, по сути, нет. Так, прочность оловянистых баббитов резко
падает с повышением температуры, что ограничивает их применение
в тяжелых условиях работы; прирабатываемость ряда
антифрикционных бронз неудовлетворительна; неметаллические
антифрикционные материалы имеют низкую теплопроводность. Каждый из
подшипниковых материалов антифрикционен в определенных пределах
режимов трения. Об антифрикционности какого-либо материала
судят по его коэффициенту трения с сопряженной деталью при
граничной смазке или другом режиме трения и прочих равных условиях, по
объему повреждений поверхностей трения, по температуре этих
поверхностей и вероятности заедания или налипания материала и т.д.
Все пары трения, как правило, должны обладать антифрикцион-
ностью, под которой в общем случае, согласно С.Ф. Чукмасову,
следует понимать комплекс свойств, которым должно удовлетворять
сочетание трех тел — материалов пары трения и применяемого
смазочного материала. Последний является таким же конструктивным
фактором, как и материал детали. Дополнительно заметим, что
износостойкость является требованием, общим для всех материалов, в том
числе и фрикционных, за исключением приработочных покрытий.
Подходя к антифрикционности с общих позиций, в парах трения
трудно отделить антифрикционные материалы от износостойких.
Пара поршневое кольцо-цилиндр должна быть износостойкой, иметь
малый коэффициент трения и хорошо прирабатываться, а кольцо
должно еще иметь высокую упругость. При подборе материала
кольца по показателю высокой износостойкости пары всегда неявно
имеют в виду и антифрикционность.
В подборе и изыскании материалов для многих пар трения с
точки зрения их антифрикционных свойств имеется возможность
значительно большего числа сочетаний материалов, чем в случае пары
трения вал - подшипник, где возможность варьирования материала вала
ограничена.
3. Выбор материалов
при конструировании узлов трения
Выбор материалов в этом случае представляет собой трудную
задачу, несмотря на то, что практика машиностроения располагает
здесь большим опытом. Такой выбор зависит от конструкции и
назначения узла, технологии производства, условий эксплуатации, от
требований к общей прочности деталей, сроку их службы и
надежности при учете стоимости материала и его дефицитности, затрат на

Выбор материалов при конструировании узлов трения
15
изготовление деталей из данного материала и эксплуатационных
расходов.
Связь некоторых из перечисленных факторов с выбором
материалов проследим сначала на примере поршневых колец и цилиндров
двигателей внутреннего сгорания. Газоуплотнительные поршневые
кольца рабочих цилиндров малооборотных судовых дизелей с
низкой тепловой нагрузкой изготовляют из серого перлитного чугуна
маслотной или индивидуальной отливки, когда цилиндр изготовлен
из перлитного чугуна, отливаемого в землю. При надлежащих
химическом составе, структуре, технологии отливки и обработке эти
материалы обеспечивают высокую износостойкость пары цилиндр -
поршневое кольцо. При высоких тепловых нагрузках кольца, как,
например, в автомобильных двигателях, где значительную роль
играет коррозионное изнашивание цилиндропоршневой группы,
цилиндры и поршневые кольца изготовляют из легированного чугуна. На
некоторых двигателях в верхней части цилиндров устанавливают
короткие гильзы из нерезита - аустенитного чугуна с высоким
содержанием никеля. Нерезит обладает высоким сопротивлением
коррозионному изнашиванию, хорошо обрабатывается резцом.
Недостатком такой конструкции цилиндра является образование при
эксплуатации ступеньки между основным цилиндром и нерезитовой
вставкой вследствие разной износостойкости их материалов, что
вызывает повышенный износ поршневых колец.
В авиационных поршневых двигателях воздушного охлаждения,
со свойственной им высокой тепловой и общей напряженностью
работы, относительно тонкостенные цилиндры для обеспечения их
высокой износостойкости изготовляют из азотированной стали.
Поршневые кольца, которые при средней температуре порядка 300-400°С
должны сохранять значительную упругость и высокую твердость,
делают из теплостойкого чугуна ХТВ, легированного хромом,
титаном и вольфрамом.
Литые коленчатые валы обладают рядом преимуществ перед
валами из кованой стали в части экономии металла, снижения
трудоемкости и сокращения технологического цикла. Большие возможности
имеются в отношении совершенствования конструкции литого вала.
Сплавы, применяемые для коленчатых валов, можно разделить
на содержащие в своей структуре графит (чугуны, графитизирован-
ная сталь) и не содержащие графита (углеродистая и легированная
стали). Сплавы первой группы более износостойки. Поточность
производственного процесса легче осуществить при изготовлении
чугунных валов. Если за единицу принять стоимость вала, изготовленного
из высококачественного чугуна с пластинчатым графитом без
термообработки, то стоимость вала из перлитного ковкого чугуна будет
2,5-3,0; из чугуна с шаровидным графитом без термообработки - 1,25,
с термообработкой - 1,5; из углеродистой стали - 2,5; из
легированной стали - 2,5; из графитизированной стали - 3,0-3,3 [10].

16
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Обыкновенная углеродистая сталь уступает по комплексу свойств
чугунам с шаровидным графитом; при почти достижимых
одинаковых механических качествах стали и чугуна плавка и разливка
последнего проще; в чугунах образуется меньше трещин, износостойкость
коленчатых валов, изготовленных из них без термообработки, не
ниже, чем валов из углеродистой стали, шейки которых закалены ТВЧ.
В литых валах из легированной стали вероятность образования фло-
кенов меньше, чем в валах из кованой стали того же состава.
Расположение дендридов литой структуры, нормальное к поверхности
шейки вала, делает литые валы более износостойкими, чем кованые. Гра-
фитизированная сталь, имеющая в своей структуре компактные
включения графита, по свойствам близка к чугуну с шаровидным
графитом, обладая, однако, более высокими механическими свойствами.
Из модифицированных чугунов с пластинчатым графитом, имеющих
меньший модуль упругости, можно изготовлять коленчатые валы,
менее чувствительные к нарушению правильности осевой линии, чем
стальные валы. Этим чугунам свойственны высокие динамические
характеристики материала.
Чугун с шаровидным графитом и металлической основой из
пластинчатого или зернистого перлита — наиболее распространенный
материал для изготовления коленчатых валов двигателей
автомобилей, тракторов, комбайнов, тепловозов и других машин. В
простейшем случае термообработка вала ограничивается старением его
материала, что позволяет механически обрабатывать валы с
минимальной правкой для ликвидации коробления. Для увеличения прочности
прибегают к термообработке или к легированию №, Сг, Мо, Си. Для
повышения циклической вязкости материала создают чугун со
смешанной формой графита — в литье до 25 % его находится в
пластинчатой форме, С целью повышения износостойкости чугуна иногда
применяют азотирование.
Ковкий перлитный чугун, как материал для изготовления
коленчатых валов, занимает в зарубежном производстве второе место вслед
за сталью. Это объясняется, частично, введением ускоренного
отжига ковкого чугуна за счет добавки к жидкому чугуну висмута и бора
[10]. Наряду со сказанным можно отметить, что для тормозных
барабанов чугун с шаровым графитом не имеет никаких преимуществ
перед другими чугунами вследствие пониженной теплопроводности.
Применение того или иного смазочного материала в узле трения
может повлечь за собой необходимость замены конструктивного
материала, по крайней мере, одной из трущихся деталей, что связано с
изменением вида изнашивания и, как следствие, с иным
расположением пар трения по износостойкости. В некоторых амортизационных
устройствах шасси самолетов в качестве рабочей жидкости
применялась спиртоглицериновая смесь, при использовании которой в
качестве смазочного материала буксы из бронзы БрАЖМц в паре со
стальной поверхностью быстро изнашивались. Бронза интенсивно обога-

Выбор материалов при конструировании узлов трения
17
щалась медью, налипала на стальную поверхность, наращивалась на
ней толстым слоем и отлущивалась, частично при этом налипая на
поверхность буксы. Другие марки бронз вследствие избирательного
переноса при трении оказываются во много раз более
износостойкими. Переход на бронзу БрОФ-7-02 является здесь целесообразным.
Однако существенной разницы в износостойкости безоловянистой
бронзы БрАЖМц и бронзы БрОФ-7-02 при трении по стали и смазке
жидкостью АМГ-10 не установлено. Поэтому для букс
амортизаторов, работающих на этой жидкости, рентабельнее использовать
бронзу БрАЖМц.
Для большей надежности деталей приходится подбирать
материал, поступаясь его износостойкостью. В плунжерных парах
топливной аппаратуры двигателей широко применяют закаленную сталь
по закаленной стали. Между тем, такое сочетание материалов для
ротора лопастного насоса и лопатки оказалось катастрофическим по
причине возникновения задиров и последующего заедания. Переход
на бронзовые лопатки ухудшает износостойкость пары, но зато
повышает ее надежность работы [8].
На выбор материалов могут оказать наибольшее влияние
физико-химические явления на поверхностях трения, зависящие от
условий работы. Например, высокомарганцовистая сталь - так
называемая сталь Гатфильда (С - 0,9... 1%, Мп - 12%) аустенитного класса, из
которой изготовляют крестовины рельсов, щеки камнедробилок,
зубья ковшей экскаваторов, броневые плиты шаровых мельниц,
рудные течки и желоба агломерата, воронки приемки и распределителей
шихты, дозировочные столы и другие детали, в исходном литом
состоянии имеет аустенитную структуру с некоторым количеством
мартенсита при наличии включений карбидов. После закалки,
фиксирующей аустенитную структуру, сталь приобретает высокую прочность
при значительной вязкости (ав = 800... 1000 МПа, ударная вязкость
ак = 200...300 Н • м/см2, НВ = 2&0...220) и высокую износостойкость в
деталях, подвергающихся изнашиванию при больших удельных
давлениях и ударных нагрузках. Большая износостойкость стали
обусловлена ее наклепываемостью, которая тем больше, чем выше
удельная нагрузка. Пластическая деформация повышает твердость стали
до НВ 450-500. Наклепываемость вызывается в меньшей степени
превращением аустенита в мартенсит и в большей степени - выделением
карбидов, за которым следует измельчение кристаллитов, что
повышает сопротивление сплава пластической деформации. Удары при
трении приходятся, таким образом, по твердой корке на вязком
основании; при износе корка возобновляется.
Опыт эксплуатации тракторов, используемых на песчаной почве,
показал весьма быстрый износ проушин звеньев гусениц,
изготовленных из литой стали Гатфильда. По данным лабораторных
испытаний в условиях абразивного изнашивания эта сталь не имеет
преимуществ перед среднеуглеродистой сталью. Более того, изнашиваемые
2 - 2039

18
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
детали, не испытывающие существенных динамических нагрузок,
изготовленные из высокомарганцовистой стали, служат меньший срок,
чем детали из углеродистой стали, как, например, броневые плиты
коксовых воронок (данные М.А. Тылкина и В.И. Сивака). Этому
можно дать различное толкование: 1) в стали Гатфильда под нагрузкой
повышается предел текучести, что сопровождается значительно
меньшим повышением сопротивления разрушению при абразивном
изнашивании; 2) процесс упрочнения (наклепа) под нагрузкой,
обусловленный наличием абразивных частиц, протекает медленнее, чем
процесс изнашивания. Высокомарганцовистая сталь слабо
сопротивляется коррозии и непригодна для использования при температуре
свыше 260°С.
Аналогично обстоит дело с фрикционным материалом — рети-
наксом (ФК-16Л), имеющим основу из фенолформальдегидной
смолы, модифицированной канифолью, и наполнитель из барита и
асбеста с мелкими отрезками латунной проволоки. Изделия из ретинакса
работают с малой скоростью изнашивания и устойчивым
коэффициентом трения порядка 0,3 при давлениях до 6 МПа, скоростях
скольжения до 60 м/с и температуре на поверхности трения до 1000°С. Под
действием высокой температуры и давления на ретинаксе при трении
образуется фрикционный слой, генерируемый по мере изнашивания.
Слой состоит из коксообразных продуктов разложения смолы,
сернистых соединений, образовавшихся в результате
окислительно-восстановительных реакций барита с газообразными продуктами
разложения смолы и латуни. Латунь размягчается, размазывается по
поверхности трения и поглощает некоторое количество теплоты.
Сернистые соединения обладают противозадирными свойствами. Рети-
накс целесообразно применять при высокой энергонагруженности
тормозного устройства. При малой его теплонапряженности
указанные процессы не происходят, и выгода использования ретинакса
отсутствует.
Выбор материала по техническим условиям (или стандарту),
содержащим характеристики механических свойств или даже
химический состав, не гарантирует стабильности срока службы деталей в
одинаковых условиях эксплуатации. При одних и тех же химическом
составе и механических свойствах материал может значительно
различаться по износостойкости, что связано с некоторым различием его
структур. Крупнозернистым сплавам свойственна большая
пластичность и легкая прирабатываемость, но они менее износостойки.
Наличие легко выкрашивающихся твердых или крупных мягких
составляющих, склонных к схватыванию с материалом сопряженной
детали, является дефектом структуры материалов трущихся деталей.
Крупные карбиды в чугунных отливках способствуют образованию сетки
термических трещин при работе деталей. Это - единичные примеры
связи структуры сплава с износостойкостью.

Выбор материалов при конструировании узлов трения
19
Анализ условий эксплуатации
ж_
Условия
нагружения
и
характеристика
окружающей среды

Геометрические и
конструктивные
требования
Эксплуатационные
требования
(надежность, долговечность
хранения), особые
требования к
материалам
Экономические
и технологические
требования
\К
Разработка технического задания
ж.
Предварительный выбор материала
V.
Расчетно-конструкторская оценка работоспособности узла трения
VI
Выбор
конструкции, оценка
размеров
трущихся деталей
Оценка напряженно-
деформированного
состояния.
Определение удельных
нагрузок
Оценка
фрикционных
характеристик тепловой
напряженности
Оценка
долговечности (расчет
на износ)
V
Окончательный выбор материала
±
Лабораторные
испытания
Натурные
испытания
Опытно-промышленная
проверка
Рис. 1.1. Общая схема подбора металлополимерных и полимерных материалов для
трущихся деталей

20
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Сложность задачи о рациональной структуре материала можно
показать на подшипниковых сплавах. Основное требование к
структуре антифрикционных сплавов было впервые сформулировано в
1897 г. Шарпи. Согласно правилу Шарпи, хорошо работающие
антифрикционные сплавы должны иметь распределенные в пластичной
основе твердые зерна с малым коэффициентом трения с валом и
неспособные задирать его. Действительно, этому правилу
удовлетворяли в свое время все известные тогда подшипниковые сплавы.
Однако в последующем были разработаны сплавы (например,
свинцовая бронза), у которых мягкие включения свинца распределялись в
твердой матрице, не говоря уже об однородных антифрикционных
материалах, таких как серебро, полиамиды и др.
В некоторых подвижных сочленениях, как, например, в зубчатых
муфтах, в силу небольших взаимных смещений детали изготовляют
из незакаленных сталей, как известно, плохо работающих в парах
трения. Малость перемещений незакономерного характера не
вызывает часто у конструктора опасения относительно износостойкости.
Между тем, при недостаточной твердости материалов долговечность
изделия по износу может оказаться неудовлетворительной.
Общая схема подбора металлополимерных и полимерных
материалов для трущихся деталей, разработанная В.А. Белым и А.И. Сви-
риденоком [2], приведена на рис. 1.1. Как видно, основным критерием
окончательного выбора материала для трущихся деталей, являются
результаты опытно-промышленной проверки. Предварительно
должны быть проведены лабораторные и натурные испытания,
максимально приближенные к эксплуатационным.
4. Фрикционные материалы
Важнейшей характеристикой фрикционных материалов,
используемых в тормозах, муфтах, сцеплениях, демпферах и др., является
способность поглощать или рассеивать энергию движения
(кинетическую энергию) без катастрофического износа самого материала и
разрушения узлов трения. Кинетическая энергия, генерируемая и
рассеиваемая поверхностью трения или отнесенная к массе
современного тормоза, может быть очень большой. Так, у авиационного
тормоза она достигает 400 кН-м/кг; при посадке самолета в восьми
тормозах в течение 30 с должно быть поглощено около 438 МВт
энергии, что эквивалентно ее затрате на нагревание 820 кг железа до
1480°С[33].
Эффективность работы фрикционных материалов в большой мере
определяется их коэффициентом трения и износостойкостью. В
зависимости от условий работы и назначения фрикционного узла
коэффициент трения может иметь значения от 0,07 до 0,5. Для
фрикционных узлов важна стабильность коэффициента трения. Для ответствен-

Фрикционные материалы
21
ных и тяжелонагруженных тормозных устройств необходимо, чтобы
с повышением температуры коэффициент трения не изменялся в
больших пределах, в противном случае это может вызвать аварийную
ситуацию. Например, если при посадке самолета в конце его пробега
упадет коэффициент трения в тормозе, то самолет может выкатиться
за пределы посадочной полосы.
Колебания коэффициента трения в течение тормозного цикла не
должны превышать ±15% от его среднего номинального значения.
При смазке фрикционной пары коэффициент трения должен быть не
ниже 0,05, а его изменение — не превышать ±20% [33].
Износ фрикционного материала при трении без смазки для
мягких условий работы не должен превышать 0,01-0,02 мм за 1000
циклов торможения; для средних условий - 0,04 мм за 1000 циклов, а для
тяжелых — не более 0,007-0,01 мм за одно торможение. Износ
фрикционных элементов из спеченных материалов при смазке в
зависимости от условий эксплуатации не должен выходить за пределы от 0,001 -
0,002 до 0,10-0,15 мкм за рабочий цикл [33].
Помимо высоких коэффициента трения и износостойкости
фрикционные материалы должны сохранять стабильность свойств при
нагревах, как кратковременных высоких, так и длительных. Кроме
того, материалы, применяемые в тормозах, не должны схватываться,
так как это обычно вызывает образование вырывов, намазывание
одного материала на другой и, как следствие, разрушение
поверхности, приводящее к рывкам и вибрации.
Способность к быстрой приработке требуется как для
антифрикционных, так и для фрикционных материалов. Процесс приработки
у фрикционных материалов нужен не только для увеличения
фактической площади контакта и установления оптимальной
шероховатости поверхности, но и для образования рабочего слоя,
обеспечивающего стабильный коэффициент трения и высокую износостойкость.
Изменение момента трения не должно превышать ±20% после 5-
7 торможений тяжелонагруженных тормозов, 500-700 циклов для сред-
ненагруженных передающих узлов и до 1000 циклов для
смазываемых пар трения. Площадь соприкасания деталей должна составлять
не менее 80 % номинальной площади, а сами поверхности трения
должны быть гладкими и без задиров [9, 34].
Фрикционные материалы должны сопротивляться фрикционной
термоусталости — на поверхности трения не должно возникать
трещин в результате многократного совместного воздействия
теплового и силового нагружения. Наиболее стойка к термоусталости графи-
тизированная сталь благодаря стабильности структуры и
механических свойств при многократных и быстрых тепловых колебаниях.
Фрикционные материалы не должны при работе повреждать
контртело (тормозной барабан), их продукты износа не должны
загораться, дымить и выделять неприятные запахи. Эти материалы не
должны также вызывать коррозии сопряженных деталей и корродировать
сами при влажной атмосфере и при температуре от -60 до +60°С [33].

22
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Одним из важных свойств фрикционных материалов является то,
что они не выделяют диффузионно способный водород в процессе
работы. При отсутствии такого свойства выделяющийся водород
проникает в контртело, вызывает его охрупчивание и ускоренное
изнашивание как самого фрикционного материала, так и контртела.
Борьба с водородным изнашиванием тормозных узлов является
одним из важнейших направлений повышения их надежности и
долговечности. Разработано и внедрено насколько оригинальных методов
борьбы с водородным изнашиванием автомобильных тормозных
устройств [13].
Фрикционные чугуны нашли широкое применение как
фрикционные материалы благодаря их низкой стоимости, простоте
изготовления из них деталей, хорошей обрабатываемости и прочности, а
также достаточной износостойкости. Для малонагруженных тормозов
используются чугуны перлитного класса марок СЧ 15, СЧ 18, СЧ 21.
Предельная нагрузка составляет 6 МПа.
Чугуны, легированные медью, молибденом, хромом и никелем,
имеют более высокие фрикционные свойства. Легирование
способствует упрочнению металлической основы материала, облегчает
формирование перлитной основы; повышаются тепло- и износостойкость.
Лучшими фрикционными свойствами обладают чугуны, имеющие
перлито-графитовую структуру, — ЧНМ, ЧНМХ, МФ. Наличие в
чугуне феррита повышает его склонность к схватыванию, а наличие
цементита снижает его термическую усталость. Количество феррита
в чугуне не должно превышать 10%, а цементита — 2%. Это
обеспечивается изменением химического состава чугуна и скоростью
охлаждения отливки.
Асбокаучуковые фрикционные материалы изготавливаются на
основе асбеста с синтетическим каучуковым связующим и
различными порошкообразными наполнителями. Последние повышают
износостойкость (например) окись цинка) и коэффициент трения
(железный сурик). Графит стабилизирует коэффициент трения и улучшает
термоусталостные характеристики материала. Асбокаучуковые
материалы используют для изготовления горячим и холодным
формованием накладок тормозов и дисков сцепления автомобилей,
тракторов и других машин. Детали могут работать при температурах до
400°С. При более высокой температуре каучуковые связующие
разлагаются, что резко снижает механическую прочность изделий.
Распространены асбокаучуковые материалы 6КВ-10 и 143-63.
Материал 6КВ-10 (состав, %: окись цинка - 30, сурик железный - 20,
сера - 4, ускоритель вулканизации - 1, каучук - 20, асбест - 25) может
работать кратковременно при температуре 400°С и длительно при
температуре до 250°С. Удельная нагрузка 1,5 МПа. Применяется для
изготовления тормозных колодок для пассажирских
железнодорожных вагонов. Материал 143-63 (состав, %: барит - 29, глинозем - 4,
графит аморфный - 2, органический кремний - 0,1, молибден - 17, ас-

Фрикционные материалы
23
бест - остальное) применяется в тормозных устройствах автомобиля
ЗИЛ.
Асбосмоляной материал ФК-16Л на основе асбеста и
связующего - фенолформальдегидной смолы с различными наполнителями
(состав, %: асбест и барит - 65, проволока латунная Л62 - 15, смола - 20)
в паре с чугуном ЧНМХ работает до температуры 1100°С при
скорости скольжения не свыше 50 м/с и давлении до 2,5 МПа [26].
Ряд асбофрикционных материалов с целью повышения их
теплопроводности содержит красномедную или алюминиевую проволоку
либо стружку. Из материалов изготавливают накладки плетеные,
тканые, формованные, вальцованные и прессованные. К таким
материалам относятся 1-43-60А и 2-136-64. Материал 1-43-60А (состав, %:
окись цинка - 9, сурик железный - 15, графит аморфный - 3, сера - 3,
ускорители - 0,2, каучук - 13, смола - 10, асбест - остальное)
применяется в автомобилях БелАЗ, МАЗ, КрАЗ. Материал 2-136-64 по
составу близок к 1-43-60А и применяется для тормозных устройств
автомобилей средней грузоподъемности типа ГАЗ [33].
Фрикционные спеченные материалы получают методом
порошковой металлургии. Их применяют в современных тяжелонагружен-
ных фрикционных узлах. Контртелом для них обычно служит
легированный чугун 4НМХ или сталь 38ХС, чугун СЧ.21.
Распространены следующие фрикционные спеченные материалы:
ФМК-11 (состав, %: Си - 15, С - 9, 80- 3, асбест - 3, Ва804 - 6,
Ре - 64). Твердость материала НВ 80-100. Применяется в тяжелонаг-
руженных фрикционных тормозах;
ФОБ - материал на основе оловянной бронзы (состав, %: 8п - 6,
РЬ - 8, С - 7, Ре - 5, Си - 74). Рекомендован для среднанагруженных
сухих передаточных и тормозных устройств;
ФМК-8 - материал на основе железа (состав, %: Сг - 10, № - 25,
XV - 6, С - 7, Си28 - 7, Ре - 45). Применяется в тормозах, обладающих
большой энергоемкостью. Недостатком материала является
склонность к схватыванию с контртелом и сравнительно невысокий
коэффициент трения в конце торможения;
МК-5 - материал на основе меди (состав, %: 8п - 8... 10, РЬ - 7...9,
Ре - 3...5, С - 6...8, Си - 68...76). Применяется в паре со сталью 65Г в
узлах трения масляных гидротрансмиссий автомобилей, тракторов,
тепловозов и других машин [26].
Фрикционный материал 2140 для тормозных накладок.
В результате исследовательских работ в НИИАТИ (г. Ярославль)
М.М. Бородулиным и И.И. Васильевым совместно с работниками
АЗЛК был создан новый фрикционный материал 2140 для
тормозных колодок автомобиля "Москвич", свободный от водородного
изнашивания. Износостойкость колодок возросла по сравнению с
ранее применявшимися в 1,7 раза. Предварительно были проведены
обширные стендовые и дорожные испытания нового фрикционного
материала.

24
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Как упоминалось ранее, тормозные материалы в процессе
работы не должны выделять диффузионно способный водород. В
противном случае в тормозном устройстве может возникнуть дефект
"намазывания" - перенос стали или чугуна на тормозной материал
(накладку или тормозную колодку). Для устранения этого дефекта и
повышения износостойкости фрикционных накладок необходимо
подобрать вещество, которое бы снижало выделение водорода и
предотвращало его проникновение в металлическое контртело. Так, для
уменьшения интенсивности изнашивания пары трения была введена
в состав пластмассы закись меди, которая в процессе работы
восстанавливалась выделяющимся при трении водородом до чистой меди.
Таким образом выделяющийся водород связывался в процессе
трения химически.
Способность меди растворять водород незначительна. Так, 100 г
меди при температуре 400°С и атмосферном давлении растворяет в
твердом состоянии только 0,006 мг водорода. Образованная медная
пленка препятствует проникновению водорода в зону контакта.
Естественно, небольшое количество меди осаждается на металлическом
контртеле, что благоприятно сказывается на работе пары трения.
Разрушение металлического контртела и намазывание его на
фрикционный материал характерно при интенсивном протекании
процесса наводороживания. В ряде случаев водорода выделяется
недостаточно для видимого проявления дефекта, но почти всегда в зоне
трения выделяется водород как следствие термохимического
разложения фрикционного материала, а также попадания в зону контакта
воды, из которой при ее разложении выделяется диффузионно
способный водород. В результате неизбежно происходит охрупчивание
поверхности трения стальной или чугунной детали и уменьшение ее
износостойкости.
С целью повышения теплостойкости тормозных устройств
самолетов и ракетной техники были разработаны углеродные материалы.
Из углеродных нитей неприродного происхождения
изготавливается плетеный материал. В этом случае работает материал по
одноименному материалу. Износостойкость такой трущейся пары почти в
10 раз выше по сравнению с известным фрикционным материалом
ФМК-11. Углеродный материал отечественного производства для
тормозных устройств получил название " ТЕРМАН".
Сделаем одно важное замечание в отношении асбофрикционных
материалов. В последние годы ученые по таким материалам
установили, что асбест является канцерогенным веществом. В связи с этим в
ряде стран мира запрещено использование в тормозах автомобилей
накладок, содержащих асбест. Интенсивно проводятся
исследовательские работы по созданию фрикционных материалов, не содержащих
асбест. Такие работы ведутся и в нашей стране.

Материалы, применяемые для подшипников качения
25
5. Материалы, применяемые для подшипников качения
В основном для изготовления подшипников качения применяют
две марки высокоуглеродистой хромистой стали - ШХ15 и ШХ15СГ.
Среднее содержание углерода в этих сталях 1-1,1%. Сталь ШХ15СГ
содержит 0,9-1,2% марганца и 0,4-0,6% кремния. С целью повышения
сопротивления контактной усталости подшипников качения
твердость подшипниковой стали должна быть не менее НКС 58. Обычно
она составляет для колец и роликов НКС 60-65, а для шариков - НКС
62-66.
Для повышения долговечности подшипников в условиях
абразивного изнашивания термическая обработка имеет меньшее
значение, чем наличие в сталях твердых структурных составляющих,
например карбидов и нитридов, определяющих высокую
износостойкость подшипников.
При резком проявлении схватывания, наблюдаемом при
эксплуатации подшипников, в местах контакта образуются
микроскопические трещины, которые могут развиваться и привести к
катастрофическому усталостно-хрупкому разрушению. В подобных случаях
целесообразно повысить вязкость стали, что уменьшит возможность
подобных разрушений вследствие снижения концентрации
напряжений в устьях трещин за счет пластической деформации.
Для подшипников качения, работающих при высокой
температуре, применяют теплостойкие стали 95X18, ЭИ347Ш и др.
Целесообразно применять сталь, содержащую 0,82% С, 4% Сг, 0,92% V, 4,15%
Мо [28].
Долговечность подшипников качения может быть повышена
улучшением качества стали — снижением в ней микродефектов,
содержания кислорода и азота. Исследования влияния вакуумирования
стали ШХ 15 на ее эксплуатационные характеристики [14] показали,
что при этом процессе снижается содержание кислорода в 1,5-2 раза,
азота - на 20-30% по сравнению с их содержанием в стали,
выплавленной по стандартной технологии. Стендовые испытания
подшипников 76-210 показали, что долговечность 290 (где 290 -долговечность,
соответствующая вероятности выхода 10% подшипников) опытных
партий подшипников в 1,5 раза выще средней долговечности стали
открытой плавки. Отмечается, что применение подшипников из
стали вакуумного переплава неэкономично, если не обеспечена высокая
чистота смазывающего масла.
Изучение усталостной прочности подшипников качения [28]
показало, что при работе в условиях воздействия воды, агрессивных
веществ, а также смазочных материалов на водной основе
применение стали бейнитной структуры более целесообразно, чем стали мар-
тенситной структуры. Сталь бейнитной структуры в результате ее
повышенной вязкости обеспечивает большую стойкость к
водородному охрупчиванию в результате воздействия смазочных материалов,

26
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
содержащих воду, в то время как подшипниковые кольца из стали
мартенситной структуры вследствие водородной хрупкости могут
разрушаться катастрофически. Бейнитная структура стали состоит
из игольчатого феррита и карбидных выделений и получается при
изотермической закалке при температуре 250-300°С и последующем
охлаждении в воздухе или масле.
Подшипники качения обладают малой коррозионной
стойкостью. На последнюю влияют тип корродирующих веществ, их
фазовое состояние (твердое, жидкое, газообразное), режим работы
подшипника (непрерывный или периодический), частота вращения,
нагрузка, ресурс работы и время пребывания в окружающей среде,
способ смазки, доступность осмотров и др. Если долговечность
подшипника определяется усталостью или износом, то дополнительная
защита его от коррозии может и не потребоваться. Однако даже
незначительные коррозионные поражения рабочих поверхностей
подшипника резко снижают его сопротивление усталости. Пластичные
смазочные материалы в легких условиях корродирования могут
защитить подшипник от коррозионных поражений. Во влажной среде
применение дисульфида молибдена нежелательно. В присутствии
кислорода Мо82 окисляется с образованием Н2804.
Повышение коррозионной стойкости на длительный период
обеспечивается применением металлических покрытий Сд, 2п, Сг, №.
Хорошую коррозионную стойкость обеспечивают отвержденные
смазочные материалы, фосфаты 2п и Мп; наиболее высока
коррозионная стойкость у Сг и №. Покрытия из смазочных материалов
обеспечивают коррозионную стойкость на короткий период и
используются при хранении подшипников до эксплуатации. Металлические
покрытия наносят обычно на кольца подшипника, поскольку на
шарики трудно нанести покрытие равномерной толщины (примерно
2,5 мкм). Шарики изготавливают поэтому из аустенитной стали.
Имеется опыт применения для роликовых подшипников
тонкостенных колец, изготовленных из листовой низкоуглеродистой стали
с помощью глубокой вытяжки с последующей цементацией. Такие
подшипники имеют размеры 40-250 мм. Крупногабаритные
подшипники имеют размеры до 4 м и применяются в машинах, у которых
возникают большие ударные нагрузки, а поверхности деталей
испытывают повышенные контактные напряжения (сельскохозяйственная
техника, автомобили, тракторы, шасси самолетов).
Крупногабаритные подшипники используют в прокатных станах, в тяжелом
машиностроении и нефтяной промышленности. Используются следующие
марки сталей: 20Х2Н4А, 20НМ, 18ХГТ, 15Г. Цементируемые стали
применяют для колец карданных подшипников. Использование
малоуглеродистых сталей повышает производительность труда при
токарных операциях. Опыты по определению долговечности колец
подшипников показали, что кольца из стали ШХ15 менее долговечны,
чем из стали 18ХГТ, ввиду наличия остаточных напряжений сжатия
в поверхностях цементованных колец [28].

Материалы, применяемые для подшипников качения
27
С целью обеспечения бесшумной работы шарикоподшипников в
некоторых случаях тела качения изготавливают из пластмасс. При
этом подшипники могут выдерживать повышенные ударные
нагрузки. Кольца таких подшипников могут быть изготовлены из сталей
меньшей твердости или же из легких сплавов.
Сепараторы для подшипников массового применения
изготавливают методом штамповки из мягких углеродистых сталей.
Высокоскоростные и тяжелонагруженные подшипники имеют
сепараторы из антифрикционных бронз, анодированного алюминия,
текстолита, полиамидов, металлокерамики. Сепараторы не только
разделяют тела качения, но и в случае "масляного голодания"
подпитывают контактную зону. Поэтому сепараторы из текстолита и из
некоторых пластмасс (фторопласта-4, амана-24, маслянита) повышают
работоспособность подшипников в режиме масляного голодания.
Латунные и бронзовые сепараторы в подобных условиях вызывают
наволакивание металла на тела и дорожки качения.
Применение сепараторов из пластмасс позволило повысить
быстроходность подшипников качения. Для повышения прочности
полиамидных сепараторов их армируют стекловолокном.
Теплостойкость фторопластовых сепараторов малая (не выше 150-200°С);
фторопласт под действием нагрузки подвержен пластическому течению,
что может привести к заклиниванию шариков в гнездах сепаратора.
У дюралевых сепараторов при высоких скоростях вращения
наблюдались разрывы их по продольным перемычкам.
Тяжелонагруженные скоростные подшипники имеют бронзовые сепараторы,
покрытые свинцом, серебром или никелем [28].
6. Пластические массы
В зависимости от вида смол, используемых в качестве
связующего при изготовлении пластмасс, все синтетические пластические
материалы разделяются на две основные группы: термореактивные и
термопластичные. Смола, которая при первом нагреве до
определенной температуры твердеет, переходя в неплавкое состояние,
называется термореактивной. Эти смолы при прессовании с нагревом
пластика в изделие проходят необратимый процесс и последующий их
нагрев может привести к обугливанию и разрушению материала (но
не к его размягчению и плавлению). К таким материалам относятся
пластмассы на основе фенолформальдегидной смолы: карболит,
бакелит, ДСП, текстолит, волокнит и др. Термопластичные смолы
при повторном нагреве снова становятся пластичными;
соответственно этому термопластичные материалы при повышении давления и
температуры, вплоть до температуры разложения не переходят в
неплавкое состояние. Термопластичные материалы допускают
многократную их переработку. К таким материалам относятся
полиамиды, полиуретаны, винипласт, полиэтилен, фторопласт-4 и др.

28
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Пластические массы в качестве антифрикционных материалов
применяют в подшипниках и в парах поступательного движения
благодаря многим преимуществам: достаточной износостойкости и
невысокому коэффициенту трения в некотором диапазоне скоростей и
нагрузок; хорошей прирабатываемости; коррозионной стойкости к
наиболее распространенным агрессивным средам; способности
некоторых пластиков к самосмазыванию, причем при таких низких
температурах, когда масла и пластичные смазочные материалы не
применяются; малой плотности (в 5-8 раз ниже стали, меди и свинца и в
3-4 раза ниже плотности титана); низкой стоимости; слабой
чувствительности к ударам; бесшумности в работе; немагнитное™.
Применение пластмасс в качестве подшипникового материала существенно
экономит цветные металлы и снижает эксплуатационные расходы.
В зависимости от эксплуатационных условий пластмассы в узлах
трения могут работать при смазке минеральными маслами,
эмульсией, пластичными смазочными материалами, водой, а некоторые из
них и без смазки.
Применяя пластмассы в узлах трения, следует иметь в виду и
отрицательные их качества: низкую теплопроводность; разбухание при
контакте с жидкостями; значительное тепловое расширение;
относительно невысокую теплостойкость; высокую податливость
(низкий модуль упругости, в особенности у термопластиков); старение
полиамидов и других пластиков, приводящее, в частности, к их
охрупчиванию; ползучесть при нормальной температуре (холодноте-
кучесть).
Важное преимущество термопластичных материалов перед
термореактивными при использовании в подшипниках состоит в
следующем. Кромочный контакт в подшипнике из термореактивного
пластика опасен, поскольку при нагреве материал начинает разлагаться
и обугливается, а это увеличивает силы трения и может вызвать
повреждение пары. Термопластичный материал при нагреве
размягчается, благодаря чему происходит быстрая приработка подшипника к
валу.
Особое место занимают полиамиды благодаря таким
преимуществам по сравнению с другими пластическими массами, как
однородность материала и высокие демпфирующие свойства при относительно
высокой прочности на растяжение и на изгиб, невысокой
стоимости исходного продукта и простоте технологической переработки в
изделия.
Модуль упругости пластмасс снижается под нагрузкой с
течением времени. Так, нейлон 66 имеет модуль упругости в начальный
период нагружения при комнатной температуре 15 МПа, через 24 ч под
нагрузкой модуль упругости убывает на 1/3, а через один год - на 2/3.
Под нагрузкой в пределах первых 24 ч при комнатной температуре и
нормальном влагосодержании воздуха ползучесть полиамидов
затухает и деформация увеличивается весьма медленно.

Пластические массы
29
Рабочая температура
Рис 1.2. Зависимость модуля упругости и прочности при растяжении пластмассы
от температуры
При повышении температуры прочность и модуль упругости
пластмасс резко снижаются. На рис. 1.2 показан общий характер
зависимости между температурой и показателями прочности и
деформируемости пластмасс. Такой же характер имеют и фрикционные
характеристики. Поэтому при использовании пластмасс в узле трения
всегда необходимо учитывать рабочую температуру. Отметим, что в
справочной литературе не всегда приводятся сведения о
прочностных и фрикционных характеристиках материалов при различных
температурах. При необходимости конструктор должен запросить такие
сведения у завода-изготовителя пластмасс.
В полиамидные порошки вводят антифрикционные
наполнители (графит, дисульфид молибдена, тальк и др.) при соблюдении
условия, что частицы наполнителя не превышают по размеру частиц
порошка.
Полиамиды при работе в легких условиях (небольшие нагрузки,
малые скорости, перерывы) могут работать в парах скольжения друг
с другом. Они кратковременно выдерживают температуру,
превышающую 100°С; при более длительном температурном воздействии они
окисляются, постепенно теряют механическую прочность и могут
намазываться на сопряженную металлическую поверхность.
Помимо этого, при перегреве может произойти перемешивание
размягченного слоя полиамида со смазочным маслом и загрязнениями в нем.
Для работы в водной среде тонкостенные вкладыши подшипников
на 4 ч погружают в воду при температуре 90°С. Во избежание
коробления вкладыша для снятия внутренних напряжений его погружают
в масло при температуре 120-130°С. Литье полиамидов под
давлением, обработка в водяной ванне при температуре +80°С и
последующая закалка при -40°С обеспечивают их мелкокристаллическую
структуру с незначительным количеством аморфного вещества. Детали
из спеченного полиамида отличаются однородной кристаллической
структурой. Отлитые под давлением или обработанные при
значительных силах резания детали покрыты тонкой оболочкой из
аморфного и частично субмикроскопического кристаллического
материала, после срабатывания которого обнажается более износостойкий
материал.
Разрывная
прочность, Б
Е№1

30
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Алюминий и латунь сильно изнашиваются полиамидами.
Скорость изнашивания этих металлов спеченным полиамидом
несколько меньше. Лучше всего работают детали в паре закаленная сталь -
полиамид. При хорошей смазке маслами рекомендуется удельная
нагрузка не выше 5 МПа. Смазка водой менее эффективна, чем
маслами. Допустимая нагрузка должна быть в этом случае уменьшена на
50-70%. С полиамидами сходны по своим свойствам полиуретаны. Из
других термопластичных материалов, используемых в качестве
антифрикционных, укажем на полиэтилен, винипласт и фторопласт-4.
Винипласт - материал с низкими теплопроводностью и
теплостойкостью, плохо работает в условиях ударных нагрузок, может
воспринимать только небольшую, спокойную нагрузку. Полиэтилен имеет
весьма низкие прочностные характеристики, его коэффициент
линейного расширения в 6-8 раз выше, чем у полиамидов.
Политетрафторэтилен (фторопласт-4, тефлон), имея строение
Г Р Р
I I
— с —с—
1 I
и р р
является продуктом производных этилена, у которых атомы
водорода замещены атомами фтора. Последние, окружая углеродную цепь,
образуют вокруг нее непроницаемую преграду, что делает этот
полимер в высокой степени химически инертным. Структура его
содержит до 90% кристаллической фазы с температурой плавления 327°С;
температура стеклования аморфной фазы + 120°С. Предел прочности
при растяжении при комнатной температуре 20 МПа; удлинение при
разрыве 300-400%, модуль упругости 385-455 МПа. С понижением
температуры политетрафторэтилена модуль упругости его растет, но
даже при температуре жидкого воздуха он невысок.
Фторопласт-4 отличается холодотекучестью и низкой
теплопроводностью, он не поглощает воду, нефтепродукты и другие
жидкости. Его коэффициент трения по стали без смазки и по самому себе
0,04. Наполнителями могут быть графит, медный порошок,
дисульфид молибдена, двуокись титана; они улучшают теплопроводность,
несколько снижают холодотекучесть и на немного увеличивают
коэффициент трения. По некоторым данным фторопласт-4 можно
применять для значений ру = 3 Н/см2 ■ м/с, с наполнителем можно до
температуры 250°С принять ру = 120 Н/см2 • м/с . Шероховатость
поверхности вала при использовании фторопластовых подшипников
должна быть не ниже Ка = 0,08...0,16 мкм во избежание намазывания
вала фторопластом. Фторопласт-4 дает большую усадку - от 4 до 7%,
его невозможно склеивать или сваривать; отходы после его механи-
п

Пластические массы
31
ческой обработки нельзя использовать без деполимеризации.
Армировать его технологически сложно и не всегда эффективно.
Материал высокотоксичен, что вызывает необходимость в
специальных мерах для защиты людей при его переработке и изготовлении
изделий.
Ввиду высокой стоимости и трудоемкой технологии
переработки фторопласт-4 имеет узкую область применения, в основном - для
оборудования химического машиностроения. Чаще этот материал
используют для пропитки пористых подшипников и в качестве
компонента антифрикционных композиций. При
возвратно-поступательном движении в узлах трения фторопласт-4 при повышенной
температуре размягчается и начинает строгаться. Его наиболее ценные
антифрикционные свойства проявляются при малых скоростях
скольжения-порядка 0,1 м/мин.
Армирование термопластиков увеличивает их прочность, модуль
упругости (в 3-4 раза), повышает стабильность размеров и
теплостойкость. Распространение получили армированные нейлон, полиэтилен,
поликарбонат и др. При некоторых условиях износостойкость
армированного нейлона может быть выше, чем у закаленной стали.
Из термореактивных пластиков в узлах трения применяют
пластики на основе фенол- или крезолформальдегидной смолы
(текстолит, волокнит, древесно-слоистые пластики, древесная прессованная
крошка, пластифицированная прессованная древесина) и композиции
на основе эпоксидных смол.
Стоимость изготовления изделий из слоистых пластиков и
композиций на основе фенолформальдегидной смолы выше, чем из
полиамидов. По механическим свойствам термореактивные пластики
превосходят термопластичные. У термореактивных материалов
коэффициент линейного расширения более низкий, однако при
назначении зазоров в подшипниках надо учитывать обычно большую
толщину стенки подшипника из слоистого пластика. Большая
податливость под нагрузкой термопластичных материалов является в
некоторых случаях недостатком, однако при этом быстрее
устанавливается режим трения при жидкостной смазке.
Слоистые пластики применяют главным образом для изделий
больших размеров, работающих при значительных удельных
нагрузках. Вообще же, выбор термопластичных или термореактивных
пластмасс должен проводиться, как обычно, с учетом всех факторов. Из
нейлона изготавливают зубчатые муфты для портативных
мотор-генераторов, мотопомп и т.п., имеющие по сравнению со стальными
муфтами меньшие массу и размеры; двигатели для
стеклоочистителей автомобилей; приводные звездочки и ряд других деталей.
Нейлоновые ленты в конвейерных установках для транспортирования
пищевых продуктов износостойки, стойки к воздействию кислот,
щелочей и крепких соляных растворов и хорошо стерилизуются при
обработке водяным паром.

32
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Детали из полиамида используют в подшипниках заводского
оборудования, в узлах рессор, педалей управления и шарниров рулевых
тяг автомобилей, в педалях велосипедов, в опорах гребных валов на
малых судах, в осях сельскохозяйственных машин, а также в
подшипниках, смазываемых молоком, бензином, керосином и другими
перекачиваемыми жидкостями. Известны также полиамидные ролики,
направляющие и кнопки механизмов управления; имеется удачный
опыт применения полиамидов для изготовления поршней в пищевых
машинах. Вероятно, что для изготовления плунжеров и поршней в
дозирующих устройствах этих машин найдет применение и тефлон.
Эпоксидные смолы ЭД-5 и ЭД-6 имеют хорошую адгезию к
металлам. Теплостойкость их в 2 раза выше, чем у капрона. В качестве
наполнителя используются графит, алюминиевая пудра, стеклоткань,
мелкая чугунная стружка, свинцовый порошок, дисульфид
молибдена и др. Толщину покрытия смолами металлической поверхности
можно довести механической обработкой до долей миллиметра.
Композиции на основе эпоксидных смол преимущественно применяют в
работающих без смазки подшипниках компрессоров, подшипниках
циркуляционных насосов со смазкой рабочей жидкостью, в
сельскохозяйственных машинах и магнитных пускателях.
Подшипники выдерживают до 1 млн циклов, и долговечность их
во много раз выше, чем у устанавливаемых ранее бронзовых втулок.
Свойства материала впитывать масла позволяют подшипнику
работать нормально после прекращения смазки 25-40 ч.
В некоторых случаях трущиеся поверхности деталей покрывают
антифрикционными лаками. Типичными областями применения
лаков являются узлы трения, где гидродинамическая смазка (жидкая
или пластичная) затруднена или невозможна. Рекомендуют
применять лаки в узлах трения с большими удельными нагрузками,
прерывистой работой и для случая приработки. При повышении скорости
скольжения и увеличении нагрузок долговечность лаков снижается.
Лучшие результаты получаются, когда микронеровности стальной
поверхности не превышают 5 мкм. Отклонения шероховатости
поверхности в ту или иную сторону уменьшает срок службы лаков [30].
К лакам относятся акриловая, эпоксидная и фенолформальдегидные
смолы.
Слоистые антифрикционные пластики и термореактивные
композиции применяют свыше 50 лет в самом различном машинном
оборудовании. Подшипники из слоистых материалов в судостроении
используют для валов диаметром до 700 мм. В гидротурбостроении,
где валы бывают и большего диаметра, широко применяют
направляющие подшипники из резинометаллических сегментов. Резина как
подшипниковый материал применяется уже свыше 70 лет. Известны
текстолитовые подшипники на смазке водой для паровой турбины,
работающие на водяном паре при его давлении 28 бар и температуре
370°С.

Пластические массы
33
Из синтетических материалов изготовляют поршневые кольца
насосов и компрессоров для перекачки горячей и холодной воды,
масел, бензина и других жидкостей и для сжатия сырых и кислых
газов; краны и седла арматуры трубопроводов.
В подшипниках качения замена бронзовых сепараторов
пластмассовыми упрощает конструкцию и в несколько раз снижает
стоимость.
Полиамиды, будучи использованы как демпфирующие
элементы, подобно всякому амортизатору уменьшают шум и повышают
долговечность механизма, машины. По сравнению с резиной
преимущества полиамидов - в большей легкости их переработки.
Оправдали себя в эксплуатации металлические подшипники, запрессованные
в полиамидную обойму или имеющие полиамидное напыленное
покрытие посадочной поверхности. Вычислительные машины с такими
подшипниками работают бесшумно.
Синтетические полимерные материалы пригодны также для
работы в условиях нагружения контактными напряжениями.
Текстолитовые бесшумные зубчатые колеса используются в приводах
распределительных валов автомобильных двигателей. Шестерни для
работы в паре со сталью или чугуном изготовляют из пластика ДСП-Г,
текстолита и полиамидов. Износостойкость таких пар
удовлетворительная; она выше, чем у металлических колес, работающих в тех же
условиях. В линотипах применяют нейлоновые шестерни привода
клавиатуры, которые по сравнению с чугунными бесшумны в
работе, не требуют смазки и достаточно износостойки, обеспечивая
длительную службу привода. Отлично также работает кулачок из
закаленной стали со шлифованной поверхностью в паре с облицованной
нейлоном поверхностью толкателя в условиях пониженной
статической и малых ударных нагрузок при наличии абразива и
ограниченной смазки маслом или водой.
Подшипники с пластмассовыми шариками или выполненные
полностью из пластиков можно применять при малой частоте
вращения и в случаях, когда имеется необходимость в малой массе
подшипника, его высоких коррозионной стойкости и сопротивлении ударам
и тяжелым сотрясениям. Комбинированием пластиковых шариков и
алюминиевых или магниевых колец можно уменьшить массу
подшипника на 65-85 % и снизить его стоимость. Подшипники с
пластиковыми шариками не требуют смазки, что ликвидирует уплотнения,
упрощает ремонт и снижает стоимость эксплуатации. Пластиковые
шарики поглощают силы удара, амортизируют сотрясения и не
вызывают ложного бринеллирования подшипниковых колец.
У подшипника с пластиковыми шариками, особенно
несмазанными, момент сопротивления вращению несколько выше, чем у
обычного шарикоподшипника. Если этот момент нужно уменьшить, то
подшипник смазывают, учитывая при этом маслостойкость
пластиков. Пластиковые шарики удовлетворительно работают в подшип-
3 - 2039

34
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
никах в полевых условиях при попадании пыли, на стальных же
шариках при аналогичных условиях образуются иногда вмятины.
Кузова шахтных вагонеток выходят из строя вследствие
остаточной деформации днища и^стенок, износа их и разрушения креплений
к раме. Под действием шахтных вод на стенках кузова образуются
хрупкие слои окислов железа, которые при достижении
определенной толщины разрушаются при загрузке материала, а также от
толчков и ударов при перемещении вагонетки. Скорость коррозионно-
механического изнашивания стенок определяется степенью
коррозионной активности шахтных вод. За рубежом в отдельных случаях
днище вагонеток, как наиболее изнашивающуюся часть, закрывают
листом нержавеющей стали. Защита от коррозии при помощи
полимерного материала признана более экономичной.
Стальные рештаки скребковых шахтных конвейеров тоже
подвергаются коррозионно-механическому изнашиванию. Изготовление
рештаков из пластмасс не только увеличивает их долговечность,
уменьшает массу секции, что облегчает труд при переноске их в лаве,
но и экономит электроэнергию на привод конвейеров и сокращает
расход легированной стали.
В заключение необходимо отметить, что преимущества пластмасс
могут проявиться только в том случае, когда узел трения будет
сконструирован с учетом свойств самих полимеров. Многолетний опыт
применения пластмасс в узлах трения свидетельствует, что простое
копирование пластмассовой детали металлической, как правило, не
дает ожидаемого результата. Здесь необходимо учитывать
специфические свойства пластмасс, отличные от свойств металлов, а
именно — изменение деформационных и прочностных свойств во
времени, в более резкой зависимости свойств от температуры, возможном
старении, в большей анизотропии физико-механических свойств
некоторых пластмасс. Многие свойства пластмасс зависят в большой
степени от условий их переработки. В связи с изложенным приведем
несколько примеров по конструкциям узлов трения из пластмасс.
При конструировании большие пластмассовые зубчатые колеса
целесообразно выполнять составными - венец из пластмассы, а
ступицу из металла. Здесь для лучшего теплоотвода венец насаживают
на металлическую ступицу в горячем состоянии. Окончательную
обработку зубьев производят после посадки. Толщина венца зависит от
модуля зубчатого колеса и наружного диаметра. Ориентировочно его
определяют по эмпирической формуле (мм)
Вв= (/ш/^"+2)-А,
где т - модуль зубчатого колеса; й - наружный диаметр колеса, мм;
И - высота зуба, мм [1].

Пластические массы
35
Рис. 1.3. Варианты армирования пластмассовых зубчатых колес
При передаче небольших крутящих моментов пластмассовые
колеса на валу можно устанавливать с натягом. Однако с течением
времени в результате снижения модуля упругости предварительный
натяг уменьшается, и при больших крутящих моментах необходимо
пластмассовые колеса армировать. Армирование также необходимо
для увеличения прочности и стабильности размеров зубьев.
Варианты армирования пластмассовых зубчатых колес приведены на
рис. 1.3 [1].
Для редукторов небольшой мощности пластмассы можно
применять и в червячных передачах взамен бронзы и других сплавов
цветных металлов. На рис. 1.4 показано червячное
колесо из материала ДСП-Г. Нагрузочную
способность и допускаемые контактные напряжения для
червячных передач с венцами из ДСП-Г и других
пластиков можно определять из условий
ограничения температуры нагрева в зависимости от
скорости скольжения [1].
Тормозные накладки и облицовки из пластмасс
крепят к металлическим дискам так же, как и
другие фрикционные материалы, - винтами,
заклепками с потайными головками или при помощи клеев
на эпоксидной основе. Фрикционные накладки
можно также запрессовывать в расточку дисковой
муфты. На рис. 1.5 показаны фрикционные муфты Рис-' -4* ЧеРвяч~
с венцами ш пластмасс [I]. ^Тсп-Г

36
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 1.5. Фрикционные муфты с венцами из пластмасс:
а, б - цилиндрическая (а) и конусная (б) муфты с венцом из текстолитовых дисков;
в - диск с приклеенной пластмассовой облицовкой; г - фрикционный диск с пластмассовым
венцом; д - конусное кольцо с прикрепленной клеем и болтами фрикционной облицовкой
На рис. 1.6 показан литой пластмассовый шкив (патент США
№ 4177685). Шкив состоит из диска 7, клиновая канавка которого
имеет рабочие поверхности Л, и ступицы 2 с центральным
отверстием а для установки шкива на вал. В ступице имеются две глухие
прорези б прямоугольного сечения, расположенные под углом 90° друг к
другу, в которые вставлены гайки 3 для стопорных винтов 4.
Снаружи на выступающую часть ступицы напрессована стальная втулка 5.
Для фиксации шкива на валу винты 4 ввинчиваются в гайки и
упираются в вал; возникающие при этом силы реакции воспринимаются
втулкой 5. Для улучшения условий отливки шкива с обеих сторон
диска 1 имеются выборки, а в ступице - сегментные канавки в, равно-
расположенные по окружности. Шкив отливается из пластика (на-
пример,нейлона), наполненного стеклянными шариками, которые
составляют 10-60 % массы шкива. Диаметр шариков может колебаться
от 4 до 5000 мкм в зависимости от применяемого пластика и условий
эксплуатации. Обычно применяют шарики
диаметром 750-1000 мкм. Во время работы
передачи пластик, покрывающий рабочие
поверхности А шкива, быстро изнашивается,
обнажая стеклянные шарики. Такая поверхность
шкива обладает высокой стойкостью к
абразивному изнашиванию, кроме того,
снижается вредное воздействие шкива на приводной
ремень.
Небезынтересно отметить, что общее
потребление в США полимерных материалов
(резин, пластмасс, искусственных волокон)
становится приблизительно равным потреблению
Рис. 1.6. Литой пласт- стали, а при среднегодовом приросте в 10% в
массовый шкив 2000 г. потребление полимерных материалов

Пластические массы
37
достигло уровня потребления всех металлов. Основным
потребителем полимеров является автомобилестроение, так как применение этих
материалов позволяет снизить массу и увеличить экономичность
автомобиля.
7. Металлофторопластовые ленточные
антифрикционные материалы
За рубежом, начиная с 60-х гг., широкое распространение
получили подшипники из металлофторопластового материала фирмы
Глэсье (Великобритания). Разработаны, в основном, две марки
материала - ОУ и ЭХ.
Материал ЭУ представляет собой композицию
политетрафторэтилена, свинца и спеченной оловянной бронзы; композиция
крепится к стальной подложке (рис. 1.7). На рабочей поверхности имеется
тонкий дополнительный слой политетрафторэтилена (ПТФЭ).
Подшипники Глэсье ОУ могут работать без смазки в широком
диапазоне температур, обеспечивая достаточную долговечность и малый
коэффициент трения.
Материал ОХ разработан позже и содержит сополимер ацеталь-
ной смолы. Подшипник из ОХ нуждается в небольшой смазке. Этот
материал также имеет стальную
подложку, а смола пропитывает
пористый бронзовый слой.
Подшипники из материала ОУ
можно эксплуатировать в
диапазоне температур от -200 до +280°С.
Они удовлетворительно
воспринимают динамические нагрузки,
устойчивы к воздействию большинства
растворителей и многих
промышленных жидкостей и газов, включая
воду и нефть, хорошо переносят
запыленную среду, могут работать при
колебательном и
возвратно-поступательном движении и имеют малые
пусковые моменты. Коэффициент
трения таких подшипников мало
зависит от скорости скольжения
(рис. 1.8).
Композиционный материал,
состоящий из стальной подложки и
пористой бронзовой матрицы,
пропитанной и покрытой смесью ПТФЭ
со свинцом, работает следующим
образом. Стальная подложка обес-
Рис. 1.7. Строение поверхности
подшипника с металлофторопластовым
покрытием:
1 - наружный слой; 2 - пропитанный
бронзовый каркас; 3 - стальная подложка;
4 - медный слой; А - поверхность трения
0,000010,00070,0010,01 0,1 *,м/с
Рис, 1.8. Зависимость коэффициента
трения ц материала (после пропитки)
от скорости скольжения V и удельной
нагрузки р

38
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
печивает механическую прочность, а бронзовый промежуточный
слой - прочное соединение твердой смазки с подложкой. Пористая
бронза улучшает теплопроводность подшипника, снижая
температуру на опорной поверхности. Тепловое расширение по окружности
подшипника такое же по величине, как и у стали, поэтому необходимый
зазор поддерживается постоянным во всем диапазоне рабочих
температур.
При нормальной работе подшипник из материала ОУ быстро
прирабатывается. Начальный износ составляет около 0,013 мм, при
этом часть ПТФЭ со свинцом переносится и налипает на вал.
Поверхность трения подшипника часто приобретает серо-зеленый цвет, и
можно видеть бронзовую матрицу, обнаженную примерно на 10%
поверхности подшипника. Излишек слоя ПТФЭ со свинцом
выносится в виде мелких частиц. После приработки подшипника
интенсивность изнашивания снижается и увеличивается поверхность
обнаженной бронзы (поверхность бронзы составляет приблизительно 70%
от площади подшипника). Есть основания полагать, что такие
подшипники после приработки работают в режиме избирательного
переноса. Изнашивание вала при отсутствии абразивных частиц, если
подшипник не работал в нерекомендованных режимах, практически
отсутствует.
Рекомендована величина ру до 3,5 Н/мм2 • м/с для
кратковременной работы и до 1,75 Н/мм2 • м/с для непрерывной работы.
Помимо величины ру долговечность зависит от материала
сопряженной детали, диаметрального зазора, температуры среды и типа
подшипника. Основная зависимость для разных типов подшипников
показана на рис. 1.9.
В случае смазки гидродинамическое условие трения в
подшипнике устанавливается при давлении (МПа)
где и - скорость скольжения, м/с; г\ - динамическая вязкость, сП
сантипуаз); ЬЮ - отношение длины подшипника к его внутреннему
диаметру.
Если возможно обработать поверхность вала до шероховатости
порядка Ка = 0,16...0,10 мкм, то удельная нагрузка может быть
увеличена на 50 единиц по сравнению с получаемой по приведенной
формуле.
В случае применения подшипников в узлах трения,
соприкасающихся с продуктами питания, необходимо ставить уплотнения во
избежание попадания частиц износа в эти продукты. Следует также
иметь в виду при изготовлении подшипников, что при температуре
свыше 250°С ПТФЭ может выделять ядовитые пары.

Металлофторопластовые ленточные антифрикционные материалы
39
л
ь
о
о
X
«
©
и
о
0,18 Р*>
Н/мм2*м/с
Рис. 1.9. Связь величины ру с долговечностью для:
У - одностороннего вращения втулки относительно неподвижного вала; 2 - статического
нагружения при одностороннем вращении вала относительно втулки; 3 - опорного
подшипника
Материал, подобный Т)У, изготавливается на Климовском
машиностроительном заводе им. В.Н. Доенина. В этом материале
вместо свинца в ПТФЭ вводится дисульфид молибдена. Завод выпускает
свертные втулки с внутренним диаметром от 10 до 55 мм.
Подшипники в основном применяются в текстильном машиностроении.
При/?у = 40 Н/см2- м/с долговечность подшипников составляет 100-
800 ч; при ру = 30 Н/см2- м/с долговечность их достигает 400-4000 ч.
В условиях работы вне закрытого помещения и достаточно
тяжелых нагрузках подшипники, работающие со стальным валом,
способствуют его корродированию, что является существенным
недостатком материала при применении его в ответственных узлах трения.
При трении дисульфид молибдена разлагается, выделяя серу,
которая, соединяясь с водяными парами, корродирует стальной вал.
Калужским турбинным заводом совместно с Институтом проблем
материаловедения АН Украины разработаны и исследованы
опорные сегментные подшипники турбомашин, рабочая поверхность
которых покрывается спеченной пористой бронзой, пропитанной
фторопластом. Подшипники с диффузионно хромированным валом из
стали 12Х18Н10Т при давлении 0,5 МПа, смазке водой и скорости
скольжения 60 м/с работали 4000 ч без эрозионного и кавитационно-
го изнашивания. Бронзофторопластовый материал при высоких
скоростях скольжения и давлениях в подшипнике превосходил по своим
качествам баббит Б-83.
Своеобразный металлофторопластовый материал разработан в
Германии. Он состоит из фторопласта-4 C7%), металлического свинца
E0%) и связующего - фенолформальдегидной смолы A3%). Матери-

40
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
ал напрессовывается на стальную ленту. В тонком слое он обладает
лучшими антифрикционными свойствами, чем в монолите.
В последние годы разработаны новые ленточные материалы с
использованием фторопласта, впрессованного в бронзовую сетку, и
наклеенные фенолформальдегидной смолой на хлопчатобумажную
ткань. Материал приклеивают к стальной основе. Он может
работать без смазки и имеет высокую износостойкость [4].
Коллективом авторов под руководством А.Н. Филиппова
разработан антифрикционный материал АГ-НАМИ на основе графита. Он
предназначен для подшипников скольжения, работающих в
условиях трения без смазки; наибольшее распространение получил в
подшипниках выключения муфт сцепления автомобилей. Составными
компонентами этого материала являются графит, свинец, стеарат
цинка, фенолформальдегидная смола, гексаметилентетрамин, стеарин
и гидрат окиси кальция. Материал может работать в паре со
стальными, чугунными и металлокерамическими контртелами,
имеющими шлифованную поверхность. Физико-механические
характеристики материала: плотность 2,0 г/см3, предел прочности на сжатие 100-
120 МПа, допустимая рабочая температура 200°С.
Детали из материала АГ-НАМИ изготовляют горячим
прессованием, без необходимости дальнейшей механической обработки, что
выгодно отличает этот материал от других аналогичных (графито-
пластов, графитированного текстолита, фторопласта с
наполнителями). Изготовленные из этого материала подшипники выключения
муфт сцепления автомобилей не требуют технического
обслуживания, замены или ремонта на протяжении всего срока службы
автомобиля. Производство подшипников организовано на Московском
заводе порошковой металлургии (МЗПМ) Министерства
автомобильной промышленности и на ряде других заводов. Этот материал
успешно применяют также для изготовления упорных подшипников
мотальных агрегатов и вкладышей подшипников прядильных машин
в текстильной промышленности, уплотнительных колец
циркуляционных насосов для перекачки агрессивных газов и для изготовления
других изделий.
Лицензии на материал АГ-НАМИ имеют США, Италия,
Франция, Великобритания, Швеция.
8. Материалы для узлов трения,
работающих при высокой температуре
Такие материалы должны обладать надлежащими показателями
жаропрочности, теплопроводности, коррозиестойкости и
сопротивления термической усталости, а при работе без смазки на их
поверхности должна образовываться тонкая и прочная защитная пленка,
предохраняющая поверхности трения от схватывания. Определяющим

Материалы для узлов трения, работающих при высокой температуре
41
свойством материала для деталей подшипников качения является
твердость. При трении скольжения твердость не оказывает
решающего влияния на износостойкость материалов при высоких
температурах. При прочих равных условиях наименьшие силы трения и
износ будут иметь место в паре, где хотя бы на одной из поверхностей с
достаточной скоростью будет формироваться нерыхлая окисная
пленка. Для работы при высоких температурах используют тугоплавкие
металлы, специальные и твердые сплавы, керамические материалы.
Выполнение окисными пленками роли смазочного материала
позволяет изготовлять детали некоторых пар трения, работающих при
высокой температуре, из одноименных материалов. Для уменьшения
сил трения и скорости изнашивания, в особенности в условиях
слабого образования защитных пленок, применяют различные смазочные
материалы: дисульфид молибдена, графит; тонкие покрытия из
мягких металлов (меди, серебра); окислы ( РЬО, В203), соединения
вольфрама, молибдена и фтора; стекловолокно и галогенсодержащие
соединения.
Коэффициент трения для одних и тех же материалов при
высокой температуре значительно выше, чем в условиях граничной
смазки при обычной температуре. С повышением температуры
коэффициент трения убывает плавно или скачком; пределы его изменения
0,016-1,2. Из рассмотрения, естественно, исключается такой подъем
температуры, при котором работоспособность пары трения
полностью нарушается. Колебания коэффициента трения и скорости
изнашивания материала связаны с изменениями интенсивности плен-
кообразования на поверхности трения и свойств смазочных
материалов.
Как показал Л.А. Чатынян, из тугоплавких металлов большой
интерес в качестве материалов для узлов трения представляют
молибден и его сплавы, вольфрам, хром, тантал. Заметим, что к
тугоплавким относятся металлы, температура плавления которых выше,
чемухромаA878°С).
Молибден обладает хорошими механическими свойствами при
высокой температуре с низким коэффициентом теплового
расширения. Коэффициент трения молибдена по молибдену при окружающей
температуре 482°С высок - порядка единицы. С ростом температуры
он уменьшается, составляя 0,3 при 649°С; при температуре свыше
760°С коэффициент трения быстро увеличивается. Такой характер его
изменения объясняется тем, что окисная пленка на молибдене МоОэ
образуется при температуре свыше 482°С, при температуре же более
760°С эта пленка испаряется и ее смазывающее действие
прекращается. Для улучшения антифрикционных свойств молибдена
используют в качестве смазочного материала Мо82, при этом коэффициент
трения до температуры 815°С находится в "пределах 0,5-0,8. Смазка
Мо8, не может работать в окислительной среде.
Антифрикционные свойства несмазанного вольфрама во многом
совпадают с аналогичными свойствами молибдена, однако вольфрам

42
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
сильнее подвержен окислению. С натриевым смазочным материалом
вольфрам дает низкий коэффициент трения до температуры 649°С.
Механические свойства хрома ниже, чем у других тугоплавких металлов.
Он менее подвержен окислению, коэффициент трения его ниже, чем у
вольфрама и молибдена @,3-0,5 в диапазоне температур 260-800°С).
Из специальных сплавов для узлов трения используют сплавы на
железной, кобальтовой и никелевой основах. Сплавы на железной
основе применяют до температуры не выше 540°С. Сплавы на основе
никеля проявляют наибольшую износостойкость при температуре до
700°С, если в сплаве его содержание не превышает 18%. Из многих
сплавов на никелевой основе лучшие результаты по коэффициенту
трения и износостойкости показал сплав с содержанием 14% Сг, 7%
Ре, 2% 81, 0,1% В, 1,9% \У, 1,8% А1 и 1,4% Л, с термообработкой по
режиму: закалка при температуре 1100°С с последующим старением
при 700°С. Сплавы с содержанием никеля 40-50%, хрома свыше 10%
и с добавками (для твердости) алюминия и титана обладают высокими
механическими свойствами при высокой температуре и, не окисляясь
до температуры 380°С, хорошо работают при смазке керамическим
покрытием СаР2 с добавкой 25% СаО, обеспечивая коэффициент
трения 0,26 при температуре 24°С; 0,20 при 260°С и 0,15 при 815°С [24].
Существуют твердые сплавы из карбидов металлов и из окиси
алюминия, которые можно применять для пар скольжения и качения.
Твердые сплавы из карбидов титана и хрома имеют достаточную
статическую и ударную прочность при повышенных температурах.
Хорошие результаты при работе в подшипниках качения при
температуре до 870°С показал сплав на основе карбида титана с содержанием
17% Т1 и 3,2% Мо. Известно использование в самолетных устройствах
шарикоподшипников размером 20 мм, изготовленных из сплава на
кобальтовой основе и карбида титана. Подшипники работают под
нагрузкой 2,25 МПа при температуре 650°С и частоте вращения
30 000 об/мин. Сплавы АЬ203,СгиМо могут работать до
температуры 1200°С, оказывая высокое сопротивление окислению. При
температуре порядка 1100°С удовлетворительно работают пары из
керамических материалов М§0-8Ю2; М§0-А1203; А1203-Т1С; 81С-ТЮ
(М.Ф. Атман и В.А. Глазер).
При сравнительно нетяжелых режимах нагружения в парах
трения возможно использование медных сплавов. Гетерогенная
структура сплава оказывается непригодной для пары, особенно при
большом содержании хрупких составляющих, которые, выкрашиваясь,
сильно истирают контртело. Двойной однофазный сплав меди с 5%
олова при нагрузке 15 МПа и скорости скольжения 6 м/с в
температурном интервале от 20 до 700°С в паре со сталью 30ХГСА при
трении без смазки имеет большую износостойкость, чем двухфазный
сплав. Алюминиевые бронзы по антифрикционным свойствам
уступают оловянным бронзам и меди. Еще большей износостойкостью
обладает сплав меди с 1% Сг, быстро покрывающийся в процессе
работы тонкой и плотной пленкой.

Материалы для пар трения, работающих в условиях высокого вакуума и космоса 43
9. Материалы для пар трения, работающих
в условиях высокого вакуума и космоса [15, 16]
В этих условиях образование защитных пленок на трущихся
поверхностях исключено или затруднено. Поэтому узлы трения
необходимо смазывать или же применять самосмазывающиеся
материалы. Ввиду высокой испаряемости в этих условиях твердые смазочные
материалы имеют преимущества перед жидкими, а из жидких
материалов - силиконовые масла перед минеральными. Пары
одноименных металлов и особенно пластичных, естественно, оказываются в
этих условиях неработоспособными. Требование высокой
коррозионной стойкости к материалам остается в силе и здесь. Применяются
пары: металл - твердый сплав на основе окислов или карбидов,
металл - пластик, металл - самосмазывающиеся композиции, металл по
металлическому покрытию и металл - алмаз. Тефлон и нейлон
хорошо работают по закаленной стали, металлокерамике, а также в паре
с золотом и серебром.
Самосмазывающиеся композиции составляют на основе меди или
серебра, другими компонентами являются тефлон и смазывающие
вещества Мо82, ^8е^, ЫЬ8е2, МоТе2. Лучший состав композиции -
на основе меди^ 60% Си, при соотношении тефлона и смазывающего
материала 2:1 и 3:1. При замене в композиции меди серебром
коэффициент трения уменьшается. Наилучшая такая композиция - 70%
А§, 20% тефлона и 10% \У82. Композиция наносилась в качестве
дорожек качения наружных колец подшипников. При трении на
воздухе композиции в паре со стальным сопряженным элементом
обеспечивают высокую износостойкость. При р - 10 МПа, V = 0,24 м/с
коэффициент трения составляет 0,1-0,22.
Известны твердые сплавы Сг - А120 - Мо - ТКХ и Сг - А12Оэ -\У
для работы в интервале температур от~-ъ7 до +954°С, а также сплавы
на основе кобальта и карбидов титана. Хрупкость такого материала
затрудняет установку подшипников качения в узлы.
В качестве твердых неметаллических смазочных материалов
используют дисульфид молибдена и графит. Первый сохраняет в
вакууме смазочные свойства до температуры 1204°С. В диапазоне
температур от -142 до +537°С рекомендуется использовать смесь графита
с дисульфидом молибдена.
В условиях повышенных температур возможно применение в
качестве твердого смазочного материала порошков легкоплавких
металлов: свинца, олова, цинка, кадмия и сплава Вуда. Смачиваемость
стали расплавленным металлом является важным критерием при
подборе трущихся материалов и соответствующих им смазок. Из
указанных порошков свинец в паре нержавеющая сталь - нержавающая сталь
показал наименьший коэффициент трения.
Использование титана как конструкционного металла при его
низких антифрикционных качествах перспективно при нанесении

44
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
диффузионным способом металлических покрытий из хрома,
кобальта, железа, меди, золота, платины, свинца, серебра и олова. Хорошие
результаты при трении с нержавеющей сталью показало медно-сереб-
ряное покрытие с глубиной диффузии 25 мкм при смазке трикрезил-
фосфатом и другими аналогичными смазочными материалами.
Наилучшие результаты с точки зрения снижения скорости изнашивания
и коэффициента трения дала модификация титана с платиной и
золотом при неорганической смазке диизопропилфосфатом.
Исследования показали возможность повышения износостойкости титана его
азотированием в струе газа при температуре 850°С.
Целесообразно нанесение металлических пленок на сталь в
качестве смазочного материала. На основании исследований
миниатюрных высокоскоростных шарикоподшипников с кольцами и телами
качения из нержавеющей стали выяснено, что покрытие рабочих
поверхностей чистым золотом менее эффективно, чем золотом с
присадками никеля, индия и кобальта для повышения твердости
покрытия и его сцепления с основным металлом.
Возможно применение алмаза в некоторых парах трения.
Наименьшие силы трения в этом случае имеют место при работе по
плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов. Коэффициент трения
здесь обратно пропорционален корню кубическому из величины
нагрузки. Такая пара требует смазки. Нарушение мономолекулярного
адсорбционного слоя на поверхности трения влечет за собой
возрастание коэффициента трения до единицы.
10. Металлокерамические и керамические материалы
Порошковая металлургия - весьма гибкий технологический
процесс: он позволяет получать компактные и пористые материалы как
однородные, так и в виде композиций из металлов, не
смешивающихся в расплаве, не образующих твердые растворы, а также
интерметаллические соединения и композиции-смеси из металлов и
неметаллов. Методами порошковой металлургии получают материалы в виде
готовых изделий - антифрикционных, фрикционных, магнитных,
фильтрующих и др.
Преимущества порошковой металлургии перед литьем, ковкой,
механической обработкой заключаются в большом снижении
расхода металла, уменьшении трудоемкости и упрощении технологии
производства. Однако из-за высокой стоимости технологических пресс-
форм применение металлокерамики экономически выгодно лишь в
масштабе от 500 до 10 000 изделий одного типа в зависимости от
размера детали.
Керамические материалы получают спеканием глин, окислов и
других неорганических соединений. Керамика широко используется
в быту и производстве. Так, в металлургической промышленности ее
применяют в качестве огнеупоров, в электротехнической промышлен-

Металлокерамические и керамические материалы
45
ности - как изоляторы, в приборостроении - как полупроводники, в
медицинской промышленности - для протезов и др. Керамика
обладает преимуществами перед металлами: она имеет меньший
удельный вес, легко формуется, обладает высокой коррозие- и
термостойкостью, исходные продукты имеют низкую стоимость. Сложные
детали из керамики, из наиболее дорогостоящего керамического
материала - нитрида кремния, в 2 раза и более дешевле, чем из
металлического сплава.
Главные недостатки деталей из керамики — это их хрупкость,
приводящая к поломкам деталей при динамических нагрузках, и
высокая твердость, затрудняющая механическую обработку. Снизить
до минимума хрупкость керамических изделий удалось японским
специалистам применением метода инжекционного прессования
керамических порошков под большим давлением и при высокой
температуре. Этот метод позволил отказаться от последующей обработки
поверхностей деталей и организовать их серийное производство,
причем -деталей сложной формы (например,для двигателей
внутреннего сгорания).
Применение основных деталей для дизеля из керамических
материалов (главным образом, из нитрида кремния) по расчетам
японских специалистов позволяет повысить КПД двигателя с 36%,
характерного для современных безнаддувных дизелей, до 56% при
сочетании теплоизолированной камеры сгорания, газотурбинного
наддува, использования силовой турбиной избыточной энергии
отработавших газов и при снижении механических потерь на трение. С целью
снижения сил трения в движущихся деталях адиабатического дизеля
японские исследователи ведут разработки по замене жидкостной
смазки на газовую. Ожидается, кроме того, снижение шумности
двигателя на 1 -2 дБ, уменьшение выброса вредных веществ с отработавшими
газами и снижение дымности двигателя ввиду более полного
сгорания топлива.
Для двигателестроения японские специалисты считают наиболее
перспективным применение алюмосиликатов, силиката магния, тан-
таната алюминия, нитрида кремния, сиалона и некоторых других
материалов [21]. Такая керамика имеет более высокие
физико-механические свойства и при горячем прессовании минимальную пористость
(менее 2%), высокую плотность (около 3 г/см3), что вдвое с лишним
меньше плотности металлов. При этом керамика может работать при
более высокой температуре, чем металлы (до 1500°С). По мнению
японских специалистов, для обеспечения долговечности деталей из
керамики размер пор в них не должен превышать 10-30 мкм, т.е. на
порядок меньше, чем у металлов.
Из металлокерамики на основе железа в Японии
изготавливаются термо- и износостойкие седла клапанов двигателей внутреннего
сгорания. Прорабатывается вопрос изготовления из нитрида
кремнии гильз цилиндров, вкладышей подшипников, седел клапанов,

46
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
поршней и других деталей. В 1981 г. фирма "Комацу" опубликовала
данные о 1000-часовых испытаниях четырехцилиндрового
керамического адиабатного дизеля с силовой турбиной. Двигатель,
мощностью 162 л.с. A20 кВт) при 2500 об/мин, проработал на максимальной
нагрузке 250 ч. В этом двигателе из керамики (нитрида кремния) были
изготовлены днище поршня, гильза и головка цилиндра, выпускные
клапана и выпускной трубопровод. Имеются также примеры
изготовления из керамики поршневых колец. По данным специалистов
[19], можно ожидать, что в 90-х гг. в Японии будет создано серийное
производство высокоэкономичных керамических двигателей с
адиабатным процессом.
В нашей стране минералокерамические материалы достаточно
широко применяют в химическом машиностроении. Они могут
работать без смазки при температуре свыше 400°С и в агрессивных
средах, служащих им смазкой, а также в средах, содержащих
абразивные частицы [4]. Состав минералокерамических материалов дан в
табл. 1.1.
Таблица 1.1
Состав минералокерамических материалов
Материал
Корундовый
Корундостеатитовый
Шпинельный
Корундомуллитовый
Стеатитовый
Химический состав
А1А
сс-А1203+М80-8Ю2
М§0- А1203
а-А1203+ А1203-28Ю,
М§0-8Ю, у

Твердость
НКА
82-92
80
85-94
80
70
Предел
прочности
при
изгибе, МПа
320-450
240
140-250
240
90-190
Температура
обжига, °С
1700-1800
1550-1650
1550-1650
1500
1200-1300
Основное применение получила корундовая минералокерамика
марок ЦМ-332, Т-48 и др., а также стеатитовая марок ТК-21, СК-1,
СПК-2. Сравнительная износостойкость некоторых металлокерами-
ческих материалов дана на диаграмме рис. 1.10 [4].
Изделия из металлокерамики изготавливают прессованием или
литьем под давлением формовочной массы с последующей сушкой и
обжигом. Удовлетворительные результаты при прессовании
получаются при отношении диаметра подшипника к его длине не более, чем
1:3 при длине до 300 мм. Металлокерамические материалы можно
наносить на стальные валы и втулки плазменным напылением.
Толщина напыленного слоя на основе окиси алюминия составляет 150-
200 мкм, после алмазного шлифования и доводки она снижается до
50 мкм. Напыленный слой металлокерамики не может работать при
контактных нагрузках.

Металлокерамические и керамические материалы
47
Рис. 1.10. Диаграмма сравнительного износа минералокерамических материалов
при абразивном изнашивании
Микроструктура корундовой минералокерамики ЦМ-332 имеет
плотную упаковку кристаллов размерами менее 3 мкм [4]. Качество
изготовленных деталей контролируют по плотности
минералокерамики, которая должна быть не ниже 3,83 г/см3. Твердость ее при 20°С
составляет НКА 90; с повышением температуры она изменяется
незначительно, сохраняясь до температуры 500-700°С, что позволяет
этому материалу работать в узлах трения при высоких температурах.
Металлокерамические изделия плохо переносят ударную нагрузку в
силу высокой их хрупкости и выдерживают только небольшое
количество теплосмен, так как обладают весьма малой
теплопроводностью. При трении без смазки детали быстро изнашиваются при
попадании в зазоры абразивных частиц. Однако при смазке (даже водой)
износостойкость их высока, а при абразивном изнашивании и работе
в малоагрессивных средах она выше в 7-10 раз, чем стали 40Х, и в
1,5 раза, чем азотированной стали 38Х2МЮА [4].
Пару трения керамики ЦМ-332 по той же керамике применяют в
узлах, работающих в газовой среде, в дистиллированной воде при
температуре 95°С, в 65%-ной азотной кислоте при 84-99°С. Без
смазки такая пара трения удовлетворительно работает при давлениях, не
превышающих 18 кПа. Средняя продолжительность работы
торцевых уплотнений с кольцами из керамики ЦМ-332 в агрессивных
средах составляет 3000-4000 ч.
Керамические кольца из ЦМ-332 вклеивают в металлические
обоймы с применением лака Ф-10, испытывают под давлением
1,2 МПа и обрабатывают с отклонением от плоскости не более
0,0006 мм. На рис. 1.11 показано неподвижное кольцо торцевого
уплотнения типа 2В. Данную минералокерамику применяют для
фильер, сопел распыливающих устройств, штуцерных втулок фонтанной
арматуры нефтяных и газовых скважин и др.

48
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 1.11. Кольцо неподвижного
торцевого уплотнения типа 2В:
1 - обойма; 2 - керамическое кольцо
(керамика ЦМ-332)
Стеатитовую минералокерамику
ТК-21 в паре со сталью применяют для
изготовления подшипников насосов
ЦНГ(рис. 1.12). Здесь смазочным
материалом служат перекачиваемые
агрессивные жидкости с температурой
до 100°С при давлении в системе не
выше 2,8 МПа и не содержащие
абразивных частиц. Из той же минерало-
керамики изготовляют вкладыши
подшипников насосов типа ХГВ.
Механическую обработку подшипников
производят алмазным шлифованием.
К минералокерамическим
материалам относятся также технические
ситаллы - материалы на основе стекол с
микрокристаллической структурой из
равномерно распределенных по
объему кристаллов размерами 0,01-1 мкм.
Ситаллы способны переносить резкие
изменения температуры, они
обладают высокой теплостойкостью,
твердостью, малой водопоглощаемостью
и газопроницаемостью, высокой
химической стойкостью. В паре со
сталью ситаллы при температуре до
100°С допускают удельные давления
до 0,25-0,30 МПа и скорости
скольжения 1-8 м/с. В химическом
машиностроении ситаллы применяют для
трущихся колец торцевых уплотнений,
плунжеров и других деталей
химических насосов и реакторов, запорных
клапанов, облицовки химических
аппаратов. В виде порошков с размером
частиц до 50-80 мкм ситаллы используют в качестве наполнителей
для пластмасс антифрикционного назначения, в частности - фторо-
пласта-4 и 40П. Детали из ситаллов требуют алмазного шлифования
и последующего полирования алмазными пастами.
Более подробные сведения о минералокерамике, как
износостойком материале, можно найти в работе Б.Д. Воронкова [4], откуда мы
2 1
\ \
ш
I •УЛУАУ»*А*А* I л АУАУАУАУА*
Рис. 1.12. Вкладыш электронасоса
ЦНГ в сборе:
I - обойма; 2 - керамическая втулка
(керамика ТК-21)
почерпнули основные сведения по данному вопросу.

Материалы для направляющих скольжения металлорежущих станков
49
11. Материалы для направляющих
скольжения металлорежущих станков*
Длительное сохранение точности металлорежущих станков в
значительной степени определяется эксплуатационными
характеристиками направляющих и условиями работы последних. В современных
тяжелых и средних станках наиболее распространенными, простыми
по конструкции и дешевыми являются направляющие скольжения.
Отличительными особенностями условий их работы принято считать
переменность давления и широкий диапазон скоростей скольжения,
загрязнение отходами обработки (металлической стружкой,
окалиной, литейной коркой и т.д.), ненадежность смазки.
Меры по повышению эксплуатационных характеристик
направляющих скольжения имеют целью увеличение их износостойкости. В
том числе повышение задиростойкости, уменьшение сил трения,
обеспечение равномерного, без скачков, перемещения узлов при малых
подачах, демпфирование колебаний и технологичность. Все эти
показатели в значительной степени определяются свойствами
материалов пар трения. Последние, как правило, следует комплектовать из
разнородных материалов, имеющих неодинаковую природу, состав,
микроструктуру или твердость. Однако эти показатели материалов
должны находиться в определенных соотношениях. В противном
случае, вследствие более интенсивного схватывания, развития процесса
"шаржирования" или из-за повышенного содержания структурных
составляющих высокой твердости в одном из элементов,
износостойкость пары снижается, ухудшаются также и характеристики трения.
При распределении свойств материалов сопряженных
направляющих учитывается влияние их на точность станка. Направляющие
большой длины, обычно у станин и стоек, следует изготовлять из более
износостойкого и твердого материала. Сопряженные направляющие
относительно меньшей длины (столов, салазок, бабок) изготовляют
из менее твердого материала; интенсивность изнашивания их более
высокая.
В дальнейшем при рассмотрении характеристик пар трения
узлов станков первым указан материал направляющих меньшей длины
в паре трения (столов, салазок, бабок), вторым - материал
сопряженных направляющих большей длины (станин, стоек, поперечин).
Узлы с направляющими скольжения из однородных металлов
(пара чугун-чугун). Подвижные узлы станков с парами трения чугун-
чугун и чугун-закаленный чугун имеют довольно широкое
распространение в металлорежущих станках различных типов. Такая пара,
отличаясь высокой технологичностью, малой стоимостью,
относительно высокой работоспособностью, надежно работает лишь при
условиях хорошей смазки и защиты от загрязнений поверхностей тре-
* Раздел написан совместно с А.Н. Нибергом.
4 - 2039

50
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
ния. При эксплуатации станков обеспечить такие условия работы
затруднительно, имеет место образование задиров на направляющих,
которые резко увеличивают скорость изнашивания. В результате пара
трения не обеспечивает длительной надежной работы направляющих
без ремонта и не отвечает современным требованиям при возросшей
интенсивности использования станков.
Пару трения чугун-чугун можно применять: для менее
ответственных направляющих, износ которых не оказывает прямого влияния
на точность работы станка; для направляющих с легкими условиями
работы — малыми величиной и неравномерностью давления, малой
интенсивностью использования в единицу времени, если имеется
надежная смазка и защита направляющих от загрязнений. В узлах с этой
парой необходимо использовать антискачковые противозадирные
смазочные материалы, а также упрочнение закалкой.
Пара трения чугун-закаленный чугун в значительной степени
лишена недостатков предыдущей пары. При работе с загрязненным
смазочным материалом в условиях высоких и неравномерных
давлений на поверхностях трения закалка повышает износостойкость
направляющих до 2-х раз, а задиростойкость - многократно.
Износостойкость увеличивается у обеих сопряженных направляющих, но
обычно в большей мере у более короткой направляющей -
незакаленной.
Область применения этой пары - узлы станков с интенсивным
режимом работы, к которым не предъявляются высокие требования
равномерности перемещения при малых подачах (специальные,
специализированные и универсальные станки различных типов).
Значительное коробление деталей с закаленными направляющими и
невозможность пригонки сопряженных поверхностей трения шабрением
ограничивает область их применения, главным образом;станками
нормальной точности.
Наибольшая износостойкость и лучшие характеристики трения,
возможные для данных пар, достигаются только при строго
определенных микроструктуре и твердости чугуна. Требования к
характеристикам чугуна для направляющих станины (стойки) зависят от
материала сопряженных направляющих стола (салазок). Однако при
отливке станин (стоек) технологически затруднительно обеспечить в
каждом частном случае требуемую структуру чугуна. Поэтому
рекомендуемые микроструктура и твердость чугуна направляющих
несколько усреднены, но близки к оптимальным для большинства пар
трения. Наиболее высокую износостойкость имеют направляющие из
чугуна с чисто перлитной структурой металлической основы и
равномерно распределенным пластинчатым графитом. Микротвердость
перлита должна быть возможно более высокой, не менее 3000 МПа.
Оптимальная длина графитовых включений чугуна 200-300 мкм (балл
Град 180 по ГОСТ 3443-77), макротвердость не менее НВ 170.
Снижение твердости чугуна с НВ 180 до НВ 150 приводит к увеличению
интенсивности изнашивания направляющих станины до 1,5 раза.

Материалы для направляющих скольжения металлорежущих станков
51
В узлах с парой трения чугун-чугун большое влияние на
износостойкость направляющих оказывают свободные включения в
микроструктуре чугуна направляющих салазок (столов). Зависимости
величины износа элементов пары от параметров чугуна нелинейны.
Отклонение размеров графитовых включений от оптимальных
B50 мкм) увеличивает интенсивность изнашивания сопряженных
направляющих стола более чем в 1,5 раза. Наличие твердых включений
карбидного типа в чугуне направляющих стола (салазок) в
количестве до 5 % снижает износ в 1,5-1,7 раза. Большее содержание
включений приводит к повышенному износу сопряженных направляющих
станины.
На равномерность скольжения этой пары оказывает влияние
соотношение размеров графитовых включений чугуна. Для
направляющих стола рекомендуется чугун с большим размером графитовых
включений и меньшей твердости, чем у чугуна сопряженных
направляющих станин. Пары трения из чугуна с одинаковым размером
графитовых включений E4 мкм) и равной твердости (НВ 180) при
низких скоростях скольжения имеют вдвое большую величину скачков и
диапазона нагрузок с неравномерным скольжением.
В соответствии с требованиями высокой износостойкости и
равномерности скольжения для направляющих стола (салазок) следует
применять чугун с чисто перлитной металлической основой,
равномерно распределенным пластинчатым графитом. Микротвердость
перлита должна быть высокой. Содержание твердых включений в
металлической основе допускается не более 5% (балл Ц4 по ГОСТ
3443-77). Размер графитовых включений чугуна направляющих
стола должен быть на 30-50 мм больше, чем у чугуна направляющих
станины. Твердость НВ направляющих стола (салазок) должна быть ниже
твердости направляющих станины на 10-15 единиц, но не менее
НВ 170.
В паре чугун-закаленный чугун глубина закаленного слоя
направляющих должна быть не менее 2,5 мм, твердость — НКС 48-53.
Требования к микроструктуре чугуна, предназначенного для закалки, по
характеристикам металлической основы те же, что и для нетермо-
обработанного чугуна, но длина графитовых включений должна быть
несколько меньше. Наибольшее повышение износостойкости (в 2 раза)
наблюдается у закаленного чугуна с длиной включений от 50 до
150 мкм. Закалка чугуна с включениями больше 220 мкм менее
эффективна и обеспечивает увеличение его износостойкости в 1,3-
1,5 раза.
Возможность получения накладных направляющих из чугуна
методом непрерывного литья позволила применить для них
изотермическую закалку до твердости НВ 260-300, которая повышает
износостойкость чугуна в 1,6-1,8 раза. Несмотря на несколько меньшие
износостойкость и твердость, коробление направляющих при этом
виде термообработки значительно меньше.
4*

52
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Узлы с направляющими скольжения из неоднородных металлов,
(пара цветной сплав-чугун). Пары трения цветной сплав-чугун
следует применять в узлах трения с высоким давлением и вероятностью
задиров поверхностей трения, главным образом - в тяжелых станках
массой более Ютив станках средних размеров при давлении на
направляющие более 3 МПа. В тяжелых станках недостаточная
жесткость корпусных деталей приводит к различного рода
деформациям — упругим, температурным, от остаточных напряжений
(литейным). Для таких станков характерна меньшая точность обработки
направляющих большой длины и площади, а также пониженное
качество чугуна крупных отливок. Все эти факторы вызывают
появление высоких местных давлений на поверхностях трения и, в
сочетании с загрязнением направляющих отходами обработки,
нарушением режимов смазки, создают опасность появления задиров и
высокую интенсивность изнашивания направляющих, особенно в узлах с
компоновкой типа стойка-поперечина, поперечина-салазки
суппорта, стойка-салазки продольно-фрезерных, токарно-карусельных, зу-
бофрезерных станков.
При очень высоком давлении (более 10 МПа) накладные
направляющие необходимо изготовлять из литой высокооловянной бронзы
(БрО10Ф1). При меньшем давлении для направляющих следует
применять цинковые сплавы (ЦАМ10-5) и безоловянные бронзы
(БрА9Мц2).
Во всех случаях предпочтение следует отдавать бронзам в виде
листового проката, что резко снижает расход цветного металла и
стоимость направляющих.
В безоловянных бронзах повышение твердости и наличие
свободных твердых включений в микроструктуре не приводит к увеличению
их износостойкости. Низкую износостойкость имеют алюминиевые
бронзы с высоким (более 10%) содержанием алюминия (типа
БрА10Ж4Н4), поэтому для направляющих станков они не
рекомендуются. Наиболее целесообразно применение для этих целей
однофазных алюминиевых или сурьмянистых бронз (БрСу7, БрСу7Н4)
относительно высокой износостойкости.
Износостойкость оловянных бронз выше, чем алюминиевых, и
существенно зависит от их микроструктуры и твердости. С
увеличением содержания олова износостойкость бронз возрастает.
Применять для накладных направляющих бронзу с низким содержанием
олова D%) нельзя из-за повышенной скорости изнашивания
сопряженных направляющих из чугуна.
Наличие свободных твердых включений интерметаллидов (напри-
мер,интерметаллидов никеля) в пределах 15-20% увеличивает
износостойкость цветного сплава более чем в 1,5 раза. Более высокое
содержание включений влияет на долговечность узла отрицательно.
Включения низкой твердости (свинца) в оловянных бронзах существенно
(до 1,7 раза) снижают износостойкость накладных направляющих
станков.

Материалы для направляющих скольжения металлорежущих станков
53
Равномерность перемещения узлов с парой трения бронза-чугун
выше, чем с парой чугун-чугун. Природа легирующих элементов
алюминиевых и оловянных бронз мало влияет на равномерность
перемещения, в то же время повышение содержания основного
легирующего элемента значительно улучшает эту характеристику.
Наибольшую износостойкость и плавность перемещения узлов
станка обеспечивают однофазные алюминиевые, сурьмяные или
оловянные бронзы повышенной твердости (более НВ 90) с высоким
содержанием основного легирующего элемента G-10%). В
микроструктуре оловянных бронз желательны включения интер металл и дов
высокой твердости. Для этих пар трения крупные графитовые
включения в чугуне сопряженных направляющих способствуют снижению
сил трения.
Узлы с направляющими из разных материалов (пары
пластмасса-чугун). Разнообразные требования к направляющим скольжения
современных станков наиболее полно удовлетворяются при
использовании антифрикционных полимерных материалов, в том числе
композиционных материалов на основе фторопласта-4, ацетальных и
полиамидных смол и холоднотвердеющих материалов на основе
эпоксидных смол. Пластмассы исключают появление задиров на
поверхностях трения, обеспечивают высокую износостойкость узла,
наиболее существенно снижая интенсивность изнашивания сопряженных
направляющих из чугуна. Характеристики трения и антискачковые
свойства ряда пластмасс повышают равномерность малых подач,
точность и чувствительность установочных перемещений узлов. Они
обладают повышенной демпфирующей способностью, технологичны,
хорошо обрабатываются.
Направляющие из пластмасс целесообразно использовать;в
первую очередь в узлах тяжелых и средних станков со сравнительно
равномерным давлением на поверхностях трения и достаточно
надежной защитой от загрязнений, в узлах типа стол — станина
продольно-фрезерных, расточных, продольно-шлифовальных и других
станков. В узлах с парой трения пластмасса-чугун износостойкость
сопряженных направляющих взаимосвязана с физико-механическими
свойствами пластмасс. При работе направляющих с загрязненным
смазочным материалом наибольшее влияние на изнашивание
поверхностей трения оказывает процесс "шаржирования" поверхности
пластмасс твердыми частицами.
В этих условиях изнашивания оценить износостойкость
пластмасс в первом приближении можно по их твердости при вдавливании
шарика (ГОСТ 4670-77). Скорость изнашивания чугуна в паре с
наполненным фторопластом Ф4К15М5 низкой твердости (Нп 6)
незначительна, а в паре с сополимером формальдегида СФД-ВМ-БС
твердостью Нп 22 приближается к скорости изнашивания направляющих
из пластмассы. Наименьший суммарный износ имеют пары с
пластмассой твердостью Нп 20-25, при этом скорости изнашивания эле-

54
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
ментов пары близки по значению. Применение для накладных
направляющих столов (салазок) полимеров большей твердости, например
текстолита ПТ, не рекомендуется, так как повышает интенсивность
изнашивания сопряженных направляющих станины и снижает
точность станка. Скорость изнашивания направляющих станины
горизонтально-расточных станков, сопряженных с
направляющими салазок из текстолита ПТ, в 2,5 раза выше, чем
направляющих, сопряженных с накладками из сополимера формальдегида
СФД-ВМ-БС.
Преимущества направляющих из современного
антифрикционного полимерного материала — сополимера формальдегида
СФД-ВМ-БС показаны в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Износостойкость направляющих станины
тяжелых горизонтально-расточных станков
Показатели
износостойкости
направляющих станин
Пара трения узла нижние сани-станина
Чугун-
чугун
БрАМц9-2-
чугун
ЦАМ 10-5-
чугун
Тексголит-
чугун
СФД-ВМ-
БС-чугун
Скорость
изнашивания направляющих
(чугун НВ 180),
мм/год 0,038 0,026 0,028 0,051 0,020
Относительная
износостойкость 1 1,47 1,35 0,74 1,92
Приведенные в таблице данные получены при эксплуатации
тяжелых горизонтально-расточных станков типа 2622 (узел нижние
сани-станина с различными парами трения).
В условиях хорошей защиты направляющих от загрязнений и при
шероховатости сопряженной поверхности чугуна меньше Ка = 0,63
мкм твердость Нп пластмасс не характеризует их износостойкость.
Наполненный фторопласт в этих условиях имеет высокую
износостойкость. Например, скорость изнашивания направляющих станин
из чугуна (НВ 180) координатно-расточного станка мод. 2Д450 в паре
с направляющими из наполненного фторопласта составляет всего
0,002 мм/год при двухсменной работе.
В узлах с накладными направляющими из пластмасс устойчивость
перемещения узлов станка при низких скоростях практически
определяется только свойствами пластмассы. Влияние качества чугуна
сопряженных направляющих не более 10-15%.
При выборе пластмасс критерием устойчивости перемещения
узлов в первом приближении может служить величина отношения
прочности среза пластмассы (ас) по ОСТ 17302-71 к твердости (Нп) по
ГОСТ 4670-77. Граничным значением критерия является величина
отношения а /Нп, равная 0,28. Узлы с направляющими из пластмас-

Материалы для направляющих скольжения металлорежущих станков
55
сы с отношением сс /Нп меньше граничного обеспечивают наиболее
устойчивое перемещение при всех режимах трения. Узлы с
направляющими из пластмассы, величина критерия которой более 0,28,
имеют скачкообразное перемещение при низких скоростях. Наименьшее
значение критерия, равное 0,16-0,20, имеют материалы на основе фто-
ропласта-4. Накладные направляющие из этих материалов
обеспечивают наиболее устойчивое перемещение узлов при самых малых
подачах, и по точности позиционирования удовлетворяют
требованиям станков класса А и С [3].
Более тонкий дифференцированный подбор материалов для
направляющих конкретных узлов станков требует использования
точных закономерностей влияния характеристик материалов на трение
и изнашивание направляющих с более полным учетом особенностей
их работы в станках.
12. Материалы, реализующие эффект безызносного
трения (избирательный перенос при трении) [8, 12]
Общее понятие об избирательном переносе. Избирательный
перенос (ИП) есть вид трения, который обусловлен самопроизвольным
образованием в зоне контакта неокисляющейся тонкой
металлической пленки с низким сопротивлением сдвигу и неспособной
накапливать при деформации дислокаций. На пленке, образуя с ней
химическую связь, может происходить полимеризация продуктов
механической деструкции углеводородов смазочного материала, создавая
дополнительный антифрикционный слой.
При ИП износ может быть снижен до нуля, а коэффициент
трения — до значений при жидкостном трении, что обусловлено
следующим комплексом процессов:
— снижением давления на фактической площади контакта в
результате растворения выступов шероховатости поверхности и
образования тонкой пластичной металлической пленки;
— компенсацией деформации и снижением сопротивления
сдвига поверхностного слоя в результате аннигиляции дислокаций в пленке
и усиленного избирательным растворением действия эффекта Ребин-
дера;
— возвращением частиц (износа или ионов металла) в зону
контакта и наращиванием пленки на контакте вследствие образования
электрокинетических потенциалов в дисперсной среде, что при
наличии двойного электрического слоя обуславливает электрофорезтичес-
кое движение частиц к фрикционному контакту, а также
направленную миграцию ионов и частиц;
— предотвращением окисления металла за счет образования
прочного адсорбционного слоя из поверхностно-активных веществ,
обеспечивающего большую пластичность металлической защитной пленки
и ее стойкость к охрупчиванию при деформации;

56
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
— образованием защитной полимерной пленки на трущихся
поверхностях, которая снижает контактное давление и создает
дополнительные плоскости скольжения с малым сопротивлением.
Явление ИП проявляется при трении стали по стали и по чугуну,
чугуна по чугуну, стали по металлокерамике, по металлополимеру,
по стеклу, по бронзе, по алюминиевым сплавам и др. Избирательный
перенос происходит при смазке деталей минеральными и
синтетическими маслами, пластическими смазочными материалами, морской и
пресной водой, смазочно-охлаждающими жидкостями, жидкостями
для гидравлических систем, нефтью и нефтепродуктами, смесью
масла с фреоном, кислыми и щелочными средами, применяемыми в
химической промышленности.
ИП применяется или апробирован в машинах: самолетах (узлы
трения шасси и планера), автомобилях (узлы передней подвески,
карданные шарниры), металлообрабатывающих станках (направляющие,
пара винт-гайка), паровых машинах (цилиндр-поршневое кольцо),
дизелях тепловозов (цилиндр-поршневое кольцо), металлопрессовом
оборудовании (подшипники скольжения), редукторах (червяк-
колесо), химическом оборудовании (подшипники скольжения и качения,
уплотнения), водяных насосах (узлы разгрузки, уплотнения),
механизмах морских судов (подшипники скольжения), магистральных
нефтепроводах (уплотнительные устройства), электробурах (уплотнения),
холодильниках (трущиеся детали компрессора), гидронасосах (узлы
трения), нефтепромысловом оборудовании (узлы трения насосов),
подъемных кранах (поворотные устройства).
ИП применяется в приборах (слаботочные электрические
контакты из благородных металлов) [18]. Использование избирательного
переноса при резании повышает стойкость режущего инструмента.
Узел трения в режиме ИП работает подобно узлу, смазываемому
жидким металлом. Металлическая пленка меди находится в особом,
полужидком, состоянии; ее называют сервовитной - от латинского
"спасать жизнь". Это - новое состояние вещества (металла),
порожденное потоком энергии и существующее в процессе трения.
Поверхности самих сопряженных деталей находятся под пленкой и в трении
не участвуют, воспринимая лишь равномерно распределенную, а
поэтому незначительную нагрузку.
Исходя из вышеизложенного, представим на рис. 1.13
сравнительный анализ контакта деталей при граничной смазке и при
реализации избирательного переноса (эффекта безызносности при трении).
Комментарии к рисункам даны в подрисуночных подписях.
Более подробно физические основы эффекта безызносности нами
изложены в работах [12, 23, 35] и др.
Если в процессе трения можно создать условия, при которых
происходило бы "питание" сервовитной пленки и ее поддержание на
постоянном уровне (толщиной 1-2 мкм), то может обеспечиваться бе-
зызносное трение. Это происходит, когда в смазочном материале на-

Материалы, реализующие эффект безызносного трения
57
*;_ 9
Рис. 1.13 А. Схемы контакта деталей при граничной смазке (а) и ИП (б):
1 - сталь; 2 - бронза; 3 - сервовитная пленка (медь, олово). При ИП площадь контакта в
100 и более раз больше, что снижает износ и возможность схватывания поверхностей деталей
Рис. 1.13Б. Схемы контакта деталей при наличии окисла при граничной смазке (а) и
Ш1(б):
1 - сталь; 2 - бронза; 3 - окисные пленки; 4 - сервовитная пленка.При граничной смазке
продуктами износа являются окислы. Они хрупки и не способны многократно
деформироваться, разрушаясь, они образуются вновь. При ИП трение происходит без окисления
поверхностей. Поверхности трения покрыты плотными слоями ПАВ
ходятся металлоплакирующие присадки. Однако и без них
интенсивность изнашивания поверхностей будет очень низкая вследствие
указанных выше процессов.
В зависимости от вида смазочного материала, материалов пары
и условий трения, механизм формирования сервовитной пленки на
поверхностях трения может быть различным.
1. В паре бронза-сталь при смазывании глицерином в первый
период работы происходит растворение поверхности трения бронзы.
Глицерин действует при трении как слабая кислота. Атомы
легирующих элементов бронзы (олова, цинка, железа, алюминия и др.)
уносятся смазочным материалом; в результате поверхность бронзы
обогащается атомами меди. Глицерин, как известно, является
восстановителем окиси и закиси меди, поэтому поверхность трения медной
пленки свободна от окисных пленок, она активна и способна к
схватыванию со стальной поверхностью. В результате стальная
поверхность покрывается тонким слоем меди. Поскольку слой меди,
образующийся на бронзовой поверхности, утоняется вследствие его
переноса на стальную поверхность, происходит дальнейшее растворение
бронзовой поверхности. Этот процесс продолжается до тех пор, пока
на обеих поверхностях, стальной и бронзовой, не образуется слой меди
толщиной 1-2 мкм.
После того, как медная пленка покроет поверхности трения,
молекулы глицерина уже не могут взаимодействовать с бронзой и
"вытягивать" из нее атомы легирующих элементов; процесс растворения
бронзы прекращается и наступает установившийся режим
избирательного переноса [25].

58
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 1ЛЗ В. Схема распространения деформаций в местах контакта при граничной
смазке (а) и при ИП F):
I - сталь; 2 - бронза; 3 - окисные пленки; 4- места деформирования. При граничном трении
окисные пленки защищают поверхности от действия ПАВ, в результате эффект Ребиндера
действует в меньшей степени. Деформация охватывает глубинные слои. При ИП
деформируются лишь тонкие слои сервовитной пленки и трение снижается
Рис. 1.13 Г. Схемы контакта деталей при наличии смазочного материала с полиме-
ризующими присадками при граничном трении (а) и при ИП (б):
1 - сталь; 2 - бронза; 3 - окисные пленки; 4 - сервовитная пленка; 5 - полимерная пленка.
При введении в смазочный материал полимерообразующей присадки на поверхностях трения
деталей с сервовитной пленкой образуется полимерная пленка, которая дополнительно
защищает поверхности трения от износа. На окисных пленках полимеризация затруднена в
силу их малой активности
2. Сервовитная пленка может образовываться в узле трения
сталь-сталь при работе с металлоплакирующими смазочными
материалами, содержащими мелкие частицы бронзы, меди, свинца,
серебра, закиси или окиси меди и др. При использовании смазки ЦИА-
ТИМ-201 с добавками указанных порошков поверхности стальных
сопряженных деталей покрываются тонкой пленкой, состоящей из
металла применяемых порошков. Образующиеся пленки пористы и
содержат смазочный материал. При трении сдвиг поверхностей трения
деталей происходит внутри образующихся пленок по диффузионно-
вакансионному механизму.
3. В промышленности разработаны порошковые твердоспечен-
ные материалы, которые могут работать в режиме ИП. В качестве
связующего используют при этом медь или медно-никелевые сплавы.
Такие сплавы могут работать в режиме ИП при смазывании нефтью,
нефтепродуктами и сточными водами.
4. Сервовитная пленка может образовываться при трении
политетрафторэтилена (ПТФЭ), наполненного закисью меди, при
смазывании глицерином, а также других пластмасс при их наполнении
бронзовым порошком. Имеются различные модификации полимеров и их
различных наполнителей, при работе которых на стальной
поверхности образуется сервовитная пленка.
5. Режим ИП при трении может реализовать медистый чугун при
смазывании как жидкими, так и пластичными смазочными материа-

Материалы, реализующие эффект безызносного трения
59
лами. Этот чугун разработан Ю.Ф. Макаровым и Е.В. Турчковым и
опробован в узлах трения текстильных машин: долговечность узлов
повысилась в 2-3 раза.
Металлические материалы, работающие в режиме ИП*.
Избирательный перенос может проявиться в шарнирно-болтовых
соединениях, имеющих пару трения бронза-стальная поверхность при
смазывании обычными пластичными смазочными материалами, а также
при возвратно-поступательном движении при смазывании
гидрожидкостью АМГ-10. Испытания различных бронз в среде глицерина
показали, что бронза БрАЖМц дает наибольший перенос меди на
стальную поверхность, но ее износостойкость, особенно при нагрузках 10-
12 МПа, низкая. При средних нагрузках ее износостойкость
повышается, но все же не достигает уровня износостойкости других бронз.
Как уже указывалось, серый медистый чугун может работать в
режиме избирательного переноса. Ю.Ф. Макаров и Е.В. Турчков
показали возможность использования этого материала в осевых и
радиальных подшипниках скольжения червячных, винтовых и
других передач с односторонним, реверсивным и пульсирующим
движением. Узлы трения могут при этом смазываться как жидкими, так и
пластичными смазочными материалами. Для работы в паре с
медистым чугуном используют легированные и углеродистые стали после
их термической или химико-термической обработки. Твердость
поверхности трения стальной детали должна быть выше твердости
чугуна не менее чем на НВ 100. Предельные значения давлений при
замене в узлах трения серого чугуна обычных марок на медистый
чугун и при реализации ИП повышаются в 1,5-2 раза и могут
достигать 15-20 МПа.
Интенсивность изнашивания / и коэффициент трения \х при
испытаниях на изнашивание чугунов в паре со сталью при
смазывании глицерином (скорость скольжения 0,55 м/с, давление 15 МПа)
имели следующие значения:
Содержание меди в чугуне, % 0 2 4 7 8
/, мкм/км 1,2 0,04 0,008 0 0
ц 0,086 0,081 0,059 0,033 0,028
Как видно, основное влияние на характеристики трения и
изнашивания медистого чугуна в режиме ИП оказывает содержание меди
в чугуне. Углерод и марганец в составе медистого чугуна на
характеристики трения и изнашивания оказывают положительное влияние,
а кремний препятствует реализации ИП. Лучшей структурой чугуна
является перлитная. Наличие в структуре феррита резко снижает
нагрузочную способность, а структурно свободный цементит и
ледебурит ухудшают прирабатываемость, затрудняют обработку деталей
резанием и вызывают усиленное изнашивание стального контртела.
* Список литературы по материалам, реализующим ИП дан на стр. 293,
294, 298, 299.

60
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Содержание меди в чугуне не выше предела растворимости в
жидком растворе D-7%) способствует первичной графитизации и
тормозит вторичную. При содержании меди 4% в структуре чугуна
обнаруживаются округлыечвключения высокомедистой фазы, при
содержании меди более 7% в структуре появляются свободный
цементит и ледебурит и может проявляться ликвация высокомедистой
фазы. Учитывая изложенное, для лучшей реализации ИП в узлах
трения чугун - сталь рекомендуется следующий состав серого чугуна,
%: С = 3,2-3,6; 81 =1,0-1,8; Мп-до0,8; Си = 4-7 [12].
Основным условием реализации эффекта ИП в парах трения
медистый чугун - сталь является применение смазочных материалов,
препятствующих окислению поверхностей трения, таких как смазки
ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-203 и др. При использовании смазочных
материалов общего назначения эффект ИП реализуется путем ввода
в их состав поверхностно-активных веществ. В индустриальные
масла общего назначения можно добавлять 0,75-1% стеаратов металлов,
а в пластичные смазочные материалы общего назначения (солидолы)
- антиокислительную присадку - дифениламин в количестве 0,035-
0,7%.
Серые медистые чугуны выплавляют как в вагранках, так и в
электрических индукционных тигельных пчах. Технология их выплавки
такая же, как и обычных серых чугунов. Для обеспечения заданного
содержания меди в чугуне в качестве легирующей добавки можно
использовать медь МЗ или М4. При расчете шихты необходимо
учитывать, что угара меди при плавке почти не происходит.
Механические свойства медистого чугуна при перлитной металлической основе
соответствуют свойствам серого чугуна СЧ 21.
В химическом машиностроении сплавы на основе меди
применяют ограниченно из-за низкой коррозионной стойкости к агрессивным
средам, которые служат одновременно смазочным материалом.
Б.Д. Воронков, В.Г. Шадрин и И.В. Петрова для достижения
эффекта избирательного переноса использовали коррозионно-стойкие
стали и сплавы, содержащие медь в малом количестве, например, сталь
Х32Н8М2Д2. Из этой стали изготовляли обоймы колец торцевых
уплотнений, что позволило реализовать ИП в паре трения сталь ВК6
по ВК6. Поверхность трения колец из стали ВК6, установленных в
обоймах из той же стали, покрывается тонким слоем меди, который
защищает пару трения от изнашивания при работе в водородных
средах, содержащих ионы водорода (кислых электролитах). В данном
случае применен модифицированный способ возбуждения ИП (из
медьсодержащей стали изготовлена не деталь трения, а деталь, с ней
контактирующая). Такой способ, как утверждают авторы работы,
более универсален, так как позволяет реализовать эффект ИП в
парах трения из различных антифрикционных материалов. Вместо
стали Х32Н8М2Д2 можно применять сталь 12Х18Н10Т, которая
содержит до 0,24% меди. Эффект ИП при этом снижается. Литература по
ИП дана на стр. 289—290.

Материалы, реализующие эффект безызносного трения
61
Порошковые твердоспеченные уплотнительные материалы.
М.В. Голубом с сотрудниками создан материал ТМ-1. Его получают
путем спекания твердосплавных порошков карбидов вольфрама и
карбида кобальта с медно-никелевыми сплавами в водородной среде.
Кобальт и никель обеспечивают прочное сцепление зерен карбидов
вольфрама вследствие хорошей растворимости вольфрама в этих
сплавах. Медь, рассеянная в микропорах сплава, в условиях трения
создает предпосылки для возникновения ИП при смазке уплотнений
сточными водами и нефтепродуктами.
Технологический процесс изготовления торцевых пар трения
осуществляется следующим образом. На рабочем торце стальной
заготовки выполняют канавку прямоугольного сечения (рис. 1.14а),
стенки которой меднят и покрывают тонким слоем релита (карбидов
вольфрама и кобальта) и с помощью пуансона (рис. 1.146) прессуют при
давлении 300-400 МПа. Сверху прессованный релит 2 покрывают
порошком медно-никелевого сплава и снова прессуют при том же
давлении. Полученные таким образом заготовки 1 (рис. 1.14в)
помещают в вакуумную печь, где при температуре 1150-1200°С
происходит пропитка спрессованного слоя релита расплавленным медно-ни-
келевым сплавом. Остаточное давление в вакуумной печи
поддерживают в пределах 1,33-0,13 Па. Расплавленная медь проникает в поры
между твердыми зернами релита, и на рабочем торце заготовки
образуется прочно сцементированный и связанный со стальной
основой 5 твердосплавный слой 4, состоящий из твердых зерен релита и
медно-никелевой связки (рис. 1.14г).
Затем производят механическую обработку, включая
шлифование рабочего торца алмазным кругом с последующей притиркой на
чугунной плите алмазным порошком или алмазной пастой. Толщина
рабочего слоя из композиционного материала 1-5 мм, иногда более.
Для получения рабочего слоя толщиной 1,5 мм, применяемого в
парах трения, необходимо засыпать слой релита толщиной 2,8-3 мм. В
этом случае канавку в заготовке выполняют глубиной 5 мм.
8) г)
Рис. 1.14. Стадии получения торцевой поверхности трения

62
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Исследования сплава ТМ-1 показали, что содержание в смеси
зерен карбидов вольфрама более 80% нежелательно, так как
ухудшается прессуемость смеси и возрастает хрупкость композиционного
материала.
Стендовые испытания пары трения сплав ТМ-1 по сплаву ТМ-1
и сплав ТМ-1 по бронзе Бр(Э5Ц5С5 в среде нефти показали, что их
нагрузочная способность в 1,5-2 раза выше, чем у пары трения сталь
с цементированной контактной поверхностью по бронзе БрОЗЦ5С5.
Сплав ТМ-1 по сплаву ТМ-1 может работать в среде, загрязненной
абразивом. Высокая твердость и антифрикционность пары
обеспечивает работу уплотнения без остановки насоса более 9000 ч, что в 4-
5 раз превышает долговечность уплотнений при использовании угле-
графитов.
Большой интерес представляет пара трения ТМ-1 по бронзе
БрОЗЦ5С5 при работе на дизельном топливе. Пара работает в
режиме ИП. Медь образуется как на бронзовом, так и на твердосплавном
кольце, обуславливая низкий коэффициент трения @,05-0,07) и
высокую нагрузочную способность пары.
Сплав ТМ-1 используется в химическом машиностроении для
изготовления элементов торцевых уплотнительных устройств для
герметичных приводов типа ВАГЖ.
В ЛенНИИхиммаше проведены промышленные испытания
колец из материала ТМ-1 в торцевых уплотнениях импортных насосов,
перекачивающих технологический конденсат. Последний
представляет собой электролит с рН = 6,8...8, что соответствует слабокислому
(рН = 6,8) и слабощелочному (рН = 8) растворам. При смазывании
пар трения сплав ТМ-1 - медь технологическим конденсатом
реализуется ИП [27]. При частоте вращения вала 3000 об/мин и
температуре среды 145°С заметного износа колец за 5000 ч работы не
наблюдалось.
В Специальном проектно-конструкторском и технологическом
бюро по электробурению Е.Н. Грискиным был разработан
износостойкий антифрикционный материал на основе спекания твердых
порошков карбида вольфрама и меди, аналогичный сплаву ТМ-1. Этот
материал обладает рядом преимуществ по сравнению со спеченными
вольфрамовыми твердыми сплавами ВКЗ, ВК8, ВК15 и др. Он менее
хрупок и не имеет склонности к терморастрескиванию, что
объясняется наличием в нем медной прослойки.
Стендовые испытания торцевых уплотнений погружного
электродвигателя типа ПЭД, применяемого при добыче нефти из скважин,
проводили при скорости скольжения 7,5 м/с, частоте вращения
3000 об/мин и давлении 0,2 МПа. Во внутренней камере уплотнения
находилось масло МС-20, снаружи - соленая вода. Перепад давления
0,2 МПа. После 2000 ч работы износ пары трения составлял 0,027 мм.
Аналогичные результаты были получены при стендовых испытаниях
торцевых уплотнений насосов ГНОМ 100-25, применяемых при от-

Материалы, реализующие эффект безызносного трения
63
качке воды. Уплотнения испытывали на границе жидких сред масло
МС-20 - глинистая вода без перепада давлений при скорости
скольжения 7,1 м/с и давлении 0,3 МПа. Средний суммарный износ пары
трения за 500 м пути составил 0,01 мм, а коэффициент трения - 0,082-
0,095. При работе торцевых уплотнений на границе масло-вода
попадание на поверхность трения воды вызывает в паре трения
процесс ИП.
Неметаллические материалы, работающие в режиме ИП.
Исследования таких материалов впервые были выполнены в Институте
металлополимерных систем АН Белоруссии. Как оказалось,
поликапроамид и фторопласт-4, наполненные закисью меди, при скольжении
по стали в среде глицерина реализовали избирательный перенос [28].
Частицы закиси меди вводили в качестве зародышеобразователей
поликапроамида, что обеспечивало образование более мелкой и
однородной структуры по всему сечению образца. У фторопласта
этого не наблюдалось.
Испытания показали, что при смазке глицерином значительно
снижаются износ и коэффициент трения; закись меди в процессе
трения восстанавливается до чистой меди; наполнение фторопласта-4
закисью меди снижает износ без смазки в 3 раза, а при смазке
глицерином - почти в 100 раз,по сравнению с композицией фторопласт-4 +
40% А1 Оу При трении без смазки износ композиции поликапроамид
+40% Си20 при одинаковых условиях испытаний в 6 раз меньше
износа образцов из чистого поликапроамида, а при смазке глицерином
— в 120 раз. Результаты испытаний полимерных материалов
показаны в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Интенсивность изнашивания фторопластов и поликапроамида
Состав композиции
р= 125МПа|
V = 0,32 м/с
р = 5 МПа
Смазочные материалы
Трение без
смазки
Глицерин
Масло
МС-20
Веретенное
масло
Фторопласт-4
9-10-
1,1 -Ю-8 0,9-Ю-8 2Л -108
Фторопласт-4 + 40% А1203 1,3 • 10"8 4,79 • 10"9 4,32 • 10"9 9,3 • 10"9
Фторопласт-4 + 40% Си20 3,8 • 10"9 5,2 • 101 2,44 • 10"9 5,4 • 109
Поликапроамид 1,25 • 10"9 1,23 ■ 100 0,84 • 100 2,3 • 101()
Поликапроамид+40% Си20 2,1 • Ю0 0,1-Ю1 1,98-Ю'10 2,55Ч0'1(
В ЛенНИИхиммаш Б.Д. Воронковым разработана композиция
Ф40Б70 на основе фторопласта-40 с добавлением 70% бронзовой
дроби. Такая добавка улучшает механические свойства композиции. Ее

64
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
использовали для изготовления сепараторов шарикоподшипников
электроприводов аппаратов с механическим перемешивающим
устройством. Испытания на различных смазочных средах (кислые
электролиты) выявили высокую износостойкость таких подшипников.
Дорожки трения при работе подшипников с сепараторами из
композиции Ф40Б70 покрывались тонким медным слоем, что
способствовало компенсации износа, стабильности зазоров, снижению шума и
уменьшению вибраций в электродвигателе.
Оригинальный материал, работающий в режиме ИП,
разработан в ВНИИТнасосмаше Л.А. Кольцовым. В основу создания
материала легла идея реализовать в процессе трения полиуретанов в паре
со сталью формирование из образующихся радикалов более
устойчивой структуры в поверхностном слое полимера. По мнению
автора разработки^для реализации ИП при трении полимер должен иметь
низкий коэффициент трения при заданных условиях работы (р, V, Т)
быть эластичным (обеспечивать восстановление пластической
деформации поверхностного слоя), иметь минимальное время релаксации
в диапазоне эксплуатационных температур, содержать
антифрикционные твердые наполнители.
Исходя из этих требований, для манжетных уплотнений были
разработаны композиционные полиуретаны, включающие: уретано-
вый сополимер, температура деструкции которого на 40-50°С выше
температуры деструкции известных полиуретанов; антифрикционный
наполнитель, содержащий порошкообразные графит и медь,
дисульфид молибдена, нитрид бора; сшивающий реагент. В качестве
последнего для полиуретанов применяют диамины, которые образуют
трехмерную сетку.
В зависимости от условий эксплуатации пар трения с
полиуретаном в композиционные полиуретановые системы вводились
специальные легирующие добавки и присадки. Для уплотнений,
работающих в контакте с водой, присадки должны придавать полимеру
гидрофобные свойства, чтобы исключить поглощение им воды. Такими
присадками для полиуретанов являются низкомолекулярные полиор-
ганосилоксановые жидкости типа ПМС, ОКД, ПМФС, которые,
кроме гидрофобизации, повышают термостойкость полиуретанов,
снижают коэффициент трения (следовательно, и температуру на
контакте), улучшают антикоррозионные свойства. Структура материала в
этом случае благоприятствует образованию и сохранению сервовит-
ной медной пленки на контактной поверхности пары трения.
Промышленные испытания уплотнений из композиционных
полиуретанов, работающих в режиме ИП, показали, что их
эффективность значительно выше эффективности традиционных уплотнений.
Так, уплотнения вала грунтового насоса Гр 400/40 из
композиционного полиуретана, работающего в режиме ИП, имели срок службы
3200 ч, а графитизированные хлопчатобумажные уплотнения ХБН,
работающие в таких же условиях, не более 400 ч. Насосы работали на

Материалы, реализующие эффект безызносного трения
65
перекачке песков второй стадии дешламации, плотность пульпы 1245-
1450 кг/м3 с широким диапазоном гранулометрического состава. На
протяжении всего периода работы уплотнения не нагревались.
При перекачке соляной пульпы полиуретановые уплотнения
насосных установок работают до 300 ч, а уплотнения ХБН на
некоторых объектах приходится заменять ежедневно.
В буровых насосах БРН-1, У8-6М срок службы полиуретановых
уплотнений штоков в 5 раз больше, чем уплотнений из лучших
сортов резины. В результате реализации ИП износ штоков стал
незначительным; это дает большую экономию специальных марганцовистых
и никелевых сталей.
Для увеличения отдачи нефтяного пласта в объединении Татнефть
в пласт закачивают различные кислотные растворы. Однако это
резко снижает срок службы резиновых деталей насосных агрегатов.
Резиновые детали работают 7-13 ч, процесс же закачки длится
непрерывно 20-25 ч. Испытания уплотнений из композиционных
полиуретанов, работающих в режиме ИП, на агрегате ЧАН-700,
перекачивающем серную кислоту концентрацией до 70% под давлением до 6 МПа
при температуре 20-25°С, показали, что стойкость уплотнений в 3-
5 раз выше, чем уплотнений из лучших сортов резины, в том числе
резины на основе фторкаучука. Следует иметь в виду, однако, что
композиционный полиуретан содержит до 20% порошкообразного
ПТФЭ, введенного на стадии образования фторполимера.
Результаты проведенных во ВНИИТнасосмаше испытаний
открывают большие возможности использования полиуретанов в
совокупности с кислотостойкими полимерами для изготовления
эластичных деталей узлов трения, находящихся в непосредственном
контакте с минеральными кислотами.
Другим не менее важным направлением использования
композиционного полиуретана является применение его для футеровки
корпусных деталей насосов. Футеровку изготовляли в металлических
формах, уретановый фторполимер в жидкофазном состоянии
заливали в формы и отверждали при температуре 120°С в течение 2 ч.
Вкладные футеровки корпуса насоса ЗПВР-6 используются для
перекачки гидросмеси плотностью до 1300 кг/м3, рН = 6...8 с
температурой до 60°С.
Накоплен значительный опыт использования полиуретановых
футеровок корпусов насосов, перекачивающих высокоабразивную
пульпу, состоящую из извести, чугунной дроби диаметром 1-2 мм и
кварцевого песка плотностью 2,2 т/м3. Полиуретановые футеровки
служат в 2-3 раза дольше резиновых. Используют полиуретан и для
перекачки щелочной гидроабразивной пульпы. Как известно,
полиуретаны значительно менее стойки к щелочам, чем обычная резина.
Очевидно, высокий срок службы полиуретановых футеровок связан
с особой плотностью структуры полиуретана и наличием процесса,
аналогичного ИП. Однако механизм взаимодействия перекачиваемой
5 - 2039

66
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
насосом среды и полиуретана в данном случае чрезвычайно сложен и
не может быть объяснен только механической теорией изнашивания.
Срок службы быстроизнашивающихся деталей насосов (рабочих
колес, корпусов, уплотнений) можно также повысить путем
нанесения на них композиционных жидких покрытий, полученных на
основе полиуретанов и специальных систем антифрикционных
наполнителей, обеспечивающих ИП при трении. Во ВНИИТнасосмаше
разработан ряд таких покрытий; они могут быть нанесены на рабочие
органы насосов обычными способами (напылением, погружением,
литьевым способом) с последующей сушкой при нормальной
температуре. Покрытия имеют хорошую сцепляемость с чугуном, сталью,
резиной, кордом, что обеспечивает широкую область применения.
Приведем некоторые примеры использования покрытий в
насосах. В Средней Азии эксплуатировались центробежные насосы ЭЦВ
10-160-35, ЭЦВ 12-256-30 и ЭЦВ 12-375-30; рабочие колеса одних
насосов имели композиционное покрытие из полиуретана, а других
насосов - пенопластовое покрытие. Последнее в процессе работы
насоса растрескивалось и отслаивалось. Полиуретановое покрытие
срабатывалось равномерно до полного износа; при многократном его
нанесении можно повысить срок службы рабочих колес до полного
износа насоса.
Рабочие колеса насосов ЗК-6 и ВК-2 для перекачки воды с
температурой до 100°С, содержащей до 5% (по объему) песка, покрыты
композиционным полиуретаном. Срок службы лопасти колеса при
повторных нанесениях покрытия повышается до срока службы
ступицы.
Существенное (в 3-5 раз) повышение срока службы рабочих
колес насоса ЗК-6 при покрытии их композиционным полиуретаном
получено на подаче воды, питающей котельные и тепловые сети.
Поскольку обычно котельные и тепловые сети не имеют мастерских,
способных ремонтировать или изготовлять рабочие колеса, срок
службы последних определяет срок службы насоса.
Большой практический интерес представляют виды резины на
основе совмещенных полиуретанового и дивенилнетрильных каучуков,
работающие в режиме ИП. Такие виды резины обладают
комплексом положительных свойств: повышенными, по сравнению с
обычной резиной, износостойкостью и прочностью, масло- и нефтестой-
костью, устойчивостью к низким и повышенным температурам.
Технология переработки новых видов резины в изделия не
отличается от традиционной, что позволяет использовать существующее
оборудование. Другим технологическим преимуществом таких видов
резины является увеличение срока их хранения, что снижает брак и
повышает качество изделий.
Уплотнения из указанных видов резины, работающие в режиме
ИП, прошли промышленные испытания в компрессоре РСК-50/6.
Условия испытаний: температура 150-160°С, перекачиваемая среда - ди-

Материалы, реализующие эффект безызносног о трения
67
винил и другие углеводороды, частота вращения 490 мин1. Срок
службы уплотнения в 15-20 раз выше, чем уплотнений из обычной резины.
Уплотнения стального вала гидромуфт из новых видов резины
показали исключительно высокую работоспособность при
следующих условиях: температура 100-120°С, перекачиваемая среда - масло
турбинное 30, частота вращения 1500 мин1. Такие виды резины
могут найти широкое использование в народном хозяйстве.
В последние годы выявлен оригинальный механизм образования
сервовитной пленки в паре трения сталь - волокна ПТФЭ,
наполненного тонкой медной проволокой [11]. В зарубежной практике
широко применяют подшипники скольжения из ПТФЭ, наполненного
бронзой. При работе таких подшипников в паре со стальным валом в
ряде случаев образуется сервовитная пленка меди. Однако механизм
работы таких подшипников выяснен еще недостаточно. Высокие
антифрикционные свойства подшипников объясняли большой
смазочной способностью ПТФЭ, обусловленной низким межмолекулярным
взаимодействием в полимере и, как следствие, облегченным
проскальзыванием образующихся при трении тонких (менее 1 нм) пластино-
образных кристаллических полос. Роль порошка бронзы сводилась к
фактору, повышающему теплопроводность покрытия.
Подчеркивали также особые свойства ПТФЭ, в частности его высокую инертность.
Для понимания механизма трения ПТФЭ следует учитывать
возможность химического взаимодействия продуктов его трибохимичес-
ких превращений с металлами и их роль в процессе трения.
Оказалось, при тяжелых режимах трения и высоких температурах ПТФЭ,
несмотря на свою "классическую" инертность, бурно реагирует с
некоторыми металлами.
Применяя ряд физических методов анализа, А.С. Кужаров и
В.О. Гречко [11] пришли к выводу, что ИП реализуется при трении
ПТФЭ, наполненного медной проволокой, в паре со стальным
валом. Поверхность стали и ПТФЭ обогащается медью, на
которой формируется, кроме того, металлополимерный слой в виде
координационного соединения. Структура фрикционного контакта,
обеспечивающая режим ИП при трении медно-фторопластового
композита, представлена на рис. 1.15.
Приведенная структура граничного * у ,
слоя состоит из слоя сервовитной плен- ~^">Г~\~'\ГЛГЗ(
ки меди, связанного с поверхностью кри- г???5т??^
сталлической решетки стали, и металл о- ^^^М^^^Ш^
полимерного слоя A-16 нм), ориентиро- к^^^^^^^^^^
ванного в направлении трения,
закрепление которого на поверхности серво- Рис 1.15. Структура граничного
битной пленки осуществляется в резуль- слоя, образующегося при трении
тате комплексообразования. медно-фторопластового
компота гг с зита по стали:
Таким образом, высокие триботех- 1 _ слой комплексов;,_сервовит-
НИЧеСКИе СВОЙСТВа МеДНО-фторОПЛаСТО- ная пленка меди; 3 - сталь
5*

68
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
вых композитов связаны с реализацией ИП при трении без
смазочного материала вследствие образования координационных соединений
с двухвалентной медью. Наличие смазочного материала в таких
композициях улучшает триботехнические характеристики во всем
диапазоне нагружения, особенно при легировании смазочных
материалов комплексообразующими присадками.
В заключение представим главный постулат и общую схему
работы узла трения при граничной смазке — рис. 1.16, а также термины
и понятия, относящиеся к этому виду трения. А далее приведем все то
же самое для эффекта безызносности (избирательного переноса при
трении) — рис. 1.17. Можно отметить, что различие между двумя
видами трения имеет принципиальное значение. Более подробно это
описано в работе [7]. Информация по применению избирательного
переноса в машинах и оборудовании приведена в таблице 1.4.
ГРАНИЧНОЕ ТРЕНИЕ
ГЛАВНЫЙ ПОСТУЛАТ
Основные материалы I и II
непосредственно контактируют
и образуют
"Насильственный контакт"
Л|/|Л5Й{Л
Лй^ОХС^^A)
л!1мт^
^мшШ
>^^^^^^^^ч\
/К^Vx$$XЮЬ$^о$оол
$^>ло$^$ллллл>л
|р
ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ
1. Взаимодействие
2. Приработка
3. Приспосабливаемое^
4. Совместимость
5. Шероховатость
6. Схватывание
7. Износ
8. Взаимное внедрение |
9. Агрессивность одного материала
по отношению к другому
10. Фактическая площадь контакта
11. Диспергирование
Рис. 1.16. Схема контакта деталей при граничной смазке
ИП (ЭФФЕКТ БЕЗЫЗНОСНОСТИ)
ГЛАВНЫЙ ПОСТУЛАТ
Основные материалы 1иП
не имеют непосрественного
контакта, их разделяют пленки
III, которые образуются в процессе
трения; IV - полимерная пленка.
<?1^|Щ||^
Ш$Ш^{
1^^Шш^^\
\ 1 @ \
1 »р
ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ
1. Сервовитная пленка
2. Континуальное трение
3. ФАБО (финишная антифрикционная
безабразивная обработка)
4. Избирательное растворение
5. Дислокационно-вакансионный механизм
сдвига
6. Образование и распад координационных
соединений
7. Комплексообразование
8. Трибокоординация
9. Самоорганизация
10. Безызносность
11. Серфинг - пленка
Рис. 1.17. Схема контакта деталей при избирательном переносе

Таблица 1.4
ИНФОРМАЦИЯ
по использованию избирательного переноса (эффекта безызносности) в машинах и оборудовании
(Литература по применению ИП дана на стр. 292—301)
№
Машины, оборудование
Узлы трения
Что применено
Где используется
(один из примеров)
Руководители
работ
1 Самолеты
Тяжелое оборудование завода
"Уралмаш",
Новокраматорского машиностроительного
завода, экскаваторы,
редукторы, станки для бурения,
металлургическое оборудование
Оборудование и машины мор
ского флота
Тяжелые автокраны
Тяжелонагруженные
узлы, шасси
управления
Основные узлы трения,
подшипники, зубчатые
передачи
Металлоплакирующие
смазки Атланта и др.
Дизели морских судов,
палубное оборудование
Поворотное
устройство, ролики и
направляющие
5 Кузнечно-прессовое оборудо- Основные узлы трения — - —
вание
6 Строительные и дорожные ма- Основные узлы трения, Металлоплакирующие
шины, экскаваторы,
бульдозеры
Шахтные комбайны типа
1К-1У,К-103идр.
ковши и др.
Зубчатое зацепление
редукторов
смазочные материалы
типа СМ-01 и присадка
МКФ-18У
Металлоплакирующие
смазки типа Диставик
Конструкторское бюро
им. Сухого
Предприятия нефтяной,
горнорудной
промышленности
Судоверфи
Мурманского Рыбфлота
Ульяновский
машиностроительный завод
ЗИЛ
Белорусский филиал
впти
Горловский завод
редукторов
Дякин СИ.
Шепер М.Н.
Тепляшин А.В.
Бондюгин В.М.
Васильченко Н.
Козлов Л.А.
Макаров Е.И.
Зам. Главного
механика ЗИЛа
Шупиков А.Е.
Рахутин В.С.
Кобылянский СИ.
Тищенко Л.С

Продолжение табл. 1.4
№
Машины, оборудование
Узлы трения
Что применено
Где используется (один
из примеров)
Руководители
работ
8 Насосы и др. оборудование
магистральных
нефтепроводов
9 Электробуры
10 Электродвигатели для
погружных насосов
11 Мощные турбогенераторы
12 Герметичные аппараты при
производстве сорбита
13 Машины специального
назначения
14 Пневмопрядильные машины
типаЛПМ-120МС
15 Прядильные машины типа
БД-200М69
16 Швейное оборудование
Уплотнения, узлы
разгрузки
Спеченный материал из Гомельский ЦБПО
карбидов вольфрама, "Главтранснефть"
никеля, меди
17 Обувное оборудование
18 Трикотажное оборудование
19 Оборудование для обработки
жаропрочных материалов
Основные узлы трения
Подшипники качения
Подшипники качения
и скольжения
Механизм челнока,
игловодитель и др.
Узлы трения
кривошипа, кулисы и др.
Направляющие
кареток, вязальный
механизм
Режущий инструмент
Новые
антифрикционные материалы
Металлоплакирующая
смазка СПМ-5
Воронежский
политехнический институт
Текстильный комбинат,
г. Баку
Ивановский
хлопчатобумажный комбинат
Предприятия Минбыта
РСФСР
Металлоплакирующая
присадка типа МКФ-18
Металлоплакирующая
присадка типа МКФ-18,
ФАБО
Металлоплакирующая СКТБ, г. Пенза
присадка
Голуб М.В.
Грискин Е.Н.
Грискин Е.Н.
Грискин Е.Н.
Грискин Е.Н.
Гнусов Ю.В.
Денисова Н.Е.
Денисова Н.Е.
Турчков Е.В.
Прокопенко А.К
Денисова Н.Е.
Прокопенко А.К
Прокопенко А.К
Чекулаев О.В.

20 Автомобили ЗИЛ, ГАЗ,
КамАЗ, МАЗ и др.
21 Автобусы ЛАЗ
22 Двигатели автомобилей
КамАЗ, ЗИЛ, МАЗ и др.
23 Двигатели тракторов Д-50,
СМД-60 и др.
24 Троллейбусы "Шкода-9"
25 Дизели тепловозов Д100
Подшипники качения, Металлоплакирующие Пензенское и Одесское
скольжения, цилиндры смазки типа ПСМ,ФМС, управления автотранс-
двигателей присадка МКФ-18У порта.
Подшипники качения и Металлоплакирующие
скольжения, цилиндр- смазки, ФАБО
поршень
Узлы сцепляющего
устройства
Цилиндропоршневое
кольцо. Новая
конструкция поршневого
кольца с бронзовой
вставкой
Металлоплакирующие
смазки типа ФМС
Металлоплакирующая
присадка
26 Скоростемеры локомотивов Шестеренчатая,
зубчато-реечная передачи
27 Манометры локомотивов — « —
28 Тяговые электродвигатели Подшипники качения
29 Подбивочные и рихтовочные Подшипники качения
машины и скольжения
Металлоплакирующие
смазки типа ПМС
Арский РЗ
Тат.АССР и др.
Трамвайно-троллейбу-
сное управление, г. Рига
Оренбургский теплово-
зоремонтный завод,
локомотивное депо
Барановичи
Белорусская железная
дорога
Быстров В.Н.
Софии В.Ф.
Быстров В.Н.
Софии В.Ф.
Быстров В.Н.
Андреева А.Г.
Софии В.Ф.
Намаконов Б.В.
Эжиев Г.И.
Кириллов Ю.И.
Гребенюк М.И.
Кремешный В.М.
Либерман Л.М.
Асташкевич Б.М.
30 Бытовые холодильники
Узлы трения, компрес- Металлоплакирующая Саратовское электро-
соры присадка МКФ-18Х агрегатное ПО
Бортник Г.И.
Бортник Г.И.
Дубина А.М.
Бутом Е.М.
Дубина А.М.
Бутом Е.М.
Куранов ВТ.

Продолжение табл. 1.4
-4
к»
№
Машины, оборудование
Узлы трения
Что применено
Где используется (один
из примеров)
Руководители
работ
31 Горно-шахтное оборудование
32 Насосы грунтовые, песковые,
шламовые
33 Карьерные экскаваторы, куз-
нечно-ирессовое оборудование
34 Энергоустановки,
работающие на водороде
35 Лесопильные рамы типа РД-2
36 Оборудование по спеканию
синтетических алмазов
37 Химические аппараты
ПМ-50-0,4/0,6
38 Блюминг 1150
Подшипники качения
и скольжения
шарошечных машин
Манжетные
уплотнения, уплотнения
штоков
Подшипники
скольжения
Основные узлы трения
Пресс-формы
Нижняя концевая
опора
Металлоплакирующая
смазка
Композиционный
полиуретан, наполненный
медью
Биметаллические
подшипники
Новые
антифрикционные материалы
Металлоплакирующие
смазки
ФАБО
Наплавка сплавом
релит-медь
Трест "Союзспецшахто- Мельниченко И.М.
оборудование''
39 Технологическое
оборудование
40 Приборные комплексы
41 Компрессоры разных типов
Нажимное устройство ФАБО,
металлоплакирующие смазки
Тяжелонагруженные — » —
узлы трения
Слаботочные
электрические контакты
Цилиндры и
поршневые кольца
Новые
антифрикционные материалы
ФАБО
ПО "Якуталмаз"
Новосибирское НПО
"Координатор"
Ленинградский
механический институт
Пермский
машиностроительный завод,
Гомельский гос.
унивеситет
Предприятие ОБ-21/1,
г. Брянск
Руставский ПО "Азот"
Нижнетагильский
металлургический завод
П/яА-1457В-8772
Предприятия
г. Саратова
Краснодарский
компрессорный завод
Кольцов Л.А.
Иватюнснко А.А.
Соколов Ю.Д.
Беспрозван-
ных Л.В.
Пинчук В.Г.
Воронков Б.Д.
Шадрин В.Г.
Быстров В.Н.
Пинчук В.Г.
Куранов В.Г.
Суруханов Б.Б.

Материалы для узлов трения машин микрокриогенной техники
73
13. Материалы для узлов трения
машин микрокриогенной техники [6, 19]
Конструкция отдельных узлов и машин криогенной и
микрокриогенной техники (МКТ) в значительной мере определяется особыми
условиями эксплуатации, к которым, в частности, относятся
широкий диапазон изменения параметров окружающей среды
(температуры, давления, влажности), высокий уровень и широкий спектр
механических нагрузок (вибраций, ударов, ускорений), воздействие
высокоэнергетических потоков. Высокие требования к надежности и
ресурсу изделий должны быть обеспечены конструкцией узлов машин
и;в первую очередь, узлов трения.
Все узлы трения машин МКТ можно разделить на две большие
группы по условиям окружающей рабочей среды и смазки. Узлы
одной группы работают при нормальных и повышенных температурах
в среде смазывающей жидкости или смазываются пластичными
смазочными материалами. Это - узлы трения смазываемых
компрессоров и подшипники механизмов движения некоторых газовых
криогенных машин (ГКМ). Конструкция и материалы этой группы узлов
трения идентичны широко применяемым в машинах и приборах
различных отраслей машиностроения.
Другая группа узлов трения включает несмазываемые пары
трения, работающие в широком диапазоне температур от криогенных
до положительных в среде осушенных инертных газов. В узлах этой
группы^как правило, применяют металлополимерные пары трения -
уплотнения и направляющие поршней компрессоров и вытеснителей
микроохладителей, планетарные редукторы ГКМ и другие узлы.
Материал деталей этих узлов должен обладать следующими
свойствами: комплексом механических свойств, а именно, высокой
исходной прочностью (при температуре 293 К) в сочетании с достаточной
пластичностью и вязкостью при температурах до 10-12 К и малой
чувствительностью к концентрации напряжений; определенными теп-
лофизическими характеристиками, в частности,возможно более
низким коэффициентом линейного теплового расширения; высоким
сопротивлением коррозии в условиях образования водяного
конденсата при отогреве; малой чувствительностью механических и
физических характеристик к термоциклированию; вакуумной плотностью и
отсутствием летучих компонентов, отделяющихся в вакуумирован-
ное пространство.
Наряду с перечисленными свойствами полимерные материалы и
композиции должны обладать высокой износостойкостью,
хорошими антифрикционными свойствами и свойством самосмазывания
деталей для исключения задиров и обеспечения плавного скольжения
деталей. Нагрузка на поршневые уплотнения и зубчатые колеса
редукторов определяется давлением нагнетания, которое достигает
10-20 МПа, а скорость скольжения - частотой вращения коленчатого

74
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис 1.18. Конструкция поршня микрокомпрессора
вала и ходом поршня и колеблется от 0,2 до 1,5 мс1. Уплотнения
поршней компрессоров выполняют в виде манжет или поршневых
колец, а уплотнения поршней вытеснителей - в виде поршневых колец.
Направляющие поршней представляют собой тонкостенные втулки
(с толщиной стенки 0,3-0,5 мм) из полимерного материала,
наклеиваемые на металлическую направляющую часть поршня.
На рис. 1.18 показана конструкция поршня микрокомпрессора.
На штоке поршня 1 установлен поршень 2 с направляющей 3, две
манжеты 4 соосно закрепляются на поршне с помощью винта 5.
Компенсация износа манжет и первоначальный натяг манжет
обеспечиваются лепестковыми упругими экспандерами б, поршень
монтируется в гильзе 7.
Манжеты изготавливают;главным образом;из композиционного
материала КВН-3 на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ),
содержащего металлические и неметаллические наполнители. В некоторых
изделиях применяют уплотнения из композиционного материала
НАМИ-ФБМ. Манжеты могут изготавливаться также из
материалов Ф4К20, Ф4К15М5 на той же полимерной основе.
Однако наиболее перспективными являются материалы на
основе ПТФЭ, наполненные углеродным волокном, в которые в
зависимости от условий работы бывает целесообразно вводить
металлический наполнитель в виде бронзового порошка. Преимущества таких
материалов при работе в среде осушенного инертного газа и при
повышенных нагрузках показаны в работах [6,32]. При переходе от
кислородсодержащей газовой среды к инертной газовой среде
(осушенный гелий) триботехнические характеристики металлонаполненных
композиций значительно ухудшаются и тем сильнее, чем больше
содержание металлического наполнителя. Наибольшее увеличение
скорости изнашивания и коэффициента трения наблюдалось при испы-

Материалы для узлов трения машин микрокриогенной техники
75
тании материала НАМИ-ФБМ, содержавшего наибольшее (около
50% по массе) количество металлического наполнителя - порошка
бронзы.
У материалов, имеющих в качестве наполнителя в основном
углеродный материал, наблюдается обратный эффект: при переходе к
инертной среде скорость изнашивания и коэффициент трения
уменьшаются. Это можно объяснить различием механизмов трения и
формирования поверхностной полимерной пленки переноса на
металлическом контртеле в кислородной и безкислородной газовых средах.
При этом небольшое количество металлического наполнителя (до 12-
15%) не изменяет характера фрикционного взаимодействия
поверхностей и позволяет сохранить и даже улучшить триботехнические
свойства композиционного материала. Например, свойства
материала К-3 (или криолон-3) при трении в воздушной среде улучшаются
при переходе в инертную среду. Этому способствуют и лучшие теп-
лофизические свойства материалов К-2 и К-3, наполненных
углеродным волокном, обеспечивающие снижение температуры в зоне
трения и термодеструкции полимерной основы.
Для материалов, применяемых в узлах трения криогенной
техники, одним из основных требований является также сохранение
механических и теплофизических свойств при криогенных температурах,
обеспечивающих их работоспособность в этих условиях.
Исследованием композиционных материалов на основе ПТФЭ в широком
диапазоне температур от 20 до 400°К [19] установлено, что они отвечают
этим требованиям, а опыт использования материалов в качестве
элементов уплотнений подтверждает правильность этого вывода.
В качестве элементов уплотнений холодной и теплой зоны
криогенных машин могут использоваться также материалы на основе
полиамидов. Они обладают более высокой радиационной стойкостью,
хотя их высокая жесткость ограничивает возможности применения в
уплотнениях; их нельзя применять для манжетных уплотнений.
Однако испытание поршневых колец дало положительные результаты.
Применение материалов на основе полиамидов находится в стадии
опытной отработки.
В изделиях микрокриогенной техники металлические детали
рассматриваемых металлополимерных узлов трения - поршни,
цилиндры и гильзы компрессоров и вытеснителей изготавливают из
алюминиевых сплавов В-95, Д16Т, АК-8, титановых сплавов ВТЗ, ВТ6,
хромоникелевых сталей 12Х18Н10Т, 12Х2НЧВА и др. Рабочие
поверхности гильз обрабатывают, обеспечивая шероховатость
Ка < 0,63 мкм и конусообразность и нецилиндричность не более
0,003 мм. Рабочие поверхности гильз и цилиндров, изготавливаемых
из алюминиевого сплава В-95, подвергают твердому анодированию,
затем ультразвуковой обработке с одновременным внедрением
порошкообразного дисульфида молибдена ДМ-1 и полируют,
обеспечивая указанный выше параметр шероховатости поверхности.

76
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Тщательная специальная обработка металлических поверхностей
трения имеет целью снижение потерь мощности на трение и
повышение износостойкости элементов уплотнений и направляющих,
изготовленных из полимерных материалов. Исследования, выполненные
под руководством Ю.К. Машкова, показали перспективность
нового способа финишной обработки и модифицирования поверхностей
трения методом ионной имплантации.
Было установлено, что внедрение примесных атомов и ионов
благоприятно влияет на физико-механические свойства и состояние
поверхностного слоя (повышается микротвердость, появляются
напряжения сжатия), а также на микрогеометрию поверхности,
увеличивая радиус кривизны микронеровностей. Такие изменения
улучшают условия фрикционного взаимодействия в металлополимерном
контакте и способствуют значительному снижению силы трения и
износа полимерной детали. Так, замена сложного и трудоемкого
процесса твердого анодирования и ультразвукового дорнования
цилиндров из сплава В-95 имплантацией смесью ионов Мо + Мо82
позволили существенно снизить трудоемкость изготовления цилиндров и
примерно в 2 раза повысить износостойкость манжетных
уплотнений поршней микрокомпрессоров.
В последние годы в криогенных машинах нашел применение
материал на основе фенилона - Графелон-20. Это композиционный
материал на основе ароматического полиамида - фенилон С2,
наполненный углеродным волокном. Графелон-20 обладает достаточно
высокими механическими свойствами, в том числе ударной
вязкостью на уровне 25-30 кДж/м2, однако уступает материалам на основе
ПТФЭ и полиамидов по антифрикционным свойствам. Он
применяется для изготовления несмазываемых зубчатых колес планетарных
редукторов газовых криогенных машин, которые работают в паре со
стальными и латунными колесами. Применение Графелона-20 взамен
ранее использовавшегося текстолитового материала позволило
значительно (в 3-5 раз) повысить износостойкость зубчатых колес и
увеличить ресурс некоторых ГКМ. Графелон-20 может применяться
также для изготовления умеренно нагруженных подшипников
скольжения, различных направляющих втулок и других несмазываемых
узлов трения, где нет жестких требований к чувствительности и
механическим потерям.
В связи с недопустимостью применения жидких смазочных
материалов и ограниченными возможностями использования пластичных
смазок для изделий микрокриогенной техники отрабатываются и уже
применяются несмазываемые шарикоподшипники с сепараторами из
самосмазывающихся композиционных материалов на полимерной
основе. Начат серийный выпуск шарикоподшипников 35-20309Т с
сепаратором из материала НАМИ-ФБМ. Такие подшипники
успешно работают в среде осушенных инертных газов и используются в

Числовые критерии работоспособности материалов в парах трения
77
опорах коленчатых валов и электродвигателей приводов и
механизмов движения газовых криогенных машин и в других узлах изделий
мкт.
14. Числовые критерии работоспособности
материалов в парах трения
Проверка правильности выбора материалов пар трения
скольжения при заданных или принятых сопрягаемых размерах деталей и
определение этих размеров при проектном расчете производятся по
некоторым критериям. Наиболее простой способ проверки
заключается в расчете по среднему давлению/?. Способ пригоден дли пар
трения, работающих с малыми скоростями скольжения при невысоких
температурах окружающей среды и имеет целью обезопасить
сочленение от возможного заедания. Для шарнирно-болтовых соединений
предельные значения удельных нагрузок (в МПа) приблизительно
могут быть приняты для: закаленной стали по стали - до 15,
закаленной стали по баббиту - 9, закаленной стали по бронзе - 8, закаленной
стали по чугуну - 6, незакаленной стали по баббиту - 6, незакаленной
стали по бронзе - 5.
Если режим трения пары определяется не только давлением, но и
скоростью скольжения V, то применяют принятый в конструкторской
практике расчет по величие ру. Идея метода состоит в следующем:
если / - коэффициент трения скольжения, то /ру представляет собой
удельную мощность трения. Поскольку надежная работа подшипника,
тормоза или другого узла возможна лишь при теплонапряженности,
не превышающей определенную величину для данной конструкции и
условий ее эксплуатации, то условие надежности подшипника по
теплонапряженности можно записать как /ру < А. Приняв /
постоянным, получим это условие в виде ру = сопз1, где А —
предельное количество теплоты в механических единицах, которое
может отводиться с единицы площади диаметральной проекции
подшипника в единицу времени.
Хотя допустимая величина параметра ру подбирается при этом в
зависимости от скорости скольжения, способа теплоотвода, характера
действия нагрузки и других условий, однако использование этого
произведения как показателя работоспособности встречает
возражения специалистов, работающих в области теории расчета
подшипников жидкостного трения. Основанием для этого служит то,
что эта по сути примитивная теория расчета принимает коэффициент
трения постоянным и не учитывает роли относительного
диаметрального зазора в подшипнике, отношения длины шипа к его
диаметру и влияния вязкости смазочного материала. Тем не менее,
если подшипник или другая пара работает при несовершенной смазке,
то расчет по ру является оправданным, поскольку этот параметр
косвенно характеризует температуру по поверхности трения, которая

78
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
в явном виде не входит в число заданных при расчете величин.
Дополнительно следует лимитировать \р]. В инженерной практике
оба расчетных критерия - [р] и [ру]-часто используют совместно.
В действительности зависимость между предельными значениями
р и у сложнее, чем изображаемая равнобокой гиперболой /?у = сот*.
Достаточное представление о свойствах материалов в паре трения в
образцах или в деталях дает построенная по результатам испытаний
/п>-диаграмма, на которой предельные значения р и у нанесены в
соответствии с наиболее лимитирующими условиями работы пары.
Такими условиями являются механическая прочность, теплостойкость
неметаллических материалов, нарушение прочности масляной пленки,
переход от гидродинамического режима трения к полужидкостному
или от полужидкостного к полусухому.
На рис. 1.19 приведены результаты стендовых испытаний
подшипниковых втулок с внутренним диаметром 60,4 мм при смазке
минеральным маслом вязкостью 3,6 ВУ50; расходе масла -~ 5 л/ч,
8 у, м/с
Рис. 1.19. Зависимость предельных нагрузок текстолитовых втулок от температуры
и скорости скольжения
температуре окружающей среды 28 °С и температуре масла при
поступлении в подшипник 29,8 °С [20]. Цифрой / отмечена кривая
предельных нагрузок, соответствующая принятой предельной
температуре пластика 80 °С. Начало обугливания материала - при
температуре 135 °С. Здесь же приведены кривые изменения р и у
при отмеченных температурах ниже предельной.
Приведем еще один пример применения диаграммы (графика) по
ру для практических целей (работа выполнена Б.Д. Воронковым,
В.Г. Шадриным и И.В. Петровой). Ранее нами отмечалась
возможность применения избирательного переноса в одноименных парах
трения в условиях коррозионно-механического изнашивания.
Указанные авторы определили области реализации избирательного
переноса для двух одноименных пар трения (рис. 1.20 ).

Некоторые правила сочетания материалов
79
Рис. 1.20. Области реализации ИП в парах трения:
а- сталь 14Х18Н2-сталь 12Х18Н10Т; б - материал ВКб-материал ВК6
15. Некоторые правила сочетания материалов
Подбор наиболее подходящих материалов для пар трения
скольжения можно в каждом отдельном случае сделать только на
основании тщательного сопоставления условий службы трущихся деталей,
исходных свойств материалов и тех изменений, какие они
претерпевают на поверхностях трения, а также при учете других обстоятельств.
Можно сформулировать некоторые руководящие правила для
такого выбора.
1. Сочетать твердый материал с мягким, имеющим температуру
рекристаллизации ниже средней температуры поверхности трения при
работе. Такое сочетание металлов хорошо противостоит заеданию и
характеризуется высокой надежностью. Хорошие результаты дают
пары хром - резина^при смазке минеральным маслом и водой; и
хром-бронзадцэи использовании пластичных смазочных материалов.
2. Сочетать твердый металл по твердому (сочетание пар из
азотированной, хромированной и закаленных сталей). Такие пары
трения обладают высокой износостойкостью вследствие малого
взаимного внедрения их поверхностей. Нанесение приработочных
покрытий повышает надежность пар в наиболее опасный период работы -
во время приработки. Применение этих пар ограничивается
скоростями скольжения. Высокая точность изготовления и сборки,
значительная жесткость конструкции, тщательная приработка, улучшение
условий смазки значительно расширяют область применения пар
трения из твердых материалов.
3. Избегать сочетаний мягкий материал по мягкому, а также пар
из одноименных материалов (незакаленная сталь по незакаленной
стали, алюминиевые сплавы друг по другу, медный сплав по
алюминиевому, хром по хрому, хром по алюминию, никель по никелю,
пластмасса по пластмассе), за исключением политетрафторэтилена и

80
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
полиэтилена, каждый друг по другу. Подобные пары имеют низкую
износостойкость и ненадежны в работе. При незначительных
перегрузках в парах образуются очаги схватывания и происходит
глубинное вырывание материалов с взаимным их налипанием на поверхность
трения.
4. Применять в труднодоступных для смазывания конструкциях
пористые металлокерамические материалы и антифрикционные
сплавы.
5. Применять в качестве фрикционных и антифрикционных
материалов пластические массы. В ряде случаев они повышают
надежность и срок службы узла трения, снижают массу конструкции и
расход дефицитных цветных металлов, уменьшают вибрации и
улучшают акустические свойства машин.
6. Стремиться путем выбора материалов пары трения,
смазочных материалов и присадок к ним создавать при работе пары
условия реализации режима избирательного переноса.
7. Учитывать возможность при эксплуатации наводороживания
трущихся поверхностей, что резко снижает износостойкость и
надежность работы узла трения. Применять материалы, трудно
поддающиеся наводороживанию.
8. Стальные и чугунные детали узлов трения при окончательной
доводке их поверхности подвергать финишной антифрикционной
безабразивной обработке (ФАБО).
ФАБО подвергаются шарнирно-болтовые соединения
самолетов, детали топливной аппаратуры турбореактивных двигателей,
подшипники качения, цилиндры и шейки коленчатых валов
автотракторных двигателей и др. Исследования свидетельствуют, что ФАБО
позволяет: снизить время приработки деталей, исключить задиры
поверхностей трения, повысить несущую способность сочленений,
защитить поверхность от водородного изнашивания, снизить
температуру и продлить период работы узла трения при выключении
подачи смазки, уменьшить коэффициент трения в трущейся паре,
увеличить срок службы подшипников качения до образования
усталостных повреждений. ФАБО изучали многие ученые как России, так и
зарубежных стран: Эжиев Г.И., Балабанов В.И., Прокопенко А.К.,
Лозовский В.Н., Чекулаев О.В., Тережкин С.А., Снитковский М.М.,
Польцер Г., Марчак Р., Фирковский А. и др. Литература по ФАБО
дана на стр. 295—297.
Отметим, что в последнее время В.И. Балабанов и СМ. Мамы-
кин делают попытку использовать ФАБО для повышения
долговечности колесных пар железнодорожного транспорта. Первые
эксперименты дали положительный результат.

Глава 2. О РАСПОЛОЖЕНИИ ПО ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ
В ПАРАХ ТРЕНИЯ
В паре, образованной скользящими поверхностями, имеющими
разные твердость и размеры поверхностей трения, можно различить
два условия, связанные с расстановкой материалов пары:
Яу>#7; 57<5,;
Н{<Н2; 8§<8У
где Нг Я, - твердости одной и другой трущихся поверхностей;
8], 5, - соответствующие величины поверхностей трения.
Пару с расположением материалов, удовлетворяющим первому
условию, назовем прямой парой трения, а удовлетворяющим
второму условию - обратной парой. В случае прямой пары трения по
большей поверхности скользит более твердое тело, а в случае обратной
пары - более мягкое тело. Примерами прямой пары может служить
скольжение закаленного суппорта по чугунной термически
необработанной станине или скольжение хромированного поршневого
кольца по поверхности цилиндра из перлитного чугуна. Обратной парой
будет хромированное рабочее зеркало цилиндра и чугунное кольцо.
Вал и подшипник с баббитовым слоем при нагрузке постоянного
направления, приложенной к вращающемуся валу, представляют собой
обратную пару. Если отвлечься от фактора гидродинамики
смазочного слоя, то такое разделение пар будет справедливо как для
полного, так и для частичного подшипника, так как условия
контактирования будут при этом одинаковыми; бегунок тележки с запрессованной
бронзовой втулкой, работающей по невращающейся стальной оси,
является элементом прямой пары. На рис. 2.1 приведены схемы
прямых и обратных пар с поступательным и с вращательным
движением.
Чтобы определить^какая пара трения - прямая или обратная -
предпочтительнее для данной конструкции, следует строго
установить требования к паре в отношении надежности ее работы,
износостойкости, экономичности и условий эксплуатации. Недостаточная
надежность пары трения в связи с неподходящей расстановкой
материалов может выразиться в схватывании и заедании. Опыт
эксплуатации машин, стендовые испытания трущихся деталей и
лабораторные исследования показывают, что обратные пары трения более
стойки к заеданию, а при наличии заедания имеют меньшие повреждения
поверхностей.
Различие в работе прямых и обратных пар трения состоит в
следующем. В прямой паре при перегрузке пластическая деформация
6 - 2039

82 О РАСПОЛОЖЕНИИ ПО ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ В ПАРАХ ТРЕНИЯ
Р \Р
деформация
а) 4)
Рис 2.1. Обратные (а) и прямые (&) пары: 1-е поступательным движением; II-с
вращательным движением; НрН2- твердости
ее элемента (образца) с меньшей твердостью препятствует
нормальной работе пары, в результате чего возрастают силы трения
(особенно опасно это для механизмов агрегатов управления), усиливается
повреждение поверхности, и пара быстро выходит из строя. В
обратной паре при перегрузке пластическая деформация образца с
меньшей твердостью не препятствует работе пары. Это подтверждается
опытами на машине трения с тремя цилиндрическими образцами,
работающими торцами по плоской стороне вращающегося диска. При
испытании со ступенчатым постепенным нагружением
хромированных стальных цилиндрических образцов, трущихся о мягкий
стальной диск (прямая пара), и образцов, трущихся о хромированный диск
(обратная пара), установлено, что заедание во втором случае
происходит при нагрузках в 15 раз больших, чем в первом случае.
На рис. 2.2 представлены продольные сечения стального
образца по его передней и задней кромкам после работы по
хромированному диску. На той и другой кромках образца образовались
заусеницы вследствие пластического течения поверхности слоя материала.
При трении хромированных образцов о стальной диск
пластического течения хромового слоя не происходило, что приводило к
взаимному внедрению поверхностей трения и заеданию металлов при
незначительной перегрузке пары трения.
Дальнейшим развитием наших работ по прямым и обратным
парам трения, а также работ Л.В. Красниченко и др., явились
исследования В.Я. Кершенбаума в области сравнительной
работоспособности и долговечности пар трения скольжения. Помимо определения

О расположении по твердости материалов в парах трения
83
Рис. 2.2. Продольное сечение образца (обратная пара на рис 2.1а):
а - передняя кромка; б ~ задняя кромка
границ технических возможностей метода механотермического
формирования рабочих поверхностей узлов трения, результаты
исследований представляют интерес для разработки более широкого класса
технологий получения обратных пар. В качестве одного из основных
показателей работоспособности подшипниковых узлов в работе
автора используется динамика момента трения при ступенчатом нагру-
жении, характеризующем лучшую прирабатываемость данного узла.
Экспериментальные исследования В.Я. Кершенбаумом были
проведены на специализированной установке, включающей элементы
конструктивных схем машин типа МН-1М и СМИ-2, но
отличающейся от них более широкими возможностями в части изменения
размеров испытуемых образцов и скоростей скольжения. В результате
методических экспериментов были установлены целесообразные
размеры испытуемых образцов. В качестве контртела для обратной пары
использовались кольца (или 60-90° сегменты) из закаленной стали 45,
а для прямой пары - бронзовые (БрАЖ-9-4) кольца (или 60-90°
сегменты). С помощью специального маслорегулирующего устройства
обеспечивалась обильная или ограниченная смазка.
Регистрировался как весовой, так и линейный износ
соответственно на аналитических весах АДВ-200 с точностью до 0,1 мг и на
универсальном измерительном микроскопе УИМ-21 с точностью до
0,5 мкм. Кроме того, для изучения динамики линейного
изнашивания во времени использовалась аппаратура, с помощью которой
износ фиксировался непрерывно без съема образцов. Для этого был
использован регистрирующий электросамописец БВ-662, который
снабжен датчиком индукционного типа, установленным на
измерительной позиции и соединенным с регистрирующим прибором гибким
проводом. Величина допустимой погрешности на ленте самописца -
0,5 мкм.
6*

84 О РАСПОЛОЖЕНИИ ПО ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ В ПАРАХ ТРЕНИЯ
Конструкции установок позволяют проводить испытания
образцов на изнашивание в широком диапазоне нагрузок и частот
вращения (Р = 0,5... 100 МПа; п = 10...2240 об/мин).
■^ МвМЕМТ ТМИН*
—о— Те/ишмтяг*
Рис 23. Изменение момента трения М во времени х прямых и обратных пар.
Сочетание материалов сталь 45 и бронза БрАЖ 9-4 (по В.Я. Кершенбауму):
/ - прямая пара; 2 - обратная пара
В результате экспериментальных исследований установлено
(рис. 2.3), что при ступенчатом нагружении узла трения колебания
момента трения в прямых парах значительно превышают его
колебания в обратных парах, причем в последних проявляется тенденция к
быстрому затуханию колебаний A0-15 мин после очередной
ступени), в то время как в прямых парах амплитуда колебаний
практически не уменьшается на протяжении каждой ступени.
Полученные данные, в сочетании с результатами температурных
измерений во фрикционном контакте, свидетельствуют о лучшей при-
рабатываемости обратных пар, что является положительным
моментом. Кроме того, было установлено, что износостойкость обратных
пар выше, чем прямых, в 3 раза при работе в условиях обильной смазки
(см. таблицу). Ограниченная смазка в сочетании с затрудненностью
охлаждения узла трения резко снижает преимущества обратных пар
трения перед прямыми. Причиной этого, по-видимому, являются
процессы термического разупрочнения, более активно проявляющиеся в
тонком слое антифрикционного сплава, нанесенного на стальную
основу (обратная пара). Таким образом, условия проведения
экспериментальных исследований (смазка, охлаждение) сравнительной

О расположении по твердости материалов в нарах трения
85
износостойкости прямых и обратных пар трения заметно влияют на
результаты испытаний. Следует полагать, что разноречивость
мнений о сравнительной износостойкости прямых и обратных пар в ряде
случаев объясняется несопоставимостью условий испытания.
Таблица
Результаты испытаний пар трения на сравнительную износостойкость
Расположение
материалов в узле
трения
Режим испытаний
Р, МПа
V, М/С
Минимальный износ, мкм
10ч
30 ч
100 ч
Прямая пара 10 1,4 32/46 91/134 305/412
Обратная пара 10 1,4 12/45 34/131 112/437
Примечание. В числителе - при подаче 100 капель в минуту, в
знаменателе - при подаче 5 капель в минуту.
Превосходство обратной пары перед прямой в отношении
надежности покажем на примере, где, казалось бы, совершенно
несущественно расположение материалов пары. Нередко гидроцилиндры и
сопрягаемые с ними поршни изготовляют из стали, причем цилиндр -
из более мягкой стали. Наличие диаметрального зазора по ходовой
посадке как будто исключает в работе непосредственное
контактирование поршня и цилиндра, и трение должно происходить между
уплотнением на поршне и поверхностью цилиндра. На самом же деле
вследствие перекосов не исключается непосредственное
контактирование поверхностей поршня и цилиндра. В эксплуатации отмечены
по этой причине случаи задиров (рис. 2.4), которые могут привести к
аварийной ситуации.
В работе А.С. Радчика и В.С. Радчика показано, что в паре с
одноименными материалами при неравновеликих площадках трения
большая площадь больше изнашивается по весу. Если пара состоит
из различных материалов, то в зависимости от вида изнашивания
соотношение величин износа может быть как больше, так и меньше
единицы. Весовой износ влияет не прямо на служебные свойства
сочленения, а косвенно, через линейный износ. При неравновеликих
площадках трения больший суммарный весовой износ пары не
обязательно соответствует большему суммарному линейному износу. При
большем весовом износе элемента пары с большей площадью трения
может быть малый линейный износ и, наоборот, - при малом
весовом износе тела с меньшей поверхностью трения - больший
линейный износ. Поэтому для лучшей износостойкости пары рационально
такое расположение материалов, которому соответствует меньший
суммарный линейный износ деталей пары. Однако необходимыми
данными для такого суждения конструктор не располагает, и вопрос
решается с привлечением представлений качественного характера,
экономических и эксплуатационных соображений.

86 О РАСПОЛОЖЕНИИ ПО ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ В ПАРАХ ТРЕНИЯ
Рис. 2.4. Задиры на поршне (а) и на цилиндре (б)
Представим себе, что один из элементов пары салазки—станина
выполняется с закаленной рабочей поверхностью, а другой элемент -
из термически необработанного чугуна. Предстоит сделать выбор
расположения материалов в паре. Детали достаточно жестки,
работают при невысоких скоростях скольжения, нагрузках и
температурах, материалы проявляют малую склонность к схватыванию, и
вероятность выхода из строя пары по причине заедания мала. С точки
зрения надежности прямая и обратная пары в данном случае
равноценны. Первостепенной задачей является обеспечение максимальной
износостойкости пары в отношении равномерности износа станины
по длине.
Закаливание направляющих станины дает следующие
существенные преимущества: 1) уменьшается опасность случайных
повреждений - царапин и забоин у открытых направляющих; 2) снижается
линейный износ; 3) ускоряется приработка салазок, имеющих меньшую
поверхность трения; 4) облегчается пригонка шабрением салазок к
станине при изготовлении и ремонте. Хотя указанные преимущества
значительны, при недостаточной защите станины от воздействия
абразивных частиц вариант закаливания направляющих салазок
оказывается целесообразнее. Объясняется это тем, что направляющие
салазок изнашиваются неравномерно и более интенсивно у концов, где
образуется своеобразный клин, куда попадают абразивные частицы.
Здесь они частично вдавливаются в материал салазок и
перемещаются вместе с ними, частично заклиниваются между сопряженными
поверхностями и перекатываются между ними, изнашивая
поверхности. Если закалить направляющие салазок, то ввиду относительно
высокой износостойкости закаленного слоя изнашивание салазок
замедлится. Это уменьшает количество абразивных частиц, активно

О расположении по твердости материалов в парах трения
87
участвующих в изнашивании, что в итоге снижает линейный износ
станины.
В случае трения при жидкостной смазке вращательной пары в
установившемся режиме работы расположение материалов должно
быть таким, чтобы износ как вала, так и подшипника в меньшей мере
отражался на образовании масляного клина. Рассмотрим для этого
так называемые "обращенные пары" (этот термин появился в связи с
конструированием подшипниковых узлов, в которых
антифрикционный материал переносится с подшипника на вал). Такие пары
обладают иногда преимуществами при постоянном направлении вектора
нагрузки и вращающемся вале, как это имеет место в подшипниках
электродвигателей, шпинделях металлообрабатывающих станков,
коробках передач, в центробежных
насосах и т.п. Антифрикционный слой
вкладыша подвергается здесь
одностороннему местному изнашиванию (рис.
2.5), что с течением времени понижает
несущую способность подшипника. В
такой паре износ антифрикционного
материала, нанесенного на вал,
равномерен в каждом поперечном сечении,
между тем как местный износ
твердого вкладыша меньше, чем мягкого
вкладыша в первом случае.
Обращенная пара в случае
вращающегося вала и постоянного
направления нагрузки представляет по нашей
терминологии прямую пару. До
последнего времени основным препятствием
к созданию обращенной пары
являются технологические трудности
нанесения антифрикционного материала на
стальной вал. ФАБО стальных и
чугунных деталей в ряде случаев снимает это
препятствие и расширяет возможности
обращенных пар.
В качестве примера
конструктивного выполнения подшипника с
обращенной парой трения можно привести
подшипник шпинделя токарного
станка (рис. 2.6). Такие подшипники
применяют при восстановлении
различного оборудования методом нанесения
металлизационного покрытия
(антифрикционного материала) на шейки Рис.2.6. Подшипник с обращен-
валов. н°й парой: 1 - бронза; 2 - сталь
Рис.2.5. Местный износ
подшипника, понижающий его
несущую способность

88 О РАСПОЛОЖЕНИИ ПО ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ В ПАРАХ ТРЕНИЯ
В морском судостроении встречаются гребные валы, шейки
которых облицованы резиной, работающей по твердым металлическим
втулкам, запрессованным в дейдвудную трубу. Облицовка имеет
продольные канавки, не доходящие до ее торцев. В канавках
задерживается вода и подается на несущую опорную поверхность втулок. Это
играет существенную роль при малых окружных скоростях на
шейках, уменьшая шум, силы трения, скорость изнашивания и нагрев.
Тем не менее, вопрос о такой паре нуждается в более детальном
исследовании. Дело в том, что резиновый подшипник изнашивается
меньше работающей по нему бронзовой облицовки вала. Если
обратить материалы, то в бронзовом подшипнике местная выработка
будет значительно больше, чем в первом случае. О том, как это
отразится на работе соединения, можно будет судить, лишь использовав
аппарат контактно-гидродинамической теории смазки.
Широко используют для пар трения серый термически
необработанный чугун, в том числе для поршневых колец и цилиндровых
втулок. Считается, что кольцо должно быть тверже цилиндровой
втулки. Ход рассуждений при этом таков. Поскольку втулка должна
изнашиваться менее интенсивно, чем кольцо, так как заменить втулку
более сложно и менее рентабельно, то, казалось бы, что ее поэтому
следует делать тверже кольца. Однако ввиду значительно большей
площади трения у втулки по сравнению с суммарной площадью
трения уплотнительных колец интенсивность ее линейного изнашивания
ниже, чем у колец; поэтому, чтобы срок службы последних был
достаточный, их надо выполнять большей твердости, чем втулки.
Однако по вопросу об оптимальной разнице твердостей той и
другой деталей нет единого мнения. Встречаются рекомендуемые
разницы твердостей колец и втулки в 20-30 и 50-100 единиц НВ, т.е.
существенно различающиеся. Наряду с этим, согласно правилам Регистра
ММФ твердость поршневого кольца должна быть равна твердости
цилиндровой втулки с допуском ±10 кгс/мм2. Для выяснения этого
вопроса применительно к перлитным чугунам произведена
статистическая обработка результатов двух серий испытаний на машинах
трения АЕ-5, где вращающееся кольцо имитирует цилиндровую втулку,
а неподвижные образцы - поршневое кольцо. Было испытано 16 пар
из девяти марок серого чугуна перлитного класса при трении с
граничной смазкой и без смазки при скорости скольжения 1,39 м/с.
Удельная нагрузка 6 МПа при трении с граничной смазкой и 0,23 МПа при
трении без смазки; продолжительность испытания соответственно 24
и 1 ч. При трении с граничной смазкой последняя производилась
дизельным маслом с присадкой. Разность твердостей образцов и колец
АН колебалась от НВ 65 до НВ 80. Явной функциональной
зависимости суммарного весового износа элементов пары от разницы их
твердостей не установлено. Об этом свидетельствуют весьма малые
значения коэффициентов корреляции между совокупностями АН и
суммарных износов элементов пар, которые оказались соответственно

О расположении по твердости материалов в парах трения
89
равными 0,14 и 0,13. Это означает, что суммарный весовой износ при
взаимном скольжении двух элементов из серого перлитного чугуна
твердостью соответственно Н} и Н2 (см. рис. 2.1) не зависит от того,
является ли пара трения прямой или обратной.
Существует точка зрения, что тела качения для большей
долговечности подшипника должны иметь твердость на 1-2 единицы НЯС
выше твердости колец. Обоснование не известно. Фирма СКФ,
однако, обрабатывает на одинаковую твердость шарики и внутренние
кольца подшипников.
Механические свойства, а следовательно, и твердость материалов
зубчатых колес цилиндрических и конических передач, не могут быть
назначены произвольно, а должны находиться в некотором
соответствии между собой. Если шестерня и колесо выполняются из стали
одной и той же марки с твердостью рабочих поверхностей
НВ < 350, то во избежание задиров необходимо производить
термообработку заготовок на разную твердость.
Для зубчатых передач с некорригированными зубьями колес
следует материал шестерни назначать большей твердости, чем материал
колеса, поскольку:
а) зубья шестерни за одно и то же время подвергаются большему
числу нагружений, чем зубья колеса, и для обеспечения примерно
одинаковой износостойкости материал шестерни должен иметь
лучшие механические свойства;
б) в открытых зубчатых передачах и передачах с высокой
твердостью рабочих поверхностей, у которых габаритные размеры
определяются исходя из общей прочности, последняя является фактором,
лимитирующим нагрузочную способность.
Модуль (мм) из расчета прочности зуба на изгиб
/ 660ЛГ
рут[ъ]и
где N - расчетная мощность, кВт;*Р - отношение рабочей ширины
зуба к модулю ; п - частота вращения, об/мин; г - число зубьев; у -
коэффициент формы зуба, зависящий от числа зубьев колеса при
одинаковых профильном угле основной рейки и относительной высоте
зуба.
С увеличением числа зубьев увеличивается и коэффициент у.
Присвоим шестерне индекс "ш", а колесу - индекс "к". Так как пш2ш =
= пк 2к; Ч/ш = Ч*к, то для равнопрочности зубьев шестерни и колеса
необходимо соблюсти условия [<5\ишуш = [<з]ин:ук\ поскольку уш <ук, то
необходимо, чтобы [а]иш >[о]м|:, "т.е! материал и термообработка
должны быть подобраны так, чтобы предел выносливости материала
шестерни на изгиб был больше;
в) в косозубых передачах, по данным З.П. Павлова, увеличение
твердости зубьев шестерни, парной с колесом некоторой постоянной

90 О РАСПОЛОЖЕНИИ ПО ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ В ПАРАХ ТРЕНИЯ
твердости, улучшает КПД передачи и повышает контактную
выносливость зубьев колеса. Этот эффект обнаруживается вплоть до
доведенной при испытаниях разнице твердостей 120 единиц по шкале
НВ. Еще большее повышение предела контактной выносливости было
получено при закаленной шестерне твердостью НВ 477 и разнице
твердостей 219 единиц. Для прямозубых колес испытаниями
В.А. Гришко с применением метода меченых атомов колес г} = 19, х2 =
52, т - 3 мм при окружных скоростях 3 и 4,5 м/с установлено, что при
твердости рабочих поверхностей зубьев шестерен НКС > 50 их
износостойкость резко возрастает с повышением твердости зубьев
колес вплоть до той же, что и у шестерен.
В случае внеполюсного зацепления или близкого к нему вопрос о
соотношении твердостей шестерни и колеса требует специального
рассмотрения; может оказаться целесообразным выполнить зуб
колеса более твердым.
Чем больше разница твердостей материалов шестерни и колеса,
тем с большей точностью и меньшей шероховатостью поверхности
должны быть обработаны зубья шестерен для улучшения
приработки и снижения приработочного износа.
В кулачковых механизмах с роликовыми толкателями обычно
предпочитают изготовлять ролик из более мягкого материала,
исходя из того, что заменить ролик проще, чем кулачок. Встречаются,
однако, механизмы с более мягкой профильной частью кулачка в виде
сменного кольца. В общем же подбор материалов для пары трения
должен обеспечить наибольшее контактное сопротивление
усталости при отсутствии схватывания поверхностей.

Глава 3. ПОРИСТОСТЬ МАТЕРИАЛА В ОБЪЕМЕ
И В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ
Во многих случаях пористость материала трущихся деталей
служит конструктивным или технологическим фактором повышения
надежности их работы вследствие улучшения режима смазки или
противозадирной стойкости пары.
О самосмазывающей способности пористых подшипников из
композиции металл-графит известно давно. Независимо от этого
было установлено, что цилиндры двигателей из стальных отливок
работают лучше, чем изготовленные из заготовок, обработанных
давлением. Поверхность литой детали лучше смачивается смазочными
маслами благодаря пористости материала, которую можно выявить
глубоким травлением. Поры служат резервуаром для смазочного
материала и способствуют более быстрому восстановлению
разрушившейся граничной пленки.
Пористость в той или иной мере свойственна всем литым
металлам, в том числе и литым антифрикционным сплавам. Некоторые из
них имеют относительно значительную пористость, как, например,
свинцовая бронза БрСЗО, у которой пористость составляет 2-7%
объема отливки. Металлизационное покрытие, полученное напылением,
имеет пористость до 10% объема. Анодирование и фосфатирование
создают поверхностную пористость. Однако пористыми именуют
материалы, у которых микро- или макропористость образуются в
результате регулируемого процесса. Пористость таких материалов
может достигать 60%. Поры бывают: а) закрытые и редко
расположенные; б) рассеянные по всему объему или только по поверхности,
изолированные и сообщающиеся между собой; в) канальчатые -
продолговатые, соединенные каналами; г) регулярно расположенные,
строго геометрической формы. Для общности к порам мы относим и
углубления, наносимые накаткой на поверхности трения.
Пористость материала образуется при получении его методом
порошковой металлургии, электролитическим способом, обычным
металлургическим процессом, а также при механической обработке.
По первому способу путем прессования порошка или смеси
порошков и последующего спекания изготовляют металлокерамичес-
кие изделия - антифрикционные пористые детали, подшипники и
втулки железографитовые, медно-свинцовые, медно-свинцово-графито-
вые, медно-цинковые и т.п. Другой вариант этого способа -
холодная прокатка на металлическом подслое порошков с последующим
спеканием или горячая прокатка. Антифрикционные металлокерами-
ческие материалы часто не уступают обычным литым
антифрикционным сплавам того же состава по сопротивлению сжатию и плас-

92 ПОРИСТОСТЬ МАТЕРИАЛА В ОБЪЕМЕ И В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ
тичности при этом виде деформирования, но имеют меньшую
прочность и проявляют большую хрупкость при растяжении. Металлоке-
рамические пористые материалы могут подвергаться
диффузионному хромированию и азотированию. Из-за своей пористости они
поглощают азот в десятки раз более, чем компактные материалы,
благодаря чему происходит сквозное азотирование. Диффузионное
хромирование и азотирование повышают предел прочности и
относительное удлинение материала, его ударную вязкость и
износостойкость. В отношении износостойкости несравненно более эффективно
азотирование. Железокерамические материалы для повышения их
антифрикционных свойств можно сульфидировать путем добавки
серы или пирита в шихту.
Пористая металлокерамика, пропитанная маслом, является
самосмазывающимся материалом с саморегулировкой подачи масла.
Мономолекулярный слой на рабочей поверхности материала легко
образуется благодаря высокой подвижности поверхностно-активных
веществ, содержащихся в масле. Более толстая граничная пленка
образуется вследствие поступления масла из пор. Основные причины
выделения масла из пор - это большее тепловое расширение металла
по сравнению с расширением масла и тепловое расширение
замкнутых в порах газов. Повышение температуры подшипника
автоматически вызывает добавочное поступление масла на его наружную
поверхность; при охлаждении излишек масла впитывается в
подшипник. В случае дополнительной подачи смазочного масла может
образоваться при надлежащей окружной скорости шипа в зависимости от
удельной нагрузки гидродинамическое давление. Однако процесс
трения при жидкостной смазке в подшипнике из объемно-пористого
материала отличается от процесса во вкладыше из монолитного
материала: в области высокого давления смазочного слоя масло
частично вдавливается в стенки, что приводит к его истечению в область
низкого давления. При малых окружных скоростях и больших
нагрузках переход от трения при жидкостной смазке к трению при
полужидкостной смазке совершается медленнее, чем у подшипника из
монолитного материала ( 3. Лавровский).
Насыщать подшипник маслом надо при его изготовлении. Это
предохраняет материал от окисления, что особенно важно для
металлокерамики на железной основе. Масло лучше проникает в поры, если
насыщение производить при возможно высокой температуре с
последующим охлаждением в той же ванне до температуры
окружающей среды. При нормальной температуре хорошие результаты дает
вдавливание масла в стенки, а по некоторым данным, еще лучшие -
насыщение в вакууме. В зависимости от условий эксплуатации ме-
таллокерамических подшипников для их пропитки применяют также
пластичные смазочные материалы. Для подшипников,
предназначенных для работы в легких условиях, без подачи дополнительной
смазки, рекомендуется пропитка маслографитовой эмульсией.

Пористость материала в объеме и в поверхностном слое
93
Помимо истощения запасов масла в порах, расположенных в
нагруженной области самосмазывающегося подшипника, эффективная
его работа может нарушиться по причине закрытия большого числа
пор на рабочей поверхности в результате: а) засорения их
продуктами износа или загрязнениями; б) оплавления мягкой составляющей
псевдосплава или его пластического деформирования от действия
высоких нагрузок и температур. Это должно быть учтено при
назначении режима приработки и при оценке пригодности подшипника для
данных условий работы (Л.Ю. Пружанский). Обработка резанием
тоже приводит к закрытию пор.
Антифрикционные литые пористые сплавы обладают теми же
преимуществами, что и пористая металлокерамика: меньшим
моментом трения при пуске, большей износостойкостью по сравнению с
аналогичными компактными материалами при частых пусках и
остановках, лучшим теплообменом между смазочным материалом и
металлом. Одно из преимуществ таких сплавов перед металлокера-
мическими - это более высокие физико-механические качества,
позволяющие применять их в тяжелых условиях работы. Литые
пористые сплавы получают обычным металлургическим процессом с
обработкой металла в ковше поташом, дозировкой которого
регулируется пористость. В отличие от методов порошковой металлургии здесь
не требуется прессования и калибровки или прокатки, что делает
доступным применение литых пористых сплавов в индивидуальном и
мелкосерийном производстве — в этом другое их преимущество.
Из пористых литых антифрикционных сплавов известны
алюминиевый сплав - алькусин, в который элементами входят А1, Си, 81 и
РЪ, и антифрикционный пористый чугун. Припой состава 30% А1 и
70% 2п обеспечивает прочную связь с предварительно омедненным
или чугунным основанием. Опыт применения пористого алькусина,
четырех его составов, во вкладышах коренных и шатунных
подшипников двигателей грузовых автомобилей, в верхних головках
шатунов компрессоров, в подшипниках грязевых насосов, во втулках
нижних катков гусеничного хода тракторов, в моторно-осевых
подшипниках электровозов и в других объектах показал, что по
устойчивости работы и износостойкости пар трения алькусин может во многих
случаях заменить баббиты Б-83 и Б-16, оловянные и безоловянные
бронзы. Эксперименты убеждают в возможности использования
пористого алькусина при удельных давлениях до 40 МПа в случае
прерывистой работы и малых скоростей, что встречается, например, в
гидротехническом оборудовании плотин и шлюзов. Добавки титана
к алькусину даже в небольших количествах (до 0,1%) значительно
повышают его механические свойства.
Антифрикционный пористый чугун (АПЧ) перлитной и ферри-
то-перлитной структуры, используемый в виде монометаллического
вкладыша или втулки, предназначен для замены оловянных и других
бронз как при спокойных, так и при ударных нагрузках. Его можно
применять при изготовлении червячных колес тихоходных передач.

94 ПОРИСТОСТЬ МАТЕРИАЛА В ОБЪЕМЕ И В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ
Электролитическим способом наносят хромовое покрытие,
которое выполняют с точечной, канальной или ситовой (пятнистой)
пористостью, для придания ему хорошей маслоудерживающей
способности.
Материал с макропористостью, образованной механическим
путем, применяют в узлах, совершенно различных по конструкции и по
условиям службы.
Для лучшего обеспечения смазкой цилиндропоршневой группы
легких двигателей внутреннего сгорания без усложняющей
конструкцию двигателя подачи масла в цилиндры под давлением на
внутренней поверхности цилиндров выполнялись углубления (механическим
путем). Такая поверхность применялась в цилиндрах некоторых
авиационных двигателей (см. работы Г.С. Самойловича и А.А.
Полякова). За границей получили распространение хромированные по
накатанной поверхности алюминиевые цилиндры бензиновых двигателей
воздушного и водяного охлаждения и дизелей с диаметром
цилиндров до 125 мм. На рис.3.1 показана поверхность накатанного
хромированного цилиндра (х 4).
Повышение антифрикционных свойств поверхности после
накатывания объясняется следующими причинами: а) поверхность трения
удерживает значительно больше смазочного материала; при этом он
более равномерно распределяется по поверхности; б) углубления,
заполненные смазочным материалом, предотвращают образование
горячих зон в отдельных пятнах контакта, устраняя возможность
заедания или локализуя его; в) наличие углублений облегчает удаление
продуктов износа с поверхностей трения.
Свойства накатанной поверхности зависят при заданной форме
углублений от их глубины и шага накатки. Для каждого случая
накатывания поверхности конкретного типа детали необходимо
предварительно определить оптимальные параметры (глубину и шаг) накат-
Рис. 3.1. Поверхность накатанного цилиндра авиационного поршневого двигателя

Пористость материала в объеме и в поверхностном слое
95
Рис. 3.2. Накатной ролик
ки. Для хромированной поверхности зеркала цилиндра
авиационного поршневого двигателя в качестве оптимальных установлены
следующие параметры: шаг накатки 2 мм, размер углублений в плане
0,6x0,6 мм (форма углублений - в виде пирамиды с углом при
вершине 90°). При такой накатке износ цилиндра и поршневых колец
оказывается минимальным, а расход смазочного материала не
повышается по сравнению с его расходом при ненакатанном цилиндре.
Процесс накатывания несложен. На трущуюся поверхность специальной
накаткой (рис.3.2) наносят углубления. Выступы, образовавшиеся
около углублений, сошлифовывают. Затем производят более тонкую
обработку поверхностей. Зеркало цилиндров после накатки
хонингуют и хромируют. В углубления осаждается более тонкий слой
хрома, чем на ровной поверхности, при этом острые края углублений
скругляются.
Встречается также накатывание углублений посредством
шариков. Накатывание шариком поверхностей поршней из
алюминиевого сплава, работающих в паре с поверхностью стального цилиндра,
было применено в связи с имевшими место задирами на поршнях.
Графитирование, хотя и уменьшило количество задиров, не
исключило их.
Накатывание поверхности трения повысило надежность
глубинных насосов. Входя в состав станков-качалок, эти насосы служат на
нефтяных промыслах для поднятия нефти и воды на поверхность. В
насосе хромированный стальной плунжер работает по чугунным
втулкам, смазываемым прокачиваемой нефтью и пластовой водой. В
зазор между втулкой и плунжером насоса попадает песок,
поступающий вместе с жидкостью, продукты износа штанг и труб, окалина с
поверхности последних и другие посторонние частицы. Наличие их в
зазоре вызывает абразивное изнашивание деталей. Отделение с
поверхности втулки крупной стружки и налипание ее с вдавливанием в
плунжер приводит в дальнейшем к заеданию. Другой причиной зае-

96 ПОРИСТОСТЬ МАТЕРИАЛА В ОБЪЕМЕ И В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ
дания явилось одностороннее скопление твердых частиц в зазоре и
связанное с этим повышение давления с диаметрально
противоположной стороны. Это ухудшало на отдельных участках режим трения и
способствовало при большом пути трения схватыванию
поверхностей, переходившему затем в заедание. В практике эксплуатации
нефтяных скважин заклинивание насосов вследствие заедания
плунжеров происходило довольно часто как в первые часы работы насоса,
так и через несколько сотен часов.
Изыскания в лабораторных условиях, выполненные АзНИИ по
добыче нефти, показали, что пара трения чугун - хром обладает при
хромированной поверхности наилучшей износо- и противозадирной
стойкостью, если эта поверхность испещрена углублениями.
Наличие их улучшает смазывание и охлаждение поверхностей трения,
прерывает путь трения и уменьшает возможность схватывания.
Сравнительные натурные испытания насосов с гладкими плунжерами и
модернизированных насосов с плунжерами, имеющими накатанную
поверхность, на которой углубления были расположены в
шахматном порядке, показали увеличение срока службы
модернизированных насосов в разных условиях эксплуатации до 45%, в том числе на
скважинах с большим засорением песком. Кроме того, при
достаточной частоте расположения углублений увеличивается
гидравлическое сопротивление в зазоре, вследствие чего существенно
уменьшаются утечки нефти.
Особый вид поверхностей трения представляют собой
прерывистые поверхности, с перемежающимися плато и впадинами. Работа
таких поверхностей выявила значительное уменьшение сил трения и
скорости изнашивания при высоких скоростях скольжения и
нагрузках. При умеренных условиях работоспособность прерывистых
поверхностей зависит от шероховатости поверхностей плато.
Шаброванные поверхности по своему характеру являются прерывистыми.
Помимо лучших условий смазки и предупреждения образования
горячих зон, преимущества прерывистой поверхности трения по
сравнению с непрерывной состоят в следующем: а) имеются большие
возможности локализации зародившегося задира в пределах одного
плато без захвата поверхности большой протяженности; б) частица
абразива, оказавшаяся на поверхности трения, или частица износа,
дойдя до углубления, попадает в него, и повреждение поверхности
ограничивается одним плато или площадкой, не затрагивая более
широкой области.
Подтверждением изложенного может служить способ
упрочнения станин металлорежущих станков, в результате которого
образуется прерывистая рабочая поверхность повышенной твердости.
Чтобы не простругивать при ремонте изношенную станину и не удалять
при этом более прочный поверхностный слой, рекомендуется
наносить твердый сплав на направляющие электроискровым способом,
примерно 50-60 точек на 1см2 поверхности, с последующим зашлифо-
выванием чугунным притиром или шлифовальными брусками.

Пористость материала в объеме и в поверхностном слое
97
Поверхностная пористость для обеспечения лучшей приработки
стальных и чугунных деталей может быть создана путем травления
поверхности 10-25%-ным раствором НМОэ. Рекомендуется после
травления пропитать детали в горячем масле в течение 15-20 мин. Можно
производить травление как одной, так и обеих сопрягающихся
деталей. Травлению подвергают рабочие поверхности цилиндров, в том
числе цилиндров крупногабаритных двигателей, поршневые кольца,
плунжерные пары.
Работы по изучению способов накатывания поверхности и
свойств накатанных поверхностей, а также по их применению в
машиностроении были проведены Д. Г. Громаковским. Он пришел к
выводу, что выбор рельефа контактирующей поверхности должен
определяться режимом трения сопрягаемых деталей. Так, для
плоских прямолинейных чугунных направляющих скольжения
металлорежущих станков, в контакте которых необходимо поддерживать
режим трения с граничной смазкой, эффективна поверхность,
состоящая из выступов, окруженных непрерывной сеткой каналов,
например поверхность гексагональной структуры (рис. 3.3 а).
Накапливающийся в таких каналах смазочный материал предотвращает
разрывы смазывающего слоя, а при неравномерном движении суппорта
каналы обеспечивают дренажирование избыточного
гидродинамического давления, возникающего в зазоре, что стабилизирует силы
трения и скорость при медленных перемещениях суппорта.
Для стабилизации сил трения при жидкостной смазке в
подшипнике скольжения дренажирующее действие системы впадин
недопустимо, в связи с чем впадины не должны сообщаться между собой
(рис.3.3 б).
Проведенные Д.Г. Громаковским эксперименты показали, что для
направляющих объем впадин на квадрате со стороной 25 мм должен
Рис. 3.3. Разновидности рельефа накатанных поверхностей (по Громаковскому Д.Г.):
а - с непрерывной системой каналов гексагональной формы; б - с системой дискретных
впадин (вверху - схемы образования рельефа накатным роликом)
7 __ 1П10

98 ПОРИСТОСТЬ МАТЕРИАЛА В ОБЪЕМЕ И В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ
составлять около 1 мм3, а для подшипников жидкостного трения - до
4 мм3. Помимо большего удержания смазочного материала
поверхностью после накатывания ее наклепанность увеличивает ее
износостойкость и создает остаточные напряжения сжатия. Было
установлено, что нагрузочная способность поверхностей деталей из чугуна,
бронзы, титана и стали возрастает на 30-80 % в результате
деформационного формоизменения. Оптимальный эффект формоизменения
поверхности по схеме на рис. 3.3 а достигается при з = 1,7...2 мм;
ф = 55...60°; з/г < 0,1 (г - радиус ролика); к = 0,2...0,4 мм и по схеме на
рис.З.Зб-при з=1,5...2мми к = 0,1...0,3 мм.
Накатывание поверхностей производилось на чугунных
направляющих тяжелого расточного станка мод. КУ-160. После
накатывания по схеме на рис. 3.3 а полностью прекратились схватывания
поверхностей, а интенсивность их изнашивания, как установлено
наблюдениями в течение двух лет, снизилась в 10 раз. Оптимальными по
износостойкости оказались площадки протяженностью 4 мм и
каналы при равных ширине и глубине 0,3-0,4 мм. Аналогичные
результаты были получены и для направляющих координатно-расточных
станков мод. 2455 из модифицированного чугуна СЧ 21.
Накатывание трущихся поверхностей было применено для
повышения нагрузочной способности, износостойкости и предотвращения
схватывания бронзовых деталей тяжелонагруженных шарниров шасси
самолетов. Ресурс шарниров втулок шасси после накатывания
повысился в 4 раза. В серийном производстве освоен выпуск более 15
наименований деталей шарниров с накатанной поверхностью.
В станкостроении целесообразно проводить накатывание
поверхностей ползунов, саней или кареток, что повышает износостойкость
узлов направляющих скольжения как без термообработки, так и при
закалке. В неподвижных соединениях деталей из титановых сплавов,
подверженных фреттинг-коррозии, накатывание целесообразно
совмещать с нанесением металлических или твердосмазочных
покрытий, с финишной антифрикционной обработкой (Д.Г.Громаковский).

Глава Ч. ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ
И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
КАК ФАКТОРЫ ПОВЫШЕНИЯ
ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПАР ТРЕНИЯ
Увеличение податливости одной из деталей сопряженного узла
или, наоборот, повышение жесткости детали либо узла в целом
может благоприятно влиять на его долговечность. В других случаях
положительное воздействие может оказать коррекция формы
рабочих поверхностей деталей.
1. Податливость детали
Податливость детали, общая или местная, позволяет ее рабочей
поверхности следовать за деформацией сопряженной детали и
приспосабливаться к неточностям ее геометрической формы.
Самоустанавливающийся опорный подшипник является простейшим
примером конструкции, имеющей деталь свободной податливости в виде
вкладыша, обладающего угловой подвижностью. Полнее роль
податливости проявляется в резинометаллических вкладышах и
гуммированных деталях, во вкладышах из пластмасс и мягких покрытиях
рабочих поверхностей.
Вулканизированная резина в сухом состоянии в любой паре
трения имеет коэффициент трения выше, чем у других материалов, и в
то же время в паре со сталью, бронзой и латунью при смазке такой
маловязкой жидкостью, как вода, обладает высокими
антифрикционными свойствами. Это объясняется тем, что гибкая и легко
деформирующаяся резина легко приспосабливается к неровностям
поверхности вала без нарушения в зоне нагружения непрерывности
смазочного слоя, толщина которого благодаря этому может быть меньшей
для сохранения режима трения при жидкостной смазке, чем при
металлической поверхности вкладыша. Высокая деформативность
резины обусловливает более равномерное распределение давления по
длине вкладыша. Абразивные частицы, содержащиеся в воде,
вминаются в мягкую поверхность резины, перекатываются по ней, не
производя режущего действия, и выносятся с водой в смазочную
канавку. При наличии песка, ила и грязи в смазывающей и охлаждающей
подшипник воде вкладыш изготовляют с большим количеством
канавок и подбирают резину с высокой износостойкостью. Резино-ме-
таллические вкладыши устанавливают в дейдвудных устройствах
морских и речных судов, в центробежных Песковых насосах,
артезианских насосах, гидравлических турбинах, турбобурах и т.п.
Условия работы подшипника турбобура весьма тяжелые,
частота вращения доходит до 1000 об/мин, детали вращаются в глинистом
растворе. Резиновые опорные подшипники оказались в этих услови-
7*

100 ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
ях вполне работоспособными, в то время как подшипники качения и
металлические вкладыши выходили из строя после 2-3 ч работы.
Упорный подшипник турбобура тоже имеет резиновый элемент в виде
неподвижной шайбы с радиальными канавками для прохода
глинистого раствора, играющего здесь роль смазочного материала. По этой
шайбе работает вращающийся закаленный диск.
Долговечность работы флотационных машин определяется
износостойкостью их основных деталей - импеллера и статора. Эти
детали, изготовленные из отбеленных чугунов и марганцевой стали,
имели срок службы всего 2-3 месяца из-за усиленного абразивного
изнашивания. Для повышения износостойкости деталей они были
выполнены с податливой рабочей поверхностью, которую не резали
абразивные частицы. Это было достигнуто гуммированием. Срок
службы деталей повысился до одного года. Гуммирование шаровых
клапанов плунжерных насосов, желобов, промывных корыт и других
деталей флотационных машин в несколько раз повысило их
долговечность.
В некоторой мере аналогично резине ведут себя мягкие
покрытия вкладышей, податливость которых обусловлена малым
сопротивлением пластичной деформации. У пластмасс, подобно резине, в
соответствии с величинами их модулей упругости, а у
термопластичных пластмасс еще и вследствие их размягчения, нагрузка по длине
вкладыша распределяется равномернее, чем у металлов.
Рассмотрим некоторые примеры повышения податливости
деталей при помощи конструктивной модификации с целью увеличения
их износостойкости.
Пример 1. При работе двигателя внутреннего сгорания вследствие
неравномерной тепловой деформации цилиндров могут возникнуть
значительные местные нагрузки на юбку поршня. Чтобы исключить
возможность заклинивания поршня, его юбку выполняют с
прорезями Т- или П-образной формы.
Пример 2. На рис. 4.1 приведена конструкция выпускного
клапана авиационного двигателя. Седло и клапан работают при высоких
температурах и испытывают значительные ударные нагрузки. В
первых конструкциях двигателя сёдла выпускных клапанов имели
жесткую посадку, при работе двигателя они искривлялись в связи с
неравномерной деформацией головки цилиндра, и соосность седла с
клапаном таким образом нарушалась. Между фасками клапана и седла в
отдельных местах появлялись просветы, через которые при
закрытом клапане прорывались газы; это вызывало местный перегрев и
прогар фасок. Таким образом, работоспособность седла и клапана в
большой мере зависит от плотности их взаимного прилегания. При
новой конструкции, показанной на рисунке, подвесное седло
выполняется удлиненным и крепится к цилиндру только за счет
развальцовки тонкого верхнего пояска. Такая конструкция обладает малой
жесткостью, благодаря чему седло может "приспосабливаться" к
клапану, обеспечивая лучший взаимный контакт.

Податливость детали
101
Пример 3. В подшипнике качения
приложенная нагрузка
распределяется неравномерно: около 50%
нагрузки приходится на тело качения,
расположенное в данный момент на
линии ее действия. При циркуляционной
нагрузке на внутреннее кольцо и
постоянной нагрузке на наружное
корпус подшипника растачивают по
калибру С (в буксах подвижного
состава железных дорог - по калибру П),
так что приблизительно 50%
нагрузки передается через тело качения,
расположенное на линии ее действия.
Лишь после значительной его упругой
деформации вступают в работу другие тела качения и увеличивается
контакт между наружным кольцом и корпусом.
Рис. 4.1. Выпускной клапан
авиадвигателя:
7 - металлический натрий;
2 - клапан; 3 - седло клапана;
4 - стопорное кольцо;
5 - стеллитовая наплавка
Рис. 4.2. Буксы и эпюры нагрузок на ролики: а - податливый корпус; б - жесткий
корпус
Долговечность подшипника с линейным контактом тел качения
и колец обратно пропорциональна нагрузке на более нагруженное
тело в степени 3,3- Если снизить эту нагрузку хотя бы на 10%, то это
повысит долговечность подшипника на 36%. Одним из решений
вопроса является выполнение корпуса с повышенной податливостью в
зоне нагружения подшипника. На рис. 4.2 изображены буксы
подвижного состава железных дорог и соответствующие эпюры
давлений на ролики. Деформация податливого корпуса при
соответствующей передаче нагрузки и деформация наружного кольца
способствуют более равномерному распределению нагрузки по телам качения в
зоне нагружения. Другое решение приводится ниже.

102 ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
2. Жесткость детали
Детали и узлы технологических машин должны обладать такой
жесткостью, чтобы неточность размеров и формы изготовляемого
изделия, связанная с относительными перемещениями инструмента и
деталей машины под действием рабочих усилий, не выходили за
пределы допуска. Определенным требованиям жесткости необходимо
удовлетворять, исходя из упругой устойчивости деталей,
вибростойкости узлов и некоторых других, специфических условий, как,
например, в электрических машинах. Задача повышения износостойкости
деталей предъявляет свои требования, относящиеся не только к
общей, но и к местной жесткости конструкции.
Нагрузочная способность цилиндрических и конических
зубчатых колес тем выше, чем равномернее распределена нагрузка по
длине зуба. Причинами неравномерности, помимо неточностей
изготовления деталей передачи и сборки их, являются изгиб и кручение
валов, кручение зубчатых колес, деформация опор и корпусов.
Наиболее существенно влияние изгиба валов. На рис. 4.3 а, б приведена
схема перекоса зубьев шестерни и колеса, возникающего вследствие
упругой податливости деталей передачи под нагрузкой. Если бы зубья
были абсолютно жесткими, то перекос повлек бы за собой точечное
касание зубьев у одного из торцов (рис. 4.3 в\ На самом же деле зубья
податливы, и если перекос невелик, то он полностью скомпенсирует-
ся деформацией зубьев. Суммарная деформация (рис. 4.3 г) зубьев
будет неодинакова по длине, и произойдет концентрация нагрузки
по ширине зубчатого колеса (рис. 4.3 д). Увеличение жесткости
валов, опор и корпусов является фактором благоприятным.
Консольное расположение шестерен, встречающееся часто в
конической и гипоидной передачах, приводит к большим перекосам, чем
при неконсольном расположении. Помимо изгиба вала, влияет
деформация опор и люфты в подшипниках (рис. 4.4 а). Отношение 1/с
Ф г) §)
Рис. 4.3. Схема перекоса зубчатых колес и образования концентрации нагрузки ^ по
ширине

Жесткость детали
103
*;
Рис. 4.4. Консольное а) и неконсольное б) расположение конического колеса:
Д;, Д2 - перемещение вала соответственно на опорах / и 2
следует брать не менее 2,5, чтобы уменьшить влияние деформации
подшипников и люфтов в них на угол перекоса оси вала.
Для повышения жесткости создают предварительный натяг в
подшипниках. Обширные опыты с гипоидными передачами,
применяемыми в качестве главной передачи в автомобилях, показали, что
при переходе от консольной схемы к неконсольной с добавлением
подшипника со стороны малого основания конуса шестерни (рис. 4.4 б)
нагрузочная способность передачи возрастает в среднем на 30%.
Подшипники 2 и 5 по обе стороны шестерни (рис. 4.4 б) желательно иметь
с цилиндрическими роликами: они менее податливы, чем шариковые,
и позволяют уменьшить люфт.
Однако не только увеличением жесткости элементов передачи
можно добиться большей равномерности давления вдоль зубьев.
Деформация зубьев под нагрузкой способствует-зыравниванию
давления, поэтому большая податливость зуба является положительным
качеством. Повысить податливость зуба можно, увеличив его
высоту. При данном диаметре шестерни это достигается увеличением
модуля. Если же такая мера нежелательна ввиду уменьшения
коэффициента перекрытия, то можно увеличить высоту зуба сверх
стандартной. Известно применение зубьев высотой 3,042 модуля.
Зацепление повышенной жесткости приведено на рис. 4.5
(японские патенты № 56 - 24136 и № 52 - 32602). На рисунке обозначено: 1 -
колесо, 2 - шестерня, 3 - зуб колеса с пазом 4, 5 - зуб шестерни с
перемычкой жесткости б. Данная конструкция имеет свою геометрию
зацепления.
Всякая концентрация нагрузки, будь то неравномерное
распределение погонной нагрузки по длине зуба колеса или неравномерная
раздача усилий по виткам нарезки гайки, нежелательна, поскольку
это, с одной стороны, ограничивает долговечность или нагрузочную
способность пары, а с другой, может снизить надежность. Вопрос о
действии концентрации нагрузки нуждается в более подробном
освещении.

104 ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 4.5. Зубчатое зацепление
повышенной жесткости
Следует различать неравномерность
нагрузки начальную и после приработки
пары трения. В случае невысокой
концентрации нагрузки и большой скорости
приработки к концу ее в местах
концентрации износится слой такой глубины, что
распределение нагрузки станет
равномерным по длине. Если такое выравнивание
давления имеет место, например у винтов,
передающих движение, то назначение
гайки относительно большой высоты будет
оправдано, хотя и в противоречие
существующей концепции о безрезультатном
увеличении высоты гайки сверх
определенной величины. Такая концепция
базируется на решении задачи о раздаче
усилий по виткам гайки без учета износа.
При малой скорости приработки и значительной концентрации
нагрузки в зубчатых колесах может наступить усталостное
выкрашивание на участках концентрации нагрузки до окончания приработки.
У зубчатых колес, работающих с переменными по величине
нагрузками, можно ожидать только частичную приработку зубьев, а
следовательно, и частичное выравнивание нагрузки по ширине
колес. Если во время работы образуется между рабочими
поверхностями зубьев масляный слой, воспринимающий полностью нагрузку, то
приработочного износа не будет, а эффект концентрации нагрузки
может проявиться лишь в периоды пуска и остановки.
Недостаточная жесткость фундамента под агрегат также может
быть причиной преждевременного повреждения пар трения. На ряде
дизель-генераторов с мощностью рядного двигателя 300 кВт при
560 об/мин отмечался массовый выход из строя рамовых и, в
меньшей мере, мотылевых подшипников. Например, на одном агрегате за
18 780 ч работы пришлось сменить 37 рамовых и 5 мотылевых
подшипников. Причина оказалась в следующем: рама
дизель-генератора была установлена на резиновых амортизаторах; она подвергалась
изгибу от малой статической нагрузки и значительному
переменному изгибу от инерционных сил по цилиндрам. Жесткость
фундаментной рамы была недостаточной. Усиление ее устранило
преждевременное разрушение подшипников.
3, Конфигурация детали
Положение о том, что изменением обычной конфигурации
рабочих поверхностей деталей удается в ряде случаев улучшить работу
пар трения, проиллюстрируем на ряде примеров.

Конфигурация детали
105
Пример 1. Из деталей, применяемых в уплотнительных
устройствах, наиболее массовыми являются манжеты и кольца из
эластичных материалов, в основном из резины. Рабочие кромки манжет при
вращении валов испытывают большие нагрузки и при высоких
скоростях вращения валов нагреваются и выходят из строя. На
величину контактного давления влияют предварительный натяг
поверхности уплотнения, овальность и эксцентричность контактирующих
поверхностей, давление рабочей среды, амплитуда и частота вибраций
и ряд других факторов. Для улучшения работы манжетного
уплотнения - его контактной поверхности, важно обеспечить надежный
отвод тепла. С этой целью И.Я. Альшиц и А.И. Голубев предложили
резиновые манжетные уплотнения выполнять с волнообразными
кромками (рис. 4.6). В этом случае площадь трения увеличивается
примерно на 2%, площадь теплоотдачи вращающегося вала —
примерно на 200% (на рис. 4.6 а, показаны линия 1 контакта в статике, а
на рис, 4.6 б- зона "в" отвода тепла в динамике). Для снижения
температуры в уплотнениях авторы не рекомендуют устанавливать
манжеты на полый вал и с большим натягом. Увеличить теплоотдачу
можно также, используя детали с высокой теплопроводностью, усилив
интенсивность охлаждения зоны трения принудительным потоком
жидкости вблизи зоны.
Пример 2. Для предупреждения концентрации нагрузки у концов
прямых зубьев цилиндрических и конических колес зубьям придают
(путем дополнительной обработки их боковой поверхности на
специальных станках) бочкообразную форму, при которой толщина зуба
уменьшается от середины шестерни к торцам. Наибольшая разница
толщин составляет 0,02-0,04 мм. Бочкообразная форма зуба не
только способствует увеличению долговечности передачи, но и
уменьшает также шум во время ее работы. А.В. Орлов для консольно
расположенных колес предложил технологически простой способ
повышения степени равномерности давления вдоль зуба, не требующий
специального оборудования. В случае одной сцепляющейся пары колес
Рис. 4.6. Резиновые уплотнения с волнообразными кромками

106 ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
подсчитывается угол их взаимного перекоса при передаче
наибольшего окружного усилия, и профили зубьев одного из колес сошлифо-
вывают под этим углом, что достигается поворотом ползуна зубо-
шлифовального станка на соответствующий угол. Если передача
реверсивная, то зубья одного из колес скашивают с обеих сторон.
Пример 3. Фланкирование зубьев заключается в отклонении
профиля зуба у вершины его "в тело" от эвольвенты и имеет целью
уменьшить силу ударов при входе и выходе зубьев из зацепления,
обусловленных погрешностями основного шага и деформациями зубьев.
Фланкирование при достаточном коэффициенте перекрытия
увеличивает также сопротивление заеданию.
Пример 4. Головки клапанов двигателей внутреннего сгорания
сопрягаются с седлами по коническим фаскам с углом 30 или 45°.
Фаске в 30° соответствует большее проходное сечение, но при
закрытом клапане давление его на седло меньше по сравнению с давлением
на седло с углом в 45°, и поэтому надежность уплотнения клапана
ниже. Если поверхность фаски клапана имеет высокую твердость, то
для ускорения приработки фаску седла выполняют с несколько
большим углом наклона, чем у клапана. Начальное касание поверхностей
происходит при этом по окружности, что и служит фактором,
ускоряющим приработку. В связи с малой поверхностью касания клапан
в работе также плотнее прилегает к седлу.
При дальнейших работах в этом направлении было найдено
другое решение, по которому фаску клапана выполняют с
дифференциальным углом наклона (рис. 4.7). Очертание фаски таково. Нижняя
поверхность ее на высоте до 1,5 мм имеет угол наклона 45°,
совпадающий с углом наклона седла (рис. 4.7 а). Верхняя часть фаски имеет
угол наклона 43°-43° 15' и при посадке клапана в седло с последним
не соприкасается. По мере отработки ресурса двигателя площадь
прилегания фаски клапана к седлу увеличивается за счет износа седла и,
главным образом, за счет вытяжки головки и стержня клапана под
нагрузкой. К исходу межремонтного ресурса двигателя клапан
обычно прилегает к седлу всей поверхностью фаски (рис. 4.7 б). Затем
нижняя кромка фаски клапана начинает "отставать" от седла, между ними
образуется щель, и фаска, подвергаясь более интенсивному
воздействию горячих газов, сравнительно быстро разрушается в связи с
перегревом и прогаром из-за ухудшения теплоотдачи в седло. Таким
образом, дифференциальная фаска клапана не только ускоряет его
приработку и обеспечивает герметичность посадки, но, кроме того,
исключает возможность образования щели между клапаном и
седлом за межремонтный ресурс двигателя.
Пример 5. Для повышения грузоподъемности и срока службы
подшипника качения без увеличения его массы и габаритов и
изменений в технологии производства в целом необходимо, как было
указано ранее, снизить пик нагрузки на наиболее нагруженное тело
качения. С этой целью А.М. Ковалевским было предложено отказаться

Конфигурация детали
107
Рис. 4.7. Схемы контактирования клапана 1 с седлом 2
от обычного растачивания корпуса подшипника по цилиндрической
поверхности с посадочным зазором. Рекомендовано сначала вести
растачивание по диаметру, меньшему наружного диаметра
подшипника, а затем, сместив центр от рабочей зоны, грубо расточить
нерабочую зону на глубину, необходимую для свободного монтажа. При
такой конфигурации расточки подшипник устанавливается в
корпусе с обжатием в зоне нагружения, протяженность которой может быть
назначена в 130-150°, а при отклонениях в направлении нагрузки до
45° должна быть увеличена до 175°. Стендовые динамические
испытания показали, что минимальный срок службы подшипников в
корпусах с рекомендуемой расточкой повысился в 2,7 раза со снижением
на 22% рассеяния долговечности и на 10% энергетических потерь.
Пример 6. При изготовлении подшипников скольжения ряда
быстроходных двигателей внутреннего сгорания некоторые заводы
отказались от цилиндрического растачивания вкладышей, перейдя к
гиперболическим вкладышам. Необходимость в таком переходе
поясняется рис. 4.8 а, на котором показана головка главного шатуна
авиационного двигателя и утрирована изогнутая ось шатунной
шейки. Головка обладает большей жесткостью, и деформация под
нагрузкой запрессованной стальной втулки, залитой свинцовой бронзой,
весьма мала. Деформация шейки приводит к концентрации нагрузки
в местах перехода от фасок к цилиндрической части втулки и в
центральной ее части. Шейка средней твердости в таких условиях
приработалась бы к заливке в соответствии с формой упругой линии,
однако упрочненная термообработкой шейка усиленно (вплоть до
выкрашивания) изнашивает бронзу в местах с высокими удельными
нагрузками.
Для повышения работоспособности подшипника требуется
придать его рабочей поверхности форму поверхности вращения с
образующей, которая воспроизводит упругую линию коленчатого вала или
близкую к ней. С другой стороны, необходимо, чтобы растачивание
было легко выполнимо. Этим требованиям удовлетворяет
поверхность гиперболоида вращения (рис. 4.8 б).

108 ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 4.8. Головка главного шатуна авиационного поршневого двигателя:
1 - сталь; 2 - свинцовая бронза; 3 - слой свинца
В мощном быстроходном дизеле, после того, как в связи с его
форсированием начали подвергать азотированию вал, участились
случаи выхода из строя вкладышей коренных подшипников из-за
интенсивного выкрашивания свинцовой бронзы вплоть до оголения
стальной поверхности. Применение гиперболических коренных
вкладышей показало их высокую надежность, позволило увеличить
допуск на несоосность в 3 раза и обеспечило решение важного вопроса
о взаимозаменяемости вкладышей: цилиндрические вкладыши в силу
меньшего допуска на несоосность из соображений прочности
коленчатого вала требовали окончательного растачивания в картере.
Пример 7. Компенсировать деформацию деталей иногда
возможно в процессе сборки. Так, фирма Зульцер (ФРГ) рекомендует
следующий порядок пригонки головных подшипников судовых
двухтактных дизелей производства фирмы. При шабрении нижних
вкладышей в разъем между корпусами и шатуном кладут фольгу толщиной
0,05-0,07 мм (рис. 4.9 а), подгоняют подшипники по цапфам
крейцкопфа, фольгу убирают и производят полную сборку подшипника.
а) б)
Рис. 4.9. Схема пригонки головных подшипников двухтактного судового двигателя:
/ - тело шатуна; - - фольга; 3 - нижняя половина головного подшипника; 4 - шток;
5 - крейцкопф

Конфигурация детали
109
Рис. 4.10. Регулирующий питательный клапан высокого давления:
а - схема клапана; б - золотник старой конструкции; в - золотник новой конструкции
Под рабочей нагрузкой цапфы, крейцкопф и вилки шатуна
деформируются, а так как подшипники подогнаны с наклоном, то в работе
улучшается прилегание их к цапфам (рис. 4.9 б), уменьшается
концентрация нагрузки по их длине, ускоряется приработка и
повышается надежность узла в целом.
Два последующих примера касаются золотников и плунжеров.
Пример 8. На рис. 4.10 а приведена схема регулирующего
питательного клапана высокого давления, а на рис. 4.10 б — разрез его
золотника. При загрязненной посторонними частицами питательной
воде часто возникали заедания золотника в седлах клапана и задир
поверхностей, вследствие чего золотник работал нормально не более
10 суток. Золотник был реконструирован (рис. 4.10 в): вместо двух
окон, расположенных в камере диаметрально, было выполнено по
предложению А.Е. Терехина восемь равномерно расположенных по
окружности наклонных прорезей. Во избежание вращения золотника
под действием реактивной струи прорези в другой камере имели
обратное направление. Увеличение числа окон в каждой камере
обеспечило самоцентрование золотника благодаря рассредоточению
потоков воды по периметру, а наклонное расположение окон - более
свободный вынос твердых частиц, попавших из воды на поверхность
золотника. Клапан с золотником новой конструкции работает при
перепаде давления 15 МПа, в то время как предел перепада на
золотнике старой конструкции был только 2,5 МПа, и то при
ограниченном, как уже указывалось, сроке службы.
Пример 9. В плунжерной паре гидроагрегатов в связи с
неизбежными отступлениями от правильной геометрической формы плунже-

НО ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
ра и золотника (в виде конусности, бочкообразности) при малейшей
эксцентричности расположения плунжера во втулке возникают
неуравновешенные радиальные (боковые) силы давления протекающей
через зазор жидкости. Эти силы, величина которых тем больше, чем
больше перепад давления на концах плунжера по его длине,
прижимают плунжер к той или иной стороне цилиндрической втулки и
перекашивают ось плунжера относительно оси втулки, что повышает
силы трения и вызывает защемление плунжера. Наиболее простой
способ уменьшения неуравновешенных радиальных давлений на
плунжере - это выполнение на его поверхности или поверхности втулки
кольцевых канавок шириной 0,3-0,5 мм и глубиной 0,5-0,8 мм. Число
канавок должно соизмеряться с длиной плунжера, учитывая
увеличение утечки рабочей жидкости при наличии канавок. По данным
Т.М. Башты, при одной канавке на плунжере силы трения
снижаются, до 40% от сил трения при гладком плунжере, а при семи
канавках - до 2,5%.
Пример 10. Некоторые роликовые подшипники имеют
тонкостенные кольца, изготовленные из листовой низкоуглеродистой стали с
помощью глубокой вытяжки с последующей цементацией и
закалкой. Для них непригодна обычная технология. Пониженная точность
таких колец не снижает их качества, поскольку кольца имеют
увеличенную податливость и после монтажа подшипника в корпус с
натягом принимают форму посадочного места, изготовленного
достаточно точно.
Пример 11. Штуцер (патент № 4347915, США) представляет
собой масленку для подачи пластичного смазочного материала под
давлением в узел трения. Устройство имеет корпус 1 (рис. 4.11) с
резьбовыми частями и сквозным отверстием а для подачи смазочного
материала. В пластмассовой вставке 2 корпуса установлена пружина 3 и
стальной шарик <5, который находится в контакте с пластмассовой
шайбой 5, запрессованной в корпус. В нормальном положении ша-
Рис. 4.11. Штуцер для подачи пластичного смазочного материала с шаровым клапаном

Конфигурация детали
111
Рис. 4.12. Подшипник качения повышенной долговечности
рик под действием пружины закрывает отверстие а, при подаче
смазочного материала под давлением пружина 3 сжимается и шарик
открывает отверстие а, через которое смазочный материал из
отверстия 4 поступает к узлу трения. Внутренний диаметр шайбы 5 равен
диаметру отверстия а. Для лучшего уплотнения отверстие в шайбе
выполнено конусным. При небольшом давлении смазочного
материала, когда шарик закрывает отверстие, шайба 5 за счет упругого
контакта с шариком обеспечивает надежное уплотнение. К резьбовой
части штуцера могут крепиться дозирующий клапан и другие
приспособления.
Пример 12. Подшипник качения (а.с. № 898150, СССР) имеет
наружное 1 (рис. 4.12) и внутреннее 2 кольца и тела качения (шарики) 3.
Кольца имеют выполненные по радиусу дорожки качения, причем
дорожка наружного кольца, которое при работе подшипника
неподвижно, имеет переменную глубину к по своей длине, максимальная
глубина соответствует глубине дорожки качения стандартного
подшипника.
Достигается это тем, что отверстие в наружном кольце
выполнено со смещением е относительно оси дорожки качения. Наружное
кольцо 1 установлено так, что максимальная глубина дорожки
качения 4 соответствует зоне наиболее нагруженного тела качения. При
этом кольцо 1 фиксируется в подшипниковом узле от
проворачивания. Положение кольца 1 соответствует направленной вертикально
вниз нагрузке. При работе подшипника внутреннее кольцо 2
вращается с некоторой угловой скоростью, а шарики перекатываются по
дорожкам качения (нижней части желобов) колец. Действующая на
подшипник нагрузка воспринимается шариками и дорожками
качения колец, при этом зоной нагружения неподвижного кольца 1
является его нижняя половина.
Увеличение грузоподъемности подшипника достигается
наличием у него большого угла заполнения. Это обеспечивается
увеличенным смещением при сборке подшипника внутреннего кольца
относительно наружного, что позволяет установить в подшипнике большее

112 ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
количество шариков или увеличить их диаметр. Повышение
предельной быстроходности данного подшипника достигается за счет
переменной глубины дорожки качения наружного кольца, что снижает
силы трения шариков и обеспечивает лучшую подачу смазочного
материала к ним. Технико-экономический эффект от применения
описанного подшипника по сравнению с известными заключается в
увеличении его динамической грузоподъемности и, как следствие, при
прочих равных условиях, в повышении его долговечности.
Пример 13. Конструктивным методом можно обеспечить
большую податливость материала, что будет способствовать получению
гидродинамического клина при меньших частотах вращения вала.
Детали подшипника с податливым основанием (патент США №
4277113) показаны на рис. 4.13. Рабочий слой 1 гидродинамического
подшипника скольжения, выполненный из листового
гофрированного материала, контактирует с основанием подшипника 2 и его
рабочей поверхностью 5. Гофрированный лист изготовляют из
композиционного материала - жаропрочного сплава 4 и покрытия 5. Для
основания используется сплав 1псопе1, который в отожженном
состоянии штампуют для придания требуемой формы и покрывают медью.
Далее производят термообработку сплава в бескислородной среде для
получения требуемых свойств по прочности и твердости. При
термообработке медь диффундирует в сплав, причем на поверхности
содержание меди достигает 100 % и уменьшается в глубину по
экспоненциальному закону. Рабочая поверхность подшипника так же
изготовляется из двухслойного материала. Использование
композиционного материала улучшает демпфирование и позволяет повысить
несущую способность и устойчивость работы подшипника при
высоких температурах и скоростях.
Пример 14. Податливость некоторых элементов игольчатого
подшипника, в частности его отбортовок, способствует повышению
надежности всего подшипникового узла. На рис. 4.14 показан
игольчатый подшипник (патент США № 4350397), предназначенный для
установки в корпус из материала с низкой прочностью (например, из
Рис. 4.14. Игольчатый подшипник с упругими элементами

Конфигурация детали
113
алюминия). Подшипник имеет кольцо 1 с отбортовками 2 и 5,
удерживающими ролики 4 с цапфами. Толщина кольцевой отбортовки 2
меньше толщины кольца и толщины отбортовки 3. Для увеличения
податливости отбортовки 3 в ее продольной части предусмотрена
выточка 5, в которой толщина стенки меньше, чем в радиальной
части отбортовки и в цилиндрической части кольца. В месте перехода
выточки 5 к цилиндрической части кольца выполнена коническая
фаска, исключающая задиры на поверхности отверстия корпуса 6 при
монтаже подшипника. При этом наличие податливых отбортовок 2 и
3 кольца предупреждает деформацию корпуса. Чтобы избежать
уменьшения грузоподъемности подшипника, длина дорожки качения кольца
должна быть больше длины роликов.
Пример 15. На рис. 4.15 приведено уплотнительное кольцо вала,
выполненное из эластомера (австрийский патент № 363286). Оно
состоит из корпусной части 1 прямоугольного сечения и
уплотнительной губы 2 приближенно треугольного сечения, соединенных тонкой
перемычкой. Корпусная часть и уплотнительная губа разделяются
кольцевой щелью а, которая при радиальной нагрузке полностью или
частично смыкается, а при осевой нагрузке расширяется. Щель
повышает эластичность уплотнительной губы и облегчает монтаж
уплотнения. В случае использования кольца в качестве радиального
уплотнения облицовывается та часть уплотнительной губы, которая
прилегает к кромке А, контактирующей с поверхностью В вала. При
использовании кольца в качестве осевого уплотнения
облицовывается осевой выступ уплотнительной губы, контактирующий с буртом С
вала. Универсальное уплотнительное кольцо имеет облицовку,
покрывающую всю рабочую часть уплотнительной кромки. Для
изготовления уплотнительного кольца можно использовать обычные виды
каучука. Для облицовки применяют пластмассы, обладающие
высокой износостойкостью и хорошими антифрикционными свойствами,
например ПТФЭ. Материал облицовки должен хорошо соединяться
с материалом кольца.
Пример 16. Установка роликоподшипника на эластичном кольце
приведена на рис. 4.16 (заявка ФРГ № 2841304). Подшипник,
устанавливаемый внутренним кольцом 1 на валу, имеет между наружным
Рис. 4.15. Уплотнительное кольцо из эластомера

114 ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 4.16. Роликоподшипник с эластичным наружным кольцом
кольцом 2 и опорной гильзой 3 промежуточное эластичное кольцо 4.
Ширина опорного и промежуточного колец больше ширины
подшипника. Гильза изготовляется из стали, промежуточное кольцо - из
эластомера, например резины. Обе детали соединяются
вулканизацией или склеиванием. Наружное кольцо 2 фиксируется в осевом
направлении относительно гильзы с помощью выступов А,
расположенных по обе стороны подшипника. С обеих сторон наружного кольца
имеется по три выступа 5, каждый из которых простирается по дуге
около 60° и смещен от противолежащего также на 60°. С каждой
стороны выступа по всей ширине эластичного кольца выполнены
осевые канавки я, разделяющие кольцо на отдельные взаимосвязанные
сегменты. При действии на подшипник значительных радиальных
нагрузок канавки эластичного кольца заполняются деформируемым
материалом. Подшипник компенсирует погрешность монтажа,
осевое и угловое смещения вала, уменьшает колебания и механический
шум.
Пример 17. На рис. 4.17 приведено уплотнение для поршневых
штоков, разработанное в Штутгартском университете (ФРГ). Оно
состоит из внутреннего фигурного кольца 1 из модифицированного
ПТФЭ и наружного резинового кольца 2 круглого сечения,
служащего для прижатия внутреннего кольца к штоку 3. Материалом
круглого кольца служит модифицированный ПТФЭ под названием Тигсоп,
который обладает повышенной жесткостью, благодаря введению в
ПТФЭ кристаллических зон и других составляющих для
стабилизации формы. Это позволяет увеличить нагрузку на кольцо из Тигсоп в
10 раз без появления текучести материала. На внутренней
поверхности этого кольца, прилегающей к штоку, выполнена ступенька со
стороны высокого давления и фаска со стороны низкого давления, в
результате чего обеспечиваются узкая рабочая кромка и
благоприятное распределение давления независимо от давления среды.
Учитывая наличие микрошероховатостей поверхности (рекомендуется 0,8-
2 мкм), абсолютную герметизацию обеспечивают два таких уплотне-

Конфигурация детали
115
Рис. 4.17. Уплотнение поршневых штоков
ния, расположенные последовательно. В таком уплотнении не
обнаружено никакой утечки после 106 ходов.
Пример 18. Одной из особенностей проектирования
современного прокатного металлургического оборудования является стремление
к компактности опор скольжения и качения, освоение подшипников
качения с малой высотой "живого" сечения й/В (рис. 4.18). Это
позволяет при заданном диаметре прокатных валков повысить жесткость
валковой системы и прочность шеек валка. Наилучший показатель,
характеризующий жесткость валковой системы, с1ЮЬт[п = 0,62...0,72 -
у станов с опорами на подшипниках жидкостного трения [2]. При
использовании диаметральных особо легких подшипников качения
серий 7 и 1 жесткость валковой системы
значительно ниже - соответственно 0,55-
0,57 и 0,6-0,64.
Компактность опор
металлургического оборудования может быть
обеспечена применением подшипников, кольца
которых являются одновременно
рабочими органами механизма: валками,
роликами, зубчатыми колесами и др. [2]. На
рис. 4.19 показаны специальные
роликовые подшипники, наружные кольца
которых являются опорными валками
многовалковых листовых станов и рабочими
валками станов холодной прокатки труб.
Одной из мер повышения
работоспособности опор качения в
металлургическом оборудовании является применение
подшипников с улучшенными
эксплуатационными характеристиками,
изготовление подшипников из стали вакуумного
8*
ГЗ^
^2222252^2
^ЧЧ\\\\\^3 Г
Л-о1
НР^Т
Рис. 4.18. Схема
расположения валковых опор:
^-диаметр шейки валка; 2) -
наружный диаметр подшипника
качения; 2)^ - минимальный
диаметр бочки валка

116 ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ, ПОДАТЛИВОСТЬ И СПЕЦИАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 4.19. Специальные роликовые подшипники для опорных валков
многовалкового листового стана
или электрошлакового переплава, имеющей повышенную
контактную выносливость.
Коробки передач выходят из строя, главным образом, в
результате износа торцев зубьев шестерен при переключениях скоростей.
Наиболее многочисленные случаи имели место на тракторах: сначала
разрушался нитроцементованныи слой, а затем основной материал
зубьев. Предельный износ торцов зуба по нормали ГОСНИТИ
определен в 8,6 мм. Износостойкость торцов может быть увеличена повы-
Рис. 4.20. Рекомендуемая форма торцев шестерен коробки передач

Конфигурация детали
117
шением твердости материала зуба. Авторы работы [2] в результате
специальных исследований пришли к выводу, что торцы шестерен при
их изготовлении должны иметь взаимоогибаемую бочкообразную
форму - ту, которая приобретается в результате естественного
изнашивания (рис.4.20). В этом случае работоспособность шестерен
повышалась в несколько раз. Авторы рекомендуют следующие
геометрические параметры (см. рисунок): у = 12..Л6°; /? = 2...4 м; г = 0,3...
0,4 м. Новая форма торцов зубьев может быть получена
применением пальцевой фрезы соответствующего профиля, а также
фрезерованием специальной червячной фрезой или с использованием
электрохимического метода [1].
В ряде работ по изнашиванию деталей машин отмечается, что
износ может быть снижен (особенно в процессе приработки) путем
придания такой формы детали, которая происходит в процессе ее
нормальной работы, т.е. детали необходимо придать форму ее
естественного износа [3].

Глава 5. ПЛАВАЮЩИЕ ДЕТАЛИ
В узлах трения скольжения эти детали встречаются в виде
плавающих пальцев, плавающих втулок и шайб.
Сочленение поршневого пальца с шатуном возможно: а) с
закреплением пальца в бобышках поршня или в малой шатунной
головке; б) установкой со свободой поворота как в бобышках поршня, так
и в шатунной головке; палец такой конструкции называется
плавающим. При работе механизма плавающий палец под воздействием сил
трения со стороны шатуна поворачивается. Угловое перемещение
шатуна в его качательном движении слагается из углового перемещения
относительно пальца и поворота пальца в бобышках, поэтому
окружная скорость пальца в каждом из этих перемещений примерно вдвое
меньше, чем при закрепленном пальце. Во столько же уменьшается и
тепловыделение в каждом из сопряжений пальца. Снижается скорость
изнашивания пальца и вкладышей, а износ поверхности пальца
распределяется равномерно. Однако наиболее важным преимуществом
плавающего пальца является высокая надежность узла: палец,
заевший в шатуне, может вместе с ним качаться в бобышках поршня, а
палец, заевший в бобышках, не препятствует качанию шатуна.
Чтобы плавающий палец не вызывал местного износа или задира
зеркала цилиндра, свободу его осевого перемещения ограничивают
заглушками (пробками, грибками) или упорными пружинными
кольцами, вставляемыми в проточки бобышек. Если поршень выполнен из
чугуна, то, как правило, предусматривают бронзовые вкладыши,
запрессовываемые в бобышки.
На рис. 5.1 а приведена конструкция плавающего подшипника
(втулки) поршневого дышла тепловоза. Стальная неподвижная
втулка 3 запрессована в головку дышла. Плавающая втулка 1 из
антифрикционной бронзы с отверстиями для прохода смазочного
материала устанавливается свободно как во втулке 3, так и на пальце
кривошипа. Смазка трущихся поверхностей производится твердым
смазочным материалом, который запрессовывается через клапаны 2 в
полость, образованную в верхней части головки дышла. Вследствие
нагрева деталей узла трения при работе нагревается и смазочный
материал; он плавится (при 80-100°С) и через отверстие в головке и
втулке 3 поступает к трущимся поверхностям. Такая головка по
сравнению с другими конструкциями имеет следующие преимущества:
1) большую долговечность, так как работа сил трения
распределяется между двумя парами рабочих поверхностей; 2) равномерный
износ рабочих поверхностей втулки (более длительно сохраняется их
цилиндрическая форма); 3) смягчение ударов в звеньях дышлового

Плавающие детали
119
Рис. 5.1. Плавающие втулки: а - поршневого тепловозного дышла; #- главного
шатуна авиадвигателя; 1 - плавающая втулка; 2 - клапан для подачи
(запрессовки) твердого смазочного материала; 3 - неподвижная втулка; 4 - стальная
запрессованная втулка; 5 - плавающая втулка с антифрикционным сплавом на
наружной и внутренней поверхностях; А - отверстия для подвода смазочного
материала к наружной трущейся поверхности
механизма, поскольку в подшипнике зазоры между трущимися
поверхностями всегда заполнены смазочным материалом; 4) меньшие
вращающиеся массы дышла; 5) более простой уход за дышловым
механизмом.
Подшипник с плавающей втулкой в нижней головке главного
шатуна авиационного двигателя показан на рис. 5.1 б. При
достоинствах этой конструкции, вытекающих из предыдущего, она не
лишена недостатков, заключающихся в трудности подвода масла к обеим
поверхностям втулки и в снижении грузоподъемности подшипника
из-за большего числа отверстий в плавающей втулке.
На рис. 5.2 а показан встречающийся в механизмах управления
вертолетов Бристоль (Великобритания) плавающий подшипник,
конструкция которого продиктована требованиями высокой надежно-
Рис. 5.2. Тяга управления вертолета: а - с сочетанием опорного подшипника
скольжения и качения; б - с плавающим подшипником скольжения; / - кольцо
подшипника; 2 - плавающая втулка с хвостовиком

120
ПЛАВАЮЩИЕ ДЕТАЛИ
Рис. 5.3. Конструкция с дублированием трения качения трением скольжения в опорах тяги
управления самолета
сти. Здесь последовательно расположены шариковый подшипник
и подшипник скольжения. Подвижность обычно наблюдается в
обоих подшипниках, но в случае отказа шарикового подшипника весь
плавающий подшипник становится только скользящим. Другой
вариант подшипника скольжения - с плавающей бронзовой втулкой
(рис. 5.2 б), как и в предыдущей конструкции, имеет поворотную
рукоятку для контроля легкости вращения.
Конструкция с дублированием опор, работающих по принципу
качения и скольжения, представлена на рис. 5.3 для тяги управления
самолета. Основой механизма является трехроликовая опора. Если
по тем или иным причинам ролики 2 заклинят, то будет работать
втулка 1 в качестве направляющей скольжения.
Подшипник с плавающей втулкой, как опора для малонагружен-
ных и быстро вращающихся роторов, является в то же время
антивибрационным. Валы таких роторов в обычных цилиндрических
подшипниках работают при малых относительных эксцентриситетах, что
вызывает опасность возникновения автоколебаний валов на
масляном слое. Небольшого радиального усилия может быть достаточно
для значительных смещений цапфы в масляном зазоре. Возрастание
дебаланса ротора может привести к опасному контактированию
поверхностей цапфы и подшипника. Изготовление и расчет
специальных антивибрационных подшипников - эллиптических,
многоклиновых, с различного рода выемками на рабочей поверхности и других,
применяемых для повышения устойчивости движения вала, сложнее,
чем обычных подшипников. Простой путь повышения
виброустойчивости опоры трения при жидкостной смазке это применение
подшипника с плавающей втулкой. Потери на трение в таком
подшипнике, как показывают расчеты, меньше, чем в обычном подшипнике.
Известны конструкции быстроходных опор из набора
плавающих чередующихся бронзовых и стальных втулок или только
стальных втулок, покрытых с обеих сторон баббитом. При
конструировании подобных опор руководствовались следующим. Количество
выделяющейся в гидродинамическом подшипнике теплоты прямо
пропорционально квадрату угловой скорости вала. Плавающие втулки
снижают угловую скорость, и если даже принять, что суммарное теп-

Плавающие детали
121
ловыделение будет примерно таким же, как и в обычном
подшипнике, то и тогда в каждом масляном зазоре тепловыделение будет
меньше, и условия работы при смазке окажутся более надежными. При
подводе масла с торца подшипника, поскольку течение его в этом
случае происходит по нескольким параллельным путям,
увеличивается циркуляция масла, что способствует лучшему отводу тепла.
Аналогично опорам скольжения из плавающих втулок имеются
конструкции упорных подшипников с плавающими упорными
шайбами. Такая конструкция из попеременно расположенных стальных
закаленных шайб и бронзовых шайб с клиновидными скосами
приведена на рис. 5.4.
В планетарных передачах важной конструктивной задачей после
выбора схемы является равномерное распределение нагрузки по
сателлитам. Если принять, что детали недсформируемы, то при
фиксированных осях колес и водила каждое центральное колесо вследствие
неизбежных погрешностей (например различия толщин зубьев в
пределах допуска) будет контактировать только с одним сателлитом.
Деформируемость деталей несколько улучшает их контактирование.
Лучший результат выравнивания нагрузки между сателлитами
достигается при выполнении основных звеньев (т.е. колес без
радиальных опор) плавающими. При плавающем центральном колесе
наилучшее выравнивание нагрузки между сателлитами достигается при
числе их, равном трем. В редукторах, имеющих плавающие
центральные колеса внешнего зацепления с сателлитами, вращающий момент
подводится преимущественно с помощью двойной зубчатой муфты,
позволяющей центральному колесу совершать радиальное
перемещение, достаточное для выравнивания нагрузки.
Плавающие элементы в узлах машин предусматриваются также
для компенсации тепловых деформаций. На рис. 5.5 изображен
опорный узел на нерегулируемых подшипниках качения. Если
подшипники закрепить жестко на валу и в корпусе, то удлинение вала при
повышении температуры узла в процессе его работы вызовет
уменьшение осевого зазора в подшипниках и последующее защемление тел
Рис. 5.4. Масляная пята для восприятия Рис. 5.5. Опорный узел с шарикоподшипниками:
осевого давления крыльчатки 1 - закрепленная опора; 2 - плавающая опора

122
ПЛАВАЮЩИЕ ДЕТАЛИ
качения между кольцами, что снизит долговечность подшипников.
Такая опасность устраняется применением плавающих опор. В этом
случае только один подшипник жестко закрепляют на валу и в
корпусе, фиксируя вал вдоль оси, другие же подшипники устанавливают в
корпус, расточенный по калибру С, так что при жестком
закреплении на валу они могут свободно перемещаться (плавать) в осевом
направлении. При двух опорах в качестве плавающей выбирают
наименее нагруженную, чтобы легче реализовать принцип плавания. В
многоопорном вале следует жестко закреплять в корпусе наиболее
нагруженную опору.
Одной из причин прогара клапанов двигателей внутреннего
сгорания является коробление клапанных седел при термических
деформациях головки цилиндра. Чтобы исключить это влияние, в
авиационных двигателях воздушного охлаждения применяют седла со
свободной посадкой, т.е. плавающие (рис. 5.6). Теплоотвод от такого
седла ухудшается, и температура его поэтому повышена, что
необходимо учитывать при выборе материала.
На рис. 5.7 показан плавающий подшипник чехословацкого
производства (а.с. № 1853838, ЧССР). В корпусе 1 подшипника
установлена плавающая втулка 2, ограниченная от осевого смещения. По
каналу а масло поступает в продольную канавку б к поверхности
трения. При вращении вала под действием гидростатического давления
в канавке б между втулкой 2 и корпусом 1 образуется слой
смазочного материала. Это снижает коэффициент трения между втулкой и
корпусом, втулка начинает вращаться в направлении вращения вала.
Такая схема позволяет расширить область применения радиальных
подшипников такого типа.
Рис. 5.6. Плавающее седло клапана
авиадвигателя:
1 - пята, воспринимающая удары седла; 2 - Рис. 5.7. Плавающий подшипник
два полукольца; 3 - плавающий элемент седла скольжения

Плавающие детали
123
Рис. 5.8. Плавающее уплотнение
радиального подшипника с
игольчатыми роликами
На рис. 5.8 показана конструкция
плавающего уплотнения радиального
подшипника с игольчатыми
роликами. Уплотнение представляет собой
втулку 1 из эластомера с канавкой на
наружной поверхности между двумя
кольцевыми ребрами и гладкой
частью за внутренним ребром. В
свободном состоянии уплотнение имеет
криволинейное очертание с
минимальным диаметром на внутренней
стороне. Уплотнение крепится в отверстии
наружного кольца 2 подшипника.
При этом уплотнение деформируется и приобретает форму
цилиндрической втулки. Гладкая часть уплотнения за выступом удерживает
от выпадения иглы 3 подшипника, устанавливаемого
непосредственно на валу 4. В собранном виде между выступом кольца и всеми
стенками канавки уплотнения образуются небольшие зазоры. После
установки подшипника на валу между валом и внутренней
поверхностью уплотнения также образуется незначительный зазор. Вследствие
этого уплотнение получается плавающим, что обеспечивает его
большую долговечность.
Еще один пример уплотнения с плавающими деталями показан
на рис. 5.9. Это - уплотнение вала главного циркуляционного насоса
АЭС с водяным реактором, которое отделяет радиоактивную
горячую воду первого контура от охлаждаемой нейтральной воды,
подаваемой в камеру кольцевого уплотнения вала. Разделительное
уплотнение выполнено в виде нескольких разрезных колец из углеграфито-
вого материала, помещенных в отдельные камеры. Каждое кольцо
воспринимает лишь часть общего перепада давления; утечки запира-
Рис. 5.9. Разделительное уплотнение с плавающими кольцами вала главного
циркуляционного насоса АЭС

124
ПЛАВАЮЩИЕ ДЕТАЛИ
ющей жидкости малы [1]. Авторы отмечают, что износостойкость
применяемых для этой цели углеграфитовых материалов может быть
повышена улучшением структуры углеграфитов и применением
более износостойких пропиток.
Преимуществом уплотнений с плавающими кольцами является
их простота и компактность конструкции, недостатком - плохая
компенсация износа, вследствие чего допустимый износ не должен
превышать десятых долей миллиметра. Основными направлениями
усовершенствования таких уплотнений, как указывают авторы [1],
являются: применение более износостойких антифрикционных
материалов (например для газов - применение углеграфитов, пропитанных
суспензией фторопласта-4) и создание условий трения, близких к
трению при жидкостной смазке.

Глава Ь. ПРИНЦИП ВЗАИМНОГО ДОПОЛНЕНИЯ КАЧЕСТВА
1. Общие сведения
Этот принцип отражает технико-экономическую сторону при
конструировании и производстве деталей машин, инструмента и
других изделий. В работах В.А. Добровольского и Л.Б. Эрлиха он
фигурирует под наименованием принципа местного качества. Поясним его
содержание и предпосылки зарождения.
К деталям машин предъявляются требования общей и
контактной прочности, жесткости или податливости, износо- и коррозиес-
тойкости, вибростойкости и т.д. Выполнение этих требований в
совокупности обеспечивается надлежащим выбором материала,
назначением размеров, удовлетворяющих должной прочности изделия,
рациональных конструктивных форм деталей и соответствующей
технологии изготовления в целом. Выбор материала, который в "сыром"
виде полностью отвечал бы условиям работы деталей, представляет
сложную и зачастую невыполнимую задачу. Так, стальная деталь,
испытывающая воздействие динамической нагрузки и подверженная
изнашиванию, должна обладать высокой прочностью и твердостью,
значительными пластичностью и ударной вязкостью.
Во многих случаях оказывается экономически целесообразным
применить для изготовления деталей конструкционную углеродистую
или легированную сталь с последующей ее цементацией и закалкой.
В результате такой обработки изделие становится неоднородным по
своему строению, имея вязкую сердцевину и твердый износостойкий,
но мало пластичный поверхностный слой. Здесь качества
сердцевины и поверхностного слоя дополняют друг друга, образуя
необходимую по условиям службы деталей комбинацию свойств.
Конструкционная углеродистая сталь, имея отдельные высокие
показатели механических свойств (прочность, пластичность,
твердость и т.п.), не обладает во многих случаях удовлетворительным их
сочетанием. При изыскании материалов с широким комплексом
высоких механических свойств были рассмотрены легированные стали,
обладающие, в зависимости от состава, рядом ценных
физико-химических характеристик, таких как жаростойкость, высокая магнитная
проницаемость, стойкость к коррозии в различных средах и т.д.
Необходимо отметить, что высокая скорость превращения аустенита и
выделения цементита из твердого раствора и сравнительно большая
скорость процессов отпуска в углеродистой стали препятствуют
закалке на большую глубину и получению однородной структуры при
больших размерах сечения. Однако углеродистая сталь легко
выплавляется, хорошо обрабатывается и имеет сравнительно
невысокую стоимость. Использование такой стали перспективно. Жаростой-

126
ПРИНЦИП ВЗАИМНОГО ДОПОЛНЕНИЯ КАЧЕСТВА
кость деталей из низкоуглеродистой стали может быть повышена в
десятки раз алитированием, коррозиестоикость при эксплуатации в
промышленной атмосфере и пресной воде - кратковременным
азотированием. Для предупреждения корродирования вала в воде не
обязательно изготовлять его из нержавеющей стали, можно применить
бронзовую облицовку — сквозную или только на протяжении шеек,
и защитное покрытие между ними, выполнив вал из углеродистой стали.
Чугун, благодаря его относительно высокой механической
прочности, хорошим литейным качествам и другим положительным
свойствам, является ценным конструкционным материалом. Однако во
многих случаях по соображениям технологичности конструкции либо
исходя из особых условий работы деталей используют монолитную
конструкцию из чугуна в сочетании с другими материалами. Так, в
сельскохозяйственных машинах распространены колеса с литой
чугунной ступицей, в которую одним концом залиты стальные спицы,
расклепанные другим концом в стальном ободе. Встречаются
диафрагмы паровых турбин и наддувочных устройств двигателей
внутреннего сгорания из чугунных полуколец или колец с залитыми
стальными штампованными или механически обработанными лопатками
точного профиля. Тормозная вагонная колодка изготавливается из
серого перлитного чугуна с отбеленной рабочей поверхностью или
собирается из вставок из белого чугуна и залитой стальной спинки-
каркаса. Последний служит для увеличения прочности и
предупреждения распадения колодки в случае ее разрушения. На ряде марок
автомобилей тормозные барабаны имеют обод из листовой стали,
залитый изнутри чугуном, образующим рабочую поверхность. В
некоторых тормозах для улучшения теплоотвода применяют
биметаллические барабаны (алюминий - чугун).
В приведенных примерах детали неоднородны по сечению, что
обусловлено применением разнородных материалов, взаимно
дополняющих по своим свойствам друг друга. Эту неоднородность мы
называем макроскопической в отличие от микроскопической, присущей
подавляющему большинству материалов в изделиях. Собственно
говоря, и в случае термохимической обработки деталей мы
сталкиваемся с макроскопической неоднородностью по сечению, несколько
сглаженной в связи с наличием ясно выраженных переходных зон от
сердцевины к поверхности.
Принцип взаимного дополнения качества используется также при
получении комбинированных (композитных) материалов из
нескольких компонентов, сохраняющих свои особенности, но в
совокупности образующих новые материалы, отличные по свойствам от
исходных компонентов. Способы реализации целевой макроскопической
неоднородности изделий следующие: 1) термохимическая
обработка; 2) облицовка поверхностей; 3) применение накладок и вставок;
4) биметаллизация; 5) тонкослойные неметаллические покрытия.
Термохимическая обработка деталей не требует дополнительных
пояснений. Остальные способы осветим подробнее.

Облицовка поверхности
127
2. Облицовка поверхности
Распространены защитные облицовки валов с подшипниками на
смазке водой. Шейки судовых гребных валов облицовывают
бронзовыми рубашками. Участки вала между шейками защищают от
коррозии резиновой привулканизированной рубашкой, так как
лакокрасочные покрытия не могут в этом случае служить надежной защитой,
а бронзовая рубашка имеет высокую стоимость. Однако на ряде
танкеров наблюдались повреждения резиновых покрытий гребного вала
в виде разбухания и местных разрывов, что влекло за собой
образование коррозионно-усталостных трещин в валах под покрытием.
Причина разбухания покрытий — применение немаслостойкой
резины и попадание в дейдвудную трубу воды, загрязненной
нефтепродуктами. В последнее время армированное защитное покрытие
выполняют на основе эпоксидных смол. После нанесения на
очищенную и обезжиренную поверхность эпоксидного состава на нее
накладывают стеклоткань и прокатывают валиком. Повторение процесса
обеспечивает двух- или трехслойное покрытие. На поверхность
покрытия наносят эпоксидный состав с введением в него 5-10%
алюминиевой пудры.
Имеются факторы, снижающие с течением времени защитное
действие покрытия. Между гребным валом и бронзовыми
облицовками с торцов их происходит проскальзывание при пуске главного
двигателя и передаче крутящего момента на гребной винт. Кроме того,
покрытие деформируется совместно с валом при его изгибе. Под
действием переменных напряжений нарушается сцепление покрытия с
валом, в первую очередь в районе стыка с облицовкой. Покрытие
требует при этом ремонта.
В гидротурбостроении более распространена облицовка вала из
листовой нержавеющей стали. Обечайку из двух листов, сваренных
встык, натягивают на вал при помощи специального
приспособления, прихватывая листы для лучшего прилегания к валу
электрозаклепками.
Другим видом облицовки вала является его гуммирование. В
качестве третьего способа можно привести футеровку канатных
блоков и шкивов. Высокие напряжения в точках касания проволочек
каната с ободом, возрастающие с повышением модуля упругости
материала обода, совместно с проскальзыванием каната, вызываемым
продольными колебаниями его на прямых участках при подъеме и
опускании груза, не затухающими вблизи блоков, служат причиной
изнашивания обода и наиболее сильной повреждаемости каната на
стороне, обращенной к ручьям блоков. Замена стального блока
чугунным повышает срок службы каната, дальнейшее уменьшение
модуля упругости материала обода должно улучшать положение, что и
подтвердилось на практике.

128
ПРИНЦИП ВЗАИМНОГО ДОПОЛНЕНИЯ КАЧЕСТВА
Рис. 6.1. Футеровка шкива
текстолитовыми клады-
шами
На одном из металлургических
заводов шкивы скипового подъемника с
чугунным ободом выходили из строя через 1-
1,5 года. Трещины и другие
образовавшиеся изъяны в ободе способствовали
интенсивному изнашиванию канатов. Смена
шкивов требовала большой затраты
времени. Футеровка шкивов текстолитовыми
вкладышами 1 (рис. 6.1) удлинила срок
службы каната. Хотя вкладыши служат в
среднем один год, замена их производится
всего за 2 ч двумя слесарями при
плановых ремонтах без необходимости
демонтажа шкива.
Н.И. Коваленко предложил другой способ футеровки ручьев
шкива в связи с возможностью отламывания буртиков у мягких
чугунных блоков. Он заключается в образовании рабочей поверхности
наплавкой стальных блоков чугуном (содержание 81 — 4%, С — 3,5%)
или алюминием. Такая наплавка, благодаря уменьшению контактных
давлений, предохраняет канат и блоки от интенсивного изнашивания.
В горнорудном и металлургическом оборудовании облицовка
приемных лотков, течек, бункеров плитками каменного литья или
гранита вместо стальных листов повысила сопротивление
изнашиванию в 4 раза и более.
Валы совмещенных опор и некоторые другие детали могут иметь
на своих концах резьбу для крепления деталей изделия (дисков
турбин, вентиляторов и т.п.). Если вал изготовлен, например, из стали
ШХ15, то выполнение резьбы затруднено и такая резьба не обладает
достаточной прочностью. Поэтому при конструировании
совмещенной опоры рабочие элементы конструкции, изготовляемые из
специальной стали, следует выделять в отдельные детали. Например,
внутренние желоба изготавливают на элементах 1 (рис. 6.2) из стали ШХ 15
(или ШХ15СГ), а вал 2 совмещенной опоры - из стали 12Х18Н9Т.
Затем пару элементов (внутренние кольца) после предварительного
шлифования напрессовывают на вал и их дорожки качения
окончательно доводят на такой сопряженной конструкции. Это - один из
примеров макроскопической неоднородности вала совмещенной опо-
ры [1].
А
Рис. 6.2. Конструкция вала совмещенной опоры с макроскопической
неоднородностью

Применение накладок и вставок ]^
3. Применение накладок и вставок
1. Для повышения износостойкости и предохранения от задиров
направляющих металлорежущих (главным образом тяжелых и
крупных) станков целесообразно вместо закалки и других способов
упрочнения устанавливать на направляющие пластмассовые накладки,
используя карбинольный клей БФ-2, БФ-4 или клей на основе
эпоксидных смол, либо закрепление винтами при большой толщине
пластин. Применение накладных направляющих крупных токарных,
расточных, продольно-фрезерных, продольно-строгальных и других
станков повышает работоспособность направляющих, снижает
стоимость станков и сокращает их простои в ремонте. Для накладок
используют текстолит, графитированный кордоволокнит, гетинакс,
винипласт и др.
Капрон из-за низкой теплопроводности не пригоден для
накладок направляющих уже при скоростях перемещения 3 м/с. Область
его применения ограничивается средней скоростью перемещения по
направляющим порядка 15 м/мин и давлением 1 МПа при обильной
смазке. Стиракрил обеспечивает вследствие высокой адгезии к
металлу быстрое образование накладок путем заливки смешанного с
жидкостью порошка на поверхность направляющих и быстрого
отверждения на воздухе. Он обеспечивает большую плавность
перемещения, чем капрон, при медленных перемещениях, но менее
теплостоек. Недостаточное сопротивление абразивному изнашиванию
пластмассовых направляющих препятствует их внедрению в станки
средних размеров.
На одном из предприятий при зенкеровании отверстий в
корпусных деталях применяли борштанги со стальными направляющими.
Переход к направляющим с текстолитовыми вставками
ликвидировал явления задиров направляющих, удлинил срок работы штанг и
позволил увеличить скорость резания.
С хорошими показателями износостойкости эксплуатируются
накладки из цинкового сплава ЦАМ10-5 на направляющих столов
продольно-строгальных и фрезерных станков, на салазках стоек ко-
пировально-фрезерных и расточных станков и суппортов тяжелых
токарных станков. Толщина накладок 12-15 мм, ширина -до 400 мм,
длина - до 1200 мм, крепление - при помощи винтов с потайной
головкой, заливаемой сплавом или баббитом. Из сплава ЦАМ10-5 Урал-
машзавод выполняет наделки на направляющие станин тяжелых
карусельных станков.
2. На одной из моделей радиально-сверлильных станков по
рукаву перемещается на четырех роликах каретка со сверлильной
головкой. Для снижения скорости изнашивания направляющих чугунного
хобота под роликами натянута легко сменяемая тонкая закаленная
стальная лента (рис. 6.3).
9 - 2039

130
ПРИНЦИП ВЗАИМНОГО ДОПОЛНЕНИЯ КАЧЕСТВА
Рис. 63. Схема каретки радиально-сверлиль-
ного станка:
/ - клин, регулирующий зазор в осях
роликов; 2 - фиксирующий винт; 3 - ролики; 4 -
стальная лента; 5 - натяжной ролик
Рис. 6.4. Высокооборотный керосиновый
насос:
1 - стакан (азотированная сталь); 2 -
ротор (сталь); 3,5- пластины (бронза);
4 - сухарь (сталь ШХ15)
3. На рис. 6.4 приведен поперечный разрез модернизированного
высокооборотного керосинового коловратного насоса. До
модернизации пластины ротора изготовлялись из бронзы; стакан и пластины
быстро изнашивались, и насос снижал подачу. В представленной
конструкции насоса пластины ротора изготовлены из бронзы со
вставленными закаленными сухарями. Наличие их резко снизило скорость
изнашивания по сравнению с изнашиванием бронзовых пластин.
Сухари под действием центробежных сил прижимаются к рабочей
поверхности стакана, благодаря чему частично компенсируется
износ стакана и сухарей, что, в свою очередь, удлиняет срок службы
насоса.
4. Облагораживание поверхностей трения деталей из черных
металлов вставками из антифрикционного материала позволяет в ряде
случаев повысить антифрикционные свойства деталей при
незначительном расходе дефицитных цветных металлов.
На некоторых дизелях установлены чугунные газоуплотнитель-
ные поршневые кольца с поясками из антифрикционного сплава,
закатанными в выточку кольца со стороны его рабочей поверхности
(рис. 6.5). Так, на некоторых двигателях поясок из свинцово-бронзо-
вой проволоки закатан в выточку поршневого кольца глубиной 4 мм
и высотой 2 мм при высоте кольца 9 мм. Поясок, выступая за кольцо
на 0,2 мм, легко прирабатывается, обеспечивая "твердой" смазкой
цилиндр, улучшает приработку кольца. Кроме того, обладая
высоким коэффициентом теплопроводности, он способствует теплоотво-
ду от чугунной основы. Подобные пояски из бронзы применяют на
некоторых кольцах поршней двигателей тепловозов.

Применение накладок и вставок
131
\гш%
Рис. 6.5. Поршневое кольцо с закатанным бронзовым пояском
В последние годы заводы-строители мощных судовых
двигателей отказались от применения таких вставок, по-видимому, в силу
технологичности. Зато большим распространением пользуются
пояски из оловянной или свинцовой бронзы шириной 25-30 мм, зачека-
ненные или развальцованные в канавки типа ласточкина хвоста в юбке
поршня числом до трех. После протачивания пояски выступают на
0,3-0,4 мм. Они улучшают приработку цилиндра и амортизируют
удары поршня о стенки цилиндра при перемене направления движения
поршня, являясь одновременно объектом контроля правильности
сборки кривошипного механизма: односторонний износ поясков
указывает, в какую сторону смещен поршень от оси цилиндра.
Применение поясков, как показывает опыт эксплуатации двухтактных
двигателей с петлевой продувкой, резко снижает, а в некоторых случаях
ликвидирует задиры поршней и цилиндровых втулок. На одном из
танкеров с дизель-редукторной передачей от двух двигателей на
гребной винт, где были случаи задиров, последние не наблюдались после
установки поршней, имеющих кольца с бронзовыми поясками.
Применение Е.П. Микитюком вставок из баббита Б16 в нижних
салазках суппортов токарных станков (по две вставки шириной 5 мм
на каждом суппорте) снизило, по данным четырехлетних натурных
испытаний, почти вдвое среднегодовой износ направляющих станин
(до 0,05-0,06 мм против 0,12 мм). Баббитовые вставки общей
площадью 2,5-3,0% от номинальной поверхности трения подвижной
направляющей позволили удлинить срок службы направляющих
разнообразного металлорежущего оборудования в 2-4 раза.
Предлагаются для направляющих станков вставки из фторопла-
ста-4, устанавливаемые в стакан или прямоугольную коробку без
зазора, а также комбинированные направляющие из участков капрона
или стиракрила и фторопласта-4, с тем, чтобы менее податливый
пластик воспринимал основную нагрузку, а фторопласт уменьшал силу
трения. По данным исследований А.С. Проникова, при оптимальном
соотношении площади 15-30% капрона и стиракрила в фторопласте-
4 износостойкость направляющих при трении без смазки повысилась
более чем в 20 раз.
Бронза в поясках, как и баббит во вставках, внедряясь во
впадины шероховатостей сопряженных поверхностей, увеличивает площадь
фактического контакта, изменяет напряженное состояние в контакте
о*

132
ПРИНЦИП ВЗАИМНОГО ДОПОЛНЕНИЯ КАЧЕСТВА
и уменьшает число участков с чрезмерно высокими давлениями,
ухудшает условия взаимного внедрения поверхностей, чем облегчается
приработка и снижается скорость изнашивания. Взаимный перенос
бронзы или баббита с одной поверхности трения на другую
уменьшает возможность схватывания чугунов.
Срок службы ходовых колес кранов в основном зависит от
износа их реборд. Хорошая смазка реборд колес позволяет снизить
интенсивность их изнашивания в 1,4-1,7 раза, а в некоторых случаях даже
в 3-4 раза. Смазывают реборды жидкими, пластичными и твердыми
смазочными материалами. В первых двух случаях, однако, смазка
очень трудоемка, требуется большой расход смазочного материала,
он попадает на дорожку качения колеса, что неблагоприятно
сказывается на работе крана. Твердый смазочный материал (графит,
дисульфид молибдена) наносят с помощью подпружиненных стержней,
устанавливаемых в специальные мундштуки [2]. В качестве
смазывающих элементов служат дисульфидмолибденовые стержни МЭ-22 (ТУ
32 ЦТ559-74) производства Кусковского завода консистентных
смазок. Применение смазывающих стержней значительно повышает
уровень технического обслуживания кранов, но это требует большого
расхода дефицитного смазочного материала и периодической его
замены.
В.А. Ромашенко, А.П. Дорощук и Ю.М. Григорьев предложили
новый способ нанесения твердого смазочного материала на
реборды ходовых колес и боковые поверхности головок рельсов.
Способ разработан Краматорским
НИИПТМАШем. Он состоите том, что
в ребордах колес при их изготовлении
или на действующем кране сверлят
отверстия, в которые вставляют на
эпоксидном клее смазывающие стержни
(рис. 6.6). При трении реборды колеса о
рельс смазывающий материал
наносится на трущиеся поверхности и
расходуется по мере износа реборды, т.е. в
течение всего срока службы ходового
колеса. При этом, как указывают авторы
изобретения, смазывание реборды и
боковой поверхности рельса
происходит только при их взаимодействии, что
значительно сокращает расход
смазочного материала.
Смазочные стержни изготовляли из
дисульфида молибдена (стержни
п ,, „ ЭМ-22), коллоидного графита (связую-
Рис. 6.6. Схема установки " ^ ^ Д ч ,\я*
смазочных стержней в реборде Щее- эпоксидный клеи) меди (М1
ходового колеса ГОСТ 859-78) и свинца (С 1 ГОСТ 3778-
А-А увеличено

Применение накладок и вставок
133
Рис. 6.7, Поршни с кольцевыми вставками
77). Шаг установки смазочных стержней изменяли в пределах от 35
до 70 мм. Лучшие результаты были получены при стержнях из меди и
свинца [2].
В алюминиевых литых поршнях форсированных двигателей
внутреннего сгорания прибегают к проставкам из жаропрочного чугуна
(рис. 6.7), теплопроводность которого ниже, чем у основного
металла поршня. Помимо "тепловой дамбы", проставка создает твердый
ручей для поршневого кольца, в меньшей мере подверженный
разбиванию кольцом.
В некоторых случаях, особенно при отсутствии смазки,
целесообразно применять уплотнения, в которых материалы
уплотняющего пояска и корпуса манжеты различны (рис. 6.8). Манжета состоит
из установленного в корпусе кольца 1 и упругой губы 2 с накладкой 3
прямоугольного сечения толщиной 0,6 мм, выполняющей функции
уплотнительного пояска. Манжета выполняется из эластомера,
накладка - из полиамида или фторопласта.
Шестеренные насосы могут обеспечить высокое давление на
выходе, они отличаются простотой изготовления, компактностью,
имеют небольшую металлоемкость, просты в обслуживании. Такие
насосы широко применяют в хлебопекарном, кондитерском и сахарном
производстве пищевой промышленности. При эксплуатации насосов
основной причиной потери их работоспособности является износ
сопряженных шестерен и поверхности
корпуса, сопрягаемой с шестернями. Для
изготовления корпуса и шестерен
насоса часто применяют серый чугун СЧ 18.
Валы роторов изготавливают из
низколегированных улучшенных сталей, а
опорные втулки - из оловянно-свинцо-
вой бронзы БрОЦС 5-5-5. При
перекачке коррозионно-активных сред
кондитерского и хлебопекарного
производства шестеренные насосы работают от
600 до 800 ч, после чего требуют
ремонта - фрезерования крышек со стороны ?ис 6 8 Уплотнительная ман.
рабочих поверхностей с утонением их на жета с накладкой из фторо-
величину выработки. Валы роторов за- пласта на уплотнительной губе
меняют или восстанавливают их изно- (И.Я. Альшиц, А.И. Голубев)

134
ПРИНЦИП ВЗАИМНОГО ДОПОЛНЕНИЯ КАЧЕСТВА
Рис. 6.9. Шестеренный насос
шенные поверхности. Втулки
подшипников заменяют на новые, а зубья
шестерен наплавляют по всей длине [3].
С целью повышения
долговечности шестеренных насосов - увеличения
износостойкости подшипников
скольжения и уменьшения торцевых зазоров
на крышках корпуса, особенно в зоне
перекрытия зубьев шестерен, авторы
работы [3] предложили: 1) в месте
контактирования шестерен 4 с опорными
втулками 5 (рис. 6.9 ), в которые
частично заходят втулки подшипников,
выполнять кольцевые пазы в торцах
шестерен. При работе насоса внешняя
поверхность А втулок 5, сопряженная
с шестернями, становится рабочей, за
счет чего уменьшаются удельные
нагрузки на опору скольжения и
значительно снижается вероятность перекоса осей валов 3 от выработки
внутренних поверхностей втулок. Благодаря сменным прокладкам 7,
обеспечивается периодическая компенсация износа торцев втулок;
2) на внутренних поверхностях крышек 2 по линии, соединяющей оси
шестерен, и параллельно оси по обеим сторонам, на расстоянии,
равном радиусу впадин шестерен, выполнять пазы, заполняемые
наплавкой, зачеканкой или запрессовкой более износостойкого материала
6, чем материал корпуса 1 (медью или ее сплавами). Медь и ее
сплавы, как считают авторы, существенно повышают электрохимический
потенциал обработанной поверхности при контакте с движущимися
в полости насоса электролитами, защищая таким образом чугунные
детали от коррозионно-эрозионного воздействия. При этом
улучшаются антифрикционные свойства трущихся поверхностей. Как
показала эксплуатация опытной партии модифицированных насосов, их
работоспособность в 5-6 раз выше, чем у серийных насосов. Из-за
наличия в перекачиваемых средах абразивных частиц применение
металлофторопластовых и аналогичных материалов для
шестеренных насосов оказалось малоэффективным.
4. Биметаллизация
Биметаллом называют материал, состоящий из двух прочно
послойно соединенных между собой металлов или сплавов. Биметалли-
зацию осуществляют способами: 1) металлургическим — заливкой
одного металла по другому без или с последующей деформацией в
холодном либо горячем состоянии, путем прессования или прокатки,
соединением металлов при совместной деформации в горячем состо-

Биметаллизация
135
янии (плакирование), наплавкой; 2) гальваническим; 3)
гальвано-металлургическим — после электроосаждения одного из металлов
заготовку подвергают горячей прокатке; 4) металлизацией напылением.
Прочность соединения, в зависимости от способа биметаллиза-
ции и свойств соединяемых металлов, обеспечивается механическим
сцеплением или оплавлением, заключающимся в растворении или во
взаимной диффузии пограничных слоев разнородных металлов.
Механическое сцепление обуславливается взаимным проникновением
металлов, а также силами трения, возникающими при усадке
затвердевающего жидкого металла.
Первыми биметаллическими деталями машин были,
по-видимому, залитые баббитом чугунные вкладыши подшипников. Баббит
непригоден как материал для изготовления целиком из него
машинной детали вследствие его невысоких механических свойств, не
говоря уже о сравнительно высокой стоимости. Он нуждается в
армирующем подслое.
Исключив из рассмотрения литой биметаллический инструмент
и опустив вопросы гальванических покрытий и металлизации
напылением, отметим, что около 40 лет тому назад были сделаны первые
попытки заменить цельнобронзовые втулки и вкладыши
подшипников сталебронзовыми. В дальнейшем совершенствование технологии
заливки и плавки (нагрев стальных заготовок в печи или газовыми
горелками, нагрев и плавка ТВЧ в сочетании с центробежной
заливкой, заливка в восстановительной атмосфере, применение
электрической дуги для прогрева заготовки и плавки наносимого на нее
металла и т.п.) создали предпосылки для широкого применения би-
металлизации бронзой с использованием центробежного способа
заливки.
В массовом производстве находятся вкладыши из стальной
ленты с залитым слоем баббита или свинцовой бронзы, а также
вкладыши из трубчатой заготовки. Механизирован процесс биметаллизации
втулок в крупно- и мелкосерийном производстве. В тракторных и
комбайновых дизелях Д-35 и Д-54 и на комбайновом двигателе СМД
внедрены для коренных и шатунных подшипников вкладыши из
плакированной полосы с алюминиевым сплавом АСМ C,5-4,5% 8Ь; 0,3-
0,7% М§) на мягкой стальной основе.
Биметаллизация подшипников скольжения с применением
прогрессивных методов производства позволяет не только значительно
экономить дефицитный металл (до 10 раз в сталебронзовых втулках
по сравнению с цельнобронзовыми), но и резко повысить стойкость
деталей в связи с улучшением качества антифрикционного металла и
возможностью уменьшения толщины залитого слоя. В
биметаллических подшипниках толщина такого слоя 0,5 мм и более, в
прецизионных бывает и 0,05 мм. Слой баббита, заливаемого во вкладыши
подшипников валов большого диаметра при стационарных формах,
назначается после механической обработки толщиной 2-3 мм.

136
ПРИНЦИП ВЗАИМНОГО ДОПОЛНЕНИЯ КАЧЕСТВА
Прочность соединения баббита с телом вкладыша при
использовании метода заливки обеспечивается предварительным лужением
заливаемой поверхности. В процессе заливки баббита между ним и
вкладышем образуется в результате химической реакции и диффузии
промежуточный слой из Ре$п,. Дополнительные средства для
лучшего сцепления баббита с вкладышем в виде мелкой резьбы и пазов
типа "ласточкина хвоста" (продольных, поперечных и комбинации
их) не только повышают расход баббита и трудоемкость подготовки
поверхности под заливку, ослабляют корпус вкладыша, но и
ухудшают условия теплоотвода по причине скопления окислов в пазах.
Исследованиями и опытом эксплуатации тяжело нагруженных
подшипников установлено, что более технологичной и надежной является
конструкция стального вкладыша (с содержанием углерода в стали
не свыше 0,2%) со слоем баббита, залитого на поверхность
шероховатостью Яг = 20..Л 0 мкм и Ка = 2,5... 1,25 мкм.
Конструкционный чугун из-за наличия в нем графита и пор
плохо лудится. Лужение в этом случае лучше заменить меднением.
Отверстия и канавки улучшают сцепление между чугунным корпусом и
баббитом. Что касается прочности соединения при заливке
вкладыша бронзой, следует иметь в виду, что межкристаллическая
диффузия на стыке обоих металлов протекает при температуре подслоя не
ниже температуры плавления заливаемого металла, и интенсивность
диффузии возрастает с длительностью соприкосновения подслоя с
расплавленным металлом. Хорошо сваривается с бронзой феррит,
хуже - перлит. Из чугунов наиболее пригодны для изготовления
биметаллических изделий ферритно-перлитные. Шероховатость
поверхности под биметаллизацию должна быть Ка = 80...40 мкм. Для
увеличения сцепления между металлами на заливаемой поверхности
нарезают мелкую резьбу, а иногда выполняют канавки.
Из других биметаллических деталей пар трения укажем на гайки
винтовых передач и червячные колеса. Во многих случаях стальной
корпус гайки заменяют чугунным.
Более технологичной, чем обычная сборная конструкция,
является двухслойная конструкция червячного колеса, имеющего
чугунную или стальную ступицу в качестве сердечника и отлитый в
земляную форму или в кокиль бронзовый венец.
Дальнейшим развитием "слоеных" конструкций подшипников
являются триметаллические. Коэффициент линейного расширения а
баббита Б-83 почти такой же, как оловянной бронзы и примерно в
1,75 раза выше, чем у стали. Последнее соотношение еще выше для
свинцовистых и кальциевых баббитов. В связи с этим возможность
отрыва от тела вкладыша слоя баббита при охлаждении несравненно
меньше, если имеется бронзовый подслой. Кроме того, бронза и
баббит образуют развитый переходный слой сплавления, более прочный,
чем тонкий переходный слой между сталью и баббитом. Эти
обстоятельства привели к созданию сталебронзобаббитовых вкладышей и

Биметаллизация
137
втулок. Вкладыши заливают сначала бронзой, затем растачивают и
после этого заливают тонким слоем баббита.
В сталебронзобаббитовом подшипнике по сравнению со стале-
баббитовым баббит обладает большей податливостью на подслое
бронзы, что позволяет вкладышу лучше приспособляться к цапфе;
кроме того, исключается опасность задира вала при выработке
баббита.
Широко распространены триметаллические вкладыши из
стальной ленты со слоем свинцовой бронзы, на которую, для повышения
ее коррозиестойкости в смазочных маслах, осаждают
электролитически на толщину 20 мкм свинцовый сплав с 5-10% 8п или 3,5-4,5% 1п.
Серебро имеет высокую теплопроводность, большую
пластичность, твердость, мало изменяющуюся с повышением температуры,
и наиболее высокое из подшипниковых материалов сопротивление
усталости, но плохо смазывается. Поэтому на стальной вкладыш
наносят серебро, которое покрывают тонким @,01 -0,02 мм) слоем
свинцового сплава, насыщенного индием. Присутствие индия в сплаве
предохраняет его от коррозии. Для хорошего сцепления серебра с
основанием на сталь осаждают медь или никель. Подшипники с
промежуточным серебряным слоем способны успешно служить при
высоких нагрузках (до 70 МПа) и скоростях и при больших
температурных перепадах.
5. Частичная биметаллизация
Под этим процессом следует понимать биметаллизацию части
поверхности трения детали. Хотя число случаев частичной биметал-
лизации ограничено, однако метод является перспективным.
Заливка баббита в специально выфрезерованные выемки на обеих
поверхностях привалки чугунных поршней к цилиндрам воздушных
компрессоров позволила сохранить поршни в рабочем состоянии в 2-3 раза
дольше, чем при трении чугуна по чугуну. После предельно
допустимого износа поршень может быть повторно залит баббитом, между
тем как раньше требовалась после растачивания цилиндра замена
поршня на другой, большего диаметра.
Установка баббитовых пластин в специальные карманы в
направляющих металлорежущих станков, о чем уже упоминалось ранее,
представляет собой случай частичной биметаллизации.
6. Тонкослойные неметаллические покрытия
Здесь мы рассмотрим вопрос о покрытиях из пластических масс
для защиты стальных деталей от коррозии и об использовании
пластмасс в узлах трения.
Разбухание пластиков и значительное их тепловое расширение
требует назначения повышенных зазоров, что снижает надежность

138
ПРИНЦИП ВЗАИМНОГО ДОПОЛНЕНИЯ КАЧЕСТВА
работы узла. Высокая податливость пластика снижает эффект
воздействия динамической нагрузки, делает узел менее чувствительным
к требованиям сборки и понижает точность механизма.
Толстостенные полиамидные втулки, запрессованные в металлические корпуса,
проявляют ползучесть. Указанных недостатков можно избежать,
применяя пластмассы в виде тонкого покрытия, которое также
выполняет роль защитного покрытия. Чтобы улучшить теплоотвод от
антифрикционного слоя пластика, вводят в смесь теплопроводящие
наполнители.
Существуют следующие основные способы нанесения
тонкослойных пластмассовых покрытий:
1. Литье под давлением. Позволяет получать покрытия
толщиной от 2 до 5 мм; наполнителем служит текстолитовая или древесная
крошка. Способ применяется при изготовлении облицованных
вкладышей подшипников;
2. Нанесение дисперсий из пластмасс в водном или другом
псевдорастворе. В дисперсное состояние можно перевести почти все
термопластичные пластики. Дисперсия напыливается на поверхность
детали, подвергающейся в дальнейшем нагреву. Способ
используется в основном для нанесения антикоррозионных покрытий;
3. Метод погружения. Деталь, нагретую выше температуры
плавления пластика, погружают в пластмассу;
4. Приклеивание пленок;
5. Газовое и вихревое напыление. Вихревое напыление является
наиболее производительным способом покрытия.
В условиях загрязненности абразивом тонкослойные
подшипники могут оказаться непригодными, поскольку насыщение абразивом
антифрикционного слоя может ослабить его механическую прочность.
Лаки Ф-БФ содержат фторопласт-4 и хорошо сцепляются с
металлическими поверхностями. Коэффициент трения стали по
поверхности, покрытой лаком, такой же, как и по фторопласту-4. В
некоторых случаях эти лаки могут использоваться для повышения
эксплуатационных свойств металлических подшипников.
Резина как уплотнительный материал (например в манжетах),
обладая весьма хорошей упругостью, имеет высокий коэффициент
трения по стали и малую износостойкость. Фирма 81ттег (ФРГ)
разработала манжетное уплотнение, которое представляет собой
обычную армированную манжету, уплотнительная губа которой,
поджимаемая к валу браслетной пружиной, имеет на рабочей поверхности
покрытие из антифрикционного материала на основе ПТФЭ. Это
позволило снизить потери на трение и увеличить долговечность
манжеты. Облицовка в виде тонкой фольги толщиной 0,2-0,4 мм из ПТФЭ,
привулканизированной к эластомерному кольцу, не оказывает
значительного влияния на эластичность манжеты.
Незначительная износостойкость и низкая хладостойкость ПТФЭ
не позволяют использовать этот материал в чистом виде для обли-

Тонкослойные неметаллические покрытия
139
цовки уплотнений. Композиционные материалы, в которых в
качестве наполнителей используются стекловолокно, уголь, графит и
бронза, при незначительном увеличении коэффициента трения имеют
более высокую хладостойкость. В машиностроении для облицовки
уплотнений применяют ПТФЭ, наполненный бронзой; этот материал
имеет низкие скорость изнашивания и коэффициент трения
благодаря реализации избирательного переноса. В химической
промышленности для тех же целей используется композиционный материал,
содержащий уголь или графит.
Применение уплотнения с привулканизированным
антифрикционным покрытием снижает момент от сил трения при пуске
(приблизительно на 60%); такие уплотнения вдвое долговечнее обычных
манжетных уплотнений. Уплотняемые детали (валы, штоки, плунжеры)
должны изготавливаться из закаленной стали. Манжеты,
армированные ПТФЭ, могут применяться при высоких давлениях в
гидронасосах и гидромоторах. Обычные радиальные уплотнительные кольца
работают при незначительном перепаде давления. Манжетные
уплотнения специальных конструкций из нитрокаучука для работы в
условиях низких давлений и скоростей имеют фактор ру = 7,5; у манжет,
облицованных ПТФЭ, ру « 45.

Глава 7. ЗАМЕНА ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ
ВНУТРЕННИМ ТРЕНИЕМ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА
Кинематические пары с жесткими звеньями для относительно
небольших линейных, угловых или их совместных перемещений в ряде
случаев могут быть заменены неподвижными соединениями с
промежуточным элементом высокой упругости, что имеет ряд преимуществ,
как будет показано далее. Взаимное смещение звеньев в процессе их
работы достигается за счет деформации специальной эластичной
детали; при этом внешнее трение скольжения или качения заменяется
внутренним трением упругого элемента из резины. Это соединение
выполняется в виде резинометаллического шарнира.
Крепление резины к металлам осуществляется вулканизацией,
соприкасающейся с металлом резиновой смеси, склеиванием или
сцеплением путем предварительного сжатия резины при монтаже
металлических поверхностей шарнира. Резина легко вулканизируется к
стали, чугуну, латуни и алюминиевым сплавам. Наиболее прочно
резина скрепляется с латунями определенного состава. Некоторые
ингредиенты резины или клея для ее крепления могут вызвать
корродирование стали и чугуна, поэтому одним из наиболее распространенных
способов крепления резины является вулканизация смеси в контакте
с латунированной поверхностью металлической арматуры.
По способу изготовления различают шарниры, вулканизованные
в сборе, закатанные и сборные. Закатанные шарниры встречаются
только в виде резинометаллических.
На рис. 7.1 изображен закатанный шарнир, применяемый в
подвеске автомобиля. Резиновое кольцо 3, надетое на внутреннюю
втулку 1, вводится в тонкостенную стальную трубу, которую затем
раскатывают, в результате чего уменьшается диаметр трубы при
некотором увеличении ее длины и создается
необходимое сцепление между резиной
и металлической арматурой. Края
трубы после раскатки завальцовывают.
Наружную втулку 2 запрессовывают в
проушину листовой рессоры;
внутреннюю втулку закрепляют при сборке
неподвижно между стенками кронштейна
рамы.
Опорный узел с вулканизированной
в сборе резинометаллической втулкой,
арматура которой приспособлена для
Рис. 7.1. Закатанный посадки на конус, приведен на рис. 7.2.
резинометаллический шарнир Конический палец закрепляется при по-

Замена внешнего трения внутренним трением упругого элемента
141
Рис. 7.2. Опорный узел с резинометаллической вулканизированной втулкой:
1 - конический палец; 2 - шпонка; 3 - резинометаллическая втулка\4 - гибкий чехол из
маслостойкого материала
мощи шпонки. С другими конструкциями вулканизированных рези-
нометаллических втулок и способами их крепления можно
ознакомиться в работе [2].
Представление о сборных шарнирах дает крепление задней
рессоры автомобилей (рис. 7.3). Резиновые втулки 1 с заплечиками
зажимаются пальцами 2 с накатанными подголовками между щеками 3
сережки или между стенками кронштейна. При затяжке пальцев
втулки осаживаются и плотно прижимаются к пальцам и проушинам.
Конструкция шарнира в виде резинового башмака (рис. 7.4)
встречается в креплениях рессор автомобилей. Концы рессоры зажаты в
таких башмаках. Удлинение рессоры при ее прогибе компенсируется
деформацией резины. Отгибы на рессорных листах и на накладках
обеспечивают передачу конструкцией толкающих усилий.
На рис. 7.5 приведен шарнир с упругим элементом (патент, №
4158511, США). Упругая промежуточная втулка 1 заполняет
кольцевое пространство между центральной втулкой 2 и корпусом 3
шарнира. Конструкция позволяет создать предварительный натяг между
осью 4 и втулкой 1 путем запрессовки стержня во втулку 2. При на-
Рис. 7.3. Подвеска задней рессоры автомобиля при помощи сборных резинометалли-
ческих втулок: а - крепление переднего конца на кронштейне; б - крепление заднего конца
на сережках; / - резиновые втулки; 2 - пальцы; 3 - щеки сережки; 4 - проушина рессоры

142 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Рис. 7.4. Крепление рессоры в резиновом башмаке
добности может быть обеспечена некоторая подвижность втулки 2
относительно втулки 1 за счет применения специального смазочного
материала. Наружная поверхность втулки 2 может иметь
радиальные выступы, препятствующие осевым смещениям.
Резинометаллические втулки обладают не только радиальной, но
в малых пределах также осевой и даже угловой подвижностью.
Однако в большем диапазоне все шесть степеней подвижности имеют
универсальные шарниры со сферической резиновой прокладкой.
Резинометаллические шарниры нашли применение в узлах
подвески автомобилей и тракторов, в мягких карданах, в гусеницах
тягачей, сочленениях вагонных и локомотивных рам с их поворотными
тележками и т.п.
Мягкие, или упругие карданы имеют в качестве упругого
элемента диск из прорезиненной ткани или резинометаллические втулки.
Кардан первой разновидности удовлетворительно работает при угле
между валами до 3-5°, кардан с резинометаллическими втулками
допускает угол между валами до 12° и осевое смещение втулок до 20-
25 мм [1].
По сравнению с обычными, резинометаллические шарниры
обладают такими преимуществами: отсутствует изнашивание от
внешнего трения, что исключает
абразивное изнашивание деталей; отпадает
необходимость в смазке и установке
уплотняющих устройств; упрощается
уход; уменьшается масса; в узлах
подвески амортизируются удары, что
способствует бесшумности хода; в
упругих карданах, помимо смягчения
ударов при резком увеличении
крутящего момента, происходит гашение
вибраций и демпфирование крутильных
колебаний. Отсутствие смазочного
материала в шарнирах имеет особое
значение для машин пищевой и
текстильной промышленности.
Рис.7.5. Шарнир с упругим
элементом

Глава О. РАЗГРУЗКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Поверхности трения в некоторых случаях можно разгрузить,
внеся в конструкцию машины изменения, направленные на снижение
действующих усилий, или уменьшив долю нагрузки, воспринимаемую
непосредственно контактирующими участками деталей. Простейшим
примером такой разгрузки может служить шевронная передача,
когда при незафиксированном в осевом направлении одном из колес
осевые усилия с полушевронов не передаются на валы и их опоры.
Другим примером является двухколодочный тормоз, разгружающий валы
и подшипники от радиальных сил прижатия колодок к шкиву.
В центробежных насосах при одностороннем подводе жидкости
к рабочему колесу возникает осевое усилие в сторону всасывания,
вызванное различием статических давлений по обе стороны колеса.
Такова же природа осевого усилия на колесах центробежных
вентиляторов и нагнетателей. Правда, в последних осевая нагрузка
невелика, у насосов же она может доходить до нескольких тонн.
Для разгрузки рабочих колес и роторов насосов от осевого
давления применяют:
- разгрузочные отверстия в диске (рис. 8.1 а), которые
выравнивают давления по обе стороны колеса. Этот способ связан с
необходимостью дополнительного уплотнения между нагнетательной и
разгрузочной камерами и с увеличением гидравлических потерь,
поэтому его используют только в одноступенчатых насосах. Для
выравнивания давлений иногда делают специальный обводной трубопровод
для подачи давления в разгрузочную камеру;
- двусторонний подвод жидкости к колесу (рис. 8.1 б);
- симметричное расположение колес в многоступенчатых
насосах (рис. 8.1 в)\
- гидравлические пяты (рис. 8.1 г), автоматически
обеспечивающие уравновешивание осевых усилий на ротор при всех нагрузках.
Давление в разгрузочной камере определяется сопротивлениями на
пути от камеры нагнетания до всасывающего патрубка и
повышается с увеличением расхода жидкости через осевой зазор между
разгрузочным диском и уплотнительным кольцом.
При увеличении осевого усилия ротор насоса может
переместиться в сторону всасывания, что уменьшает осевой зазор и количество
перетекающей жидкости. Давление в разгрузочной камере вследствие
этого падает, и осевое усилие на разгрузочном диске, как
результирующая двух осевых сил, увеличивается. Каждой осевой нагрузке
соответствует определенное положение ротора. Установочный осевой
зазор назначают в пределах 0,10-0,12 мм для среднего диаметра разгру-

144
РАЗГРУЗКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Рис. 8.1. Способы уравновешивания осевого усилия в центробежных насосах:
а - отверстия в диске; б - двусторонний подвод; в - симметричное расположение колец;
г - гидравлическая пята; / - уплотнительное кольцо; 2 - разгрузочный диск; 3 -
разгрузочная камер
зочного кольца до 150 мм, 0,15-0,20 мм при среднем диаметре от 150
до 250 мм и 0,25 мм при диаметре свыше 250 мм.
Аналогично гидравлическим пятам в насосах, реактивные
паровые турбины, с целью уменьшения нагрузки на упорный подшипник
ротора, имеют думмисы, которые предназначаются для
уравновешивания осевой составляющей давления пара на лопатки и
выступающие части ротора.
Уравновешивание динамических усилий в звеньях машин
уменьшает нагрузку на сочленения. В частности, в многоцилиндровых
двигателях, в которых силы инерции первых порядков уравновешены в
пределах блока цилиндров, применяют иногда противовесы для
разгрузки опорных подшипников. В предположении, что коленчатый вал
представляет собой систему разрезных валов, Я.Л. Геронимус дал
решение задачи оптимального подбора противовесов.
Работе шестеренного насоса свойственна следующая особенность.
Степень перекрытия шестерен у него больше единицы, т.е. пара
зубьев вступает в зацепление, когда предыдущая пара еще из него не
вышла. В начале зацепления пары между точками АнВ (рис. 8.2)
образуется замкнутая полость с жидкостью в ней. При дальнейшем
повороте шестерни эта полость достигает своего минимума в том
положении, когда точки зацепления новой пары зубьев и предыдущей
расположены симметрично относительно полюса зацепления Р.
Указанная полость сохраняет свой объем до момента выхода из зацепления
предыдущей пары зубьев в точке С на линии зацепления. Вследствие

Разгрузка рабочих поверхностей
145
Рис. 8.2. Образование запертого
объема между зубьями шестерен насоса:
МЫ - линия зацепления; Р ~ полюс
зацепления; / - основной шаг
ничтожной сжимаемости жидкости
и большого сопротивления
протеканию ее через торцовые зазоры
между шестернями и корпусом
насоса уменьшение объема полости
сопровождается резким
повышением давления в ней. В итоге на зубья
шестерен, на валики и
подшипники передается значительная
пульсирующая нагрузка; известны случаи,
когда по этой причине насосы
приходили в полную негодность за 8-
10 ч эксплуатации из-за сильного
износа подшипниковых втулок.
Для устранения вредного влияния давления жидкости,
запираемой во впадинах зубьев, делают разгрузочные канавки на корпусе.
Назначение канавок - сообщить замыкаемую полость через торцы с
камерой нагнетания (рис. 8.3). Конфигурация и глубина канавки
подлежат расчету. Второй способ нейтрализации давления заключается
в скосе зуба ведомой шестерни таким образом, чтобы замыкаемый
объем все время возрастал. Это более дорогостоящий способ, и
рекомендуется для сильно нагруженных насосов и гидравлических
двигателей (Е.М. Юдин).
В высоконапорных шестеренных насосах для повышения их
долговечности важно снизить возможность деформации валиков и опор
(в особенности опор качения), происходящую от рабочих нагрузок.
Целесообразна разгрузка подшипников при помощи
гидравлического противодавления, которое создается путем соединения полостей
нагнетания и всасывания с камерами, расположенными
противоположно этим полостям. Схема
разгрузки опор изображена на
рис. 8.4. Давление нагнетания
действует на шестерню как со
стороны нагнетания, так и со
стороны присоединенной к ней
камеры, что, совместно с
другой камерой, в значительной
мере разгружает валики и
подшипники от гидравлических
сил. Чтобы свести к минимуму
утечки через радиальные
зазоры, разгрузочные камеры (дуги
Ъ\\Ь}) отделяют от ближайшей
полости двумя зубьями.
В тяжелых станках -
карусельных и других - разгрузка
Рис. 8.3. Разгрузочная канавка G) на
торцовой поверхности подпятника
шестеренного насоса: А - полость
всасывания; 2>- полость нагнетания
ю- это

146
РАЗГРУЗКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Рис. 8.4. Схема разгрузки опор насоса
от радиальных усилий
круговых направляющих столов
и планшайб целесообразна для
повышения надежности и
долговечности опорных поверхностей
и для уменьшения момента от
сил трения в периоды
неустановившегося движения.
Уменьшение момента трения на опорной
поверхности снижает также его
колебания и благоприятно
отражается на равномерности
вращения стола, что весьма важно,
особенно при нарезании колес на
зубофрезерных станках.
Одним из методов
разгрузки пар трения является перенос
части усилий с ответственных
трущихся поверхностей на менее
ответственные. Так, нагрузку на
направляющие можно уменьшить с помощью роликовых опор [1] на
подпружиненном основании (рис. 8.5) или другими путями.
В станках, у которых круговые направляющие связаны со
шпинделем, опирающимся на подпятник, можно произвести центральную
разгрузку направляющих подпятником качения, что достигается
регулировкой положения центра планшайбы. В практике эксплуатации
карусельных станков с диаметром планшайбы 3000 мм при
использовании этого способа ограничиваются подъемом центра на 0,05-
0,06 мм. При этой величине
разгрузки значительно
уменьшается температура направляющих и
потребляемая мощность. При
большем подъеме планшайбы
подпятником уменьшается
гидродинамическая подъемная сила
масляных клиньев.
Более удобны и гибки в
эксплуатации гидравлические
подпятники (домкраты). Такой
подпятник, установленный на Урал-
машзаводе при модернизации
карусельного станка, показан на
рис. 8.6. В стакане 2 с осевой
регулировкой посажен поршень 4
с манжетами 5 и 7. Давление от
поршня через сферическое
кольцо 3 и упорный шарикоподшип-
Рис*8.5. Роликовая опора для
разгрузки направляющих: 1 - стол; 2 -
основание; 3 - ролик; 4 - станина станка

Разгрузка рабочих поверхностей
147
Рис. 8.6. Гидравлический подпятник карусельного станка:
1 - втулка; 2 - стакан; 3 - сферическое кольцо; 4 - поршень; 5 и 7 - манжеты; 6 - канал
подвода смазки; 8 - упорный подшипник
ник 8 передается на шпиндель планшайбы. Давление масла в системе
регулируется до 6 МПа с помощью редукционного клапана. В
системе имеется гидроаккумулятор. Ввиду малого расхода масла
установленный насос работает только в период зарядки аккумулятора.
Редукционный клапан устанавливают на определенное давление в
соответствии с весом обрабатываемой детали.
Наряду с механической разгрузкой применяется гидравлическая
система разгрузки путем подачи смазочного материала под
избыточным давлением на опорные поверхности. В отличие от
гидростатических подшипников, разгрузка стола с установленной заготовкой
производится не полностью, а частично, чтобы стол при вращении
двигался плавно и не качался из-за чрезмерно больших зазоров в
направляющих. Например, при нарезании зубчатого колеса массой
свыше 20 т разгружают направляющую примерно на 2/3 веса колеса.
Принцип гидростатической разгрузки применяется также и в
поступательных парах. Так, подвод смазочного материала к
гидростатическим карманам опорных поверхностей стоек тяжелых расточных
станков позволил значительно уменьшить тяговое усилие.
Для повышения долговечности точных узлов в конструкциях
машин предусматривают механизмы для установочных движений или
для производства работ, которые могут быть выполнены без
использования точного механизма, отключаемого на это время. Как
известно, в универсальных токарных станках движение суппорту
передается при помощи ходового валика, а ходовой винт используют только
при нарезании резьбы.

148
РАЗГРУЗКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
5 А 1
Шлш,
1Щ
и 2.
Рис. 8.7. Напольный рольганг грузовых самолетов
Иногда, как, например, в шпиндельных блоках
многошпиндельных токарных автоматов, устанавливают дополнительные опоры, на
которых производят поворот автомата в приподнятом со своих
постоянных опор положений.
Своеобразная конструкция для разгрузки рабочей поверхности
цилиндрических опор напольного рольганга грузовых самолетов
(патент США № 4203509) показана на рис. 8.7. Опора выполнена в виде
полого цилиндрического валика 1 с фланцами 2, в которые
запрессованы подшипники 3. Наружная поверхность валика покрыта
эластичным материалом 4 (уретаном, нейлоном), причем максимальный
радиус упругого покрытия К] несколько больше радиуса К, торцевых
фланцев 2{К}-К2~0,25 мм). Цилиндрические опоры вмонтированы
в пол грузовой кабины самолета, и усилие при перемещении грузов
воспринимает эластичное покрытие 4. В случае воздействия
повышенных нагрузок упругое покрытие обжимается до радиуса, меньшего
/?,, и нагрузку воспринимают алюминиевые фланцы 2 своими
опорными поверхностями 5.
Конструкция обеспечивает сохранность упругого покрытия опор
при воздействии повышенных усилий от груза.
I

Глава 9. ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ
ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Такая замена во многих случаях целесообразна для повышения
долговечности деталей, надежности их работы и экономичности
машин. Заводы нашей страны выпускали около 1 млрд подшипников в
год более 15 тыс. типоразмеров диаметром от 0,25 мм до 2 м и более,
массой от 0,4 г до 7 т.
1. Подшипниковые узлы
Каждому виду опор скольжения или качения свойственны как
положительные, так и отрицательные стороны. Подшипники
качения имеют следующие преимущества:
1. Уменьшаются потери на трение по сравнению с потерями у
подшипников скольжения, работающих при несовершенной смазке
или даже в режиме трения при жидкостной смазке. Применение
подшипников качения, как правило, повышает КПД машины и
улучшает использование силовой установки. Коэффициент трения
подшипника качения сравнительно мало изменяется в большом диапазоне
нагрузок и окружных скоростей. Статический момент подшипника
лишь на 30-50% превышает момент трения при установившемся
движении, в то время как в подшипниках скольжения это превышение
достигает 15 раз и более. В связи с этим особую важность
приобретает установка опор качения в узлах машин, работающих с частыми
пусками и остановками.
Малый момент трения в шарикоподшипниковых узлах приборов
позволяет сужать зону нечувствительности последних;
2. Экономится большое количество цветных металлов - меди,
олова, свинца, расходуемых на изготовление вкладышей
подшипников скольжения;
3. Уменьшается расход смазочных материалов;
4. Отпадает надобность в принудительном охлаждении, что
часто практикуется, например, в упорном и туннельных подшипниках
скольжения судового валопровода;
5. Упрощается уход;
6. У валов при правильно назначенных посадках отсутствует
износ шеек, что исключает необходимость ремонта последних;
7. Шарико- и роликоподшипники стандартизованы, что упрощает
конструирование подшипникового узла. Поступление
подшипников качения в сборочный цех в виде собранного комплекта ускоряет
изготовление и монтаж машины;

150 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
8. Применение подшипников качения уменьшает стоимость
машины.
Дополнительно отметим, что для восприятия осевых давлений,
действующих на шпиндель металлорежущего станка,
преимущественно используют упорные подшипники качения ввиду упрощения при
этом конструкции упорного узла.
Перечисленные преимущества подшипников качения
обусловили их широкое распространение. Недостатками подшипников
качения являются:
1. Недостаточная долговечность и надежность при высоких
окружных скоростях и динамических нагрузках. Подшипники качения
выходят из строя главным образом вследствие выкрашивания тел
качения и поверхностей качения колец, что является завершением
процесса изнашивания. Между тем подшипники скольжения в фазе
трения при жидкостной смазке при соответствующих условиях могут
работать неограниченно долго. Поэтому в паровых турбинах,
турбогенераторах, мощных скоростных зубчатых передачах, крупных
центробежных и осевых насосах и других машинах, предназначенных для
весьма длительного срока службы при постоянных режимах высоких
скоростей, опорами их валов служат гидродинамические
подшипники скольжения.
Что касается использования подшипников качения при
динамических нагрузках, то, хотя они и успешно работают в таких машинах
с сильными ударными нагрузками, как тяжелые ковочные и
манипуляторы, однако возможный разрыв масляной пленки при
перегрузках влечет за собой быстрое разрушение рабочих поверхностей.
Демпфирующее действие масляной пленки в подшипнике скольжения
выше, чем в подшипнике качения, поэтому в некоторых случаях
условия работы вала на подшипниках качения могут быть менее
благоприятны;
2. Большие диаметральные размеры при меньшей длине, чем у
подшипников скольжения. Иногда это является существенным
недостатком. Так, при заданном расстоянии между валками прокатных
станов применение шарикоподшипников требует уменьшения
диаметра шеек валков, а это ограничивает допустимые усилия при
прокатке. Применение специальных конструкций подшипников скольжения
позволило увеличить усилия и скорости при прокатке с
одновременным повышением точности и срока службы всей конструкции стана.
Установка шарико- и роликоподшипников в нижней шатунной
головке двигателей внутреннего сгорания значительно увеличивает ее
габариты и массу, что приводит к увеличению не только
инерционных нагрузок, но и габаритов картера из-за необходимости
обеспечить проходимость в нем шатуна.
В связи с рассматриваемым здесь вопросом уместно особо
остановиться на игольчатых подшипниках. Они имеют меньшие по
наружному диаметру размеры, чем любые другие типы подшипни-

Подшипниковые узлы
151
ков качения такого же внутреннего диаметра. Габаритные размеры
игольчатого подшипника того же порядка, а часто и меньше, чем
подшипников скольжения. Игольчатые подшипники не могут
воспринимать осевую нагрузку, при низких окружных скоростях они
выдерживают высокие радиальные нагрузки. При малых нагрузках и
отсутствии толчков они могут удовлетворительно работать при
частоте вращения до 60 000 об/мин. Следует, однако, учитывать, что во
время работы иглы не только катятся, но и скользят, отчего
игольчатые подшипники нагреваются сильнее шариковых.
Предпочтительно их устанавливать на медленно вращающихся и тяжелонагружен-
ных осях. Область их применения: поршневые пальцы и опоры
распределительных валов двигателей внутреннего сгорания, пальцы
прицепных шатунов, оси коромысел, поворотные цапфы автомобильных
колес, оси холостых колес шкивов, натяжных и направляющих
роликов и звездочек, промежуточных зубчатых колес, сателлитов,
крестовины карданов, втулки рессор и т.п.;
3. Неудовлетворительная работа в условиях вибрационной
нагрузки, а также при качательном движении с малыми углами
поворота. В этих случаях на дорожках качения образуются углубления,
напоминающие отпечатки шарика при пробе на твердость по Бринел-
лю. Это явление названо бринеллированием или ложным бринелли-
рованием. Впервые оно было обнаружено в подшипниках
автомобилей после длительной их перевозки по железной дороге. В настоящее
время при перевозке применяют специальные опоры под раму
автомобиля.
На рис. 9.1 показано внутреннее кольцо поврежденного
бринеллированием игольчатого подшипника пальца и корпуса рулевого
винта вертолета. Случаи бринеллирования опор качения судового вало-
провода отмечаются при вибрациях корпуса судна или фундаментов
механизмов, расположенных вблизи опор. В карданных передачах с
жесткими карданами, работающими с неравной угловой скоростью
при углах взаимного смещения вилок менее 1°, кардан быстро
выходит из строя вследствие бринеллирования.
В этих случаях следует увеличивать угол
смещения.
В некоторых случаях бринеллирование
вызывает замену подшипников качения на
подшипники скольжения. В ступице балан-
сирной подвески грузового автомобиля
такая замена значительно повысила срок
службы узла трения; -™^-^ -^— »^
4. Больший шум при работе; ^ :^;-5I. *. *
5. При работе более чувствительны к л , п
условиям запыленности абразивами и заг- ^^^З^Гп^Г"
-* г неллированием поверхно-
рязнению смазочного масла, чем подшип- сти внутреннего кольца
ники скольжения. Механизм разрушения игольчатого подшипника

152 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
тел качения подшипника связан с возникновением подповерхностных
трещин в местах максимальных касательных напряжений, что
характерно для усталостного изнашивания. Другой причиной разрушения
тел качения является относительно высокая шероховатость их
поверхности и воздействие частиц загрязнений в масле. В последнем
случае большое значение имеет размер этих частиц. Так, при
уменьшении размера частиц от 40 до 3 мкм долговечность подшипника может
снизиться до 7 раз, т.е. уменьшается время, по истечению которого
можно ожидать, что 10% всех испытанных подшипников
повреждается. Более крупные частицы загрязнений не входят в контакт, а
более мелкие не вызывают повреждений поверхности тела качения;
6. Недостаточная коррозионная и тепловая стойкость;
7. Значительно меньшая грузоподъемность и долговечность
упорных подшипников качения по сравнению с подшипниками
скольжения. Серьезным достижением шарикоподшипниковой
промышленности было создание судового упорного подшипника
грузоподъемностью 50 т со сфероконическими роликами, между тем как в настоящее
время грузоподъемность упорных подшипников в
гидротурбостроении исчисляется многими сотнями тонн;
8. Недостаточная пригодность в случаях, когда для удобства
монтажа либо ввиду особенностей конструкции вала требуются
разъемные опоры. Такие опоры качения известны. Так, при ремонте
тракторных двигателей ограниченно практиковали установку на
шатунные шейки роликовых и, преимущественно, игольчатых
подшипников с кольцами, имеющими шевронные разъемы. В судовых вало-
проводах валы соединяли в линию почти исключительно на фланцах.
Стремление сохранить и при опорах качения жесткое фланцевое
соединение валов привело к разработке разъемных подшипников с
цилиндрическими роликами, которые устанавливались на буксирных
судах, а к концу 30-х гг. XX в. - на океанских судах с диаметром
промежуточного вала 350 мм. Однако разъемные подшипники качения
дороже и менее долговечны, чем подшипники обычной конструкции.
Изготовление других типов разъемных подшипников, кроме
игольчатых и с цилиндрическими роликами, встречает большие трудности.
Положительные качества подшипников качения стимулируют
расширение области их применения путем совершенствования
конструкции как самих подшипников, так и узлов машин и технологии
сборки. Остановимся на трех конструкциях подшипников качения,
первые две из которых выполнены в связи со специфическими
требованиями к опорам шпинделей металлорежущих станков.
Подшипники шпинделей должны удовлетворять требованиям
высокой точности вращения в течение длительного времени в условиях
частых остановок и пусков станка, жесткости в радиальном и осевом
направлениях и простоты регулирования зазоров. Этим
требованиям отвечают специальные "станкоинструментальные"
шарикоподшипники. На рис. 9.2 приведена конструкция такого подшипника. Его

Подшипниковые узлы
153
1^-
Рис.9.2. Шпиндельный двухрядный
радиально-упорный шарикоподшипник
Конусность
1.12
Рис. 9.3. Двухрядный радиальный
роликовый подшипник с
коническим отверстием
внутреннее кольцо имеет две дорожки качения, профиль каждой из
которых описан двумя радиусами. Наружное кольцо состоит из двух
половин с коническими дорожками качения конусностью около 22°.
Шарики каждого ряда контактируют с дорожками качения в трех
точках: А и В на внутреннем кольце и С- на наружном. Прямые,
проведенные через точки Л и В и центр шарика, образуют с вертикалью,
проходящей через шарик, углы C и у около 11 и ЗГ. При работе
шарики получают дополнительное вращение, показанное стрелкой, что
обеспечивает их равномерное изнашивание. Сепараторы из
текстолита центрируются по шарикам. Высокую точность вращения
подшипников обеспечивают специальной обкаткой с эталонными
шариками.
Роликовый подшипник 3182100 (рис. 9.3) для шпинделей
металлорежущих станков с успехом может быть применен в других
машинах. Подшипник - двухрядный с роликами одного ряда,
смещенными на полшага относительно роликов другого ряда. Благодаря
значительному количеству роликов и расположению их в шахматном
порядке увеличивается число контактов роликов с дорожками
качения и улучшаются условия работы подшипника. Начальный зазор мал.
Наличие конического отверстия у внутреннего кольца подшипника
позволяет при его монтаже на коническую шейку шпинделя
регулировать зазор в сторону его уменьшения. Для ликвидации причин бри-
неллирования в упорном роликовом подшипнике винта вертолета
Н.И. Камовым и его сотрудниками было внесено изменение в
конструкцию сепаратора, позволившее в несколько раз повысить ресурс
этого винта. В этом сепараторе два или три гнезда под ролики

154 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Рис. 9.4. Сепаратор роликового
подшипника с двумя симметрично
расположенными гнездами (а и б)
(рис. 9.4) расположены под углом к
радиальному направлению. Момент
сил трения оказывается при этом
неодинаковым по величине при
движении роликов в ту и другую стороны, в
результате чего при колебательном
движении тугого кольца комплект
роликов с сепаратором смещается в
одном направлении (ах. № 129075,
СССР).
Рассмотрим случаи
модернизации вала с ориентацией на
применение подшипников качения, в
результате которой уменьшились габариты
машины и повысилось ее качество.
Коленчатый вал, как известно,
состоит из шатунных (мотылевых) и
коренных (рамовых) шеек и щек. У рядных двигателей подшипники
качения в коренных опорах валов встречались только в виде исключения
в связи с трудностью монтажа и ослаблением вала. Там, где это
имело место, для возможности монтажа внутренний диаметр
подшипника должен был назначаться размером больше диаметра шеек вала с
тем, чтобы подшипник мог пройти через колена вала. Подшипник
устанавливали на шейку при помощи подкладных полуколец,
удерживаемых на валу одним или двумя крепежными винтами.
Нарезанные для этого отверстия уменьшали циклическую прочность вала.
У быстроходного дизеля мод. МО фирмы Майбах (ФРГ),
разрезы которого приведены на рис. 9.5, дисковые шейки коленчатого вала
выполняют одновременно роль щек и коренных шеек. Коренные
подшипники выполнены роликовыми; внутренней дорожкой качения у
них служит закаленная цилиндрическая поверхность щеки, а
наружное кольцо установлено в расточке блок-картера. Такая конструкция
коленчатого вала и блок-картера обеспечивает: 1) значительное
сокращение длины двигателя; 2) высокую жесткость и прочность вала;
3) возможность развить в длину опорную поверхность шатунных шеек,
что имеет большое значение для двухрядных двигателей, в которых
на шейку опираются два шатуна; 4) повышение надежности работы
коренных подшипников ввиду меньшей чувствительности к подводу
смазки и отсутствия легкоплавкого антифрикционного слоя.
Замена жесткого фланцевого соединения валов простой
втулочной муфтой на гидропрессовой посадке позволила оборудовать
судовые валопроводы обычными, неразъемными по длине
сферическими роликоподшипниками или подшипниками с цилиндрическими
роликами.
Несколько замечаний о скоростных подшипниках и подшипниках
с полыми роликами. Скоростной показатель роликоподшипни-

Подшипниковые узлы
155
Рис. 9.5. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы двигателя МБ фирмы Майбах:
1 - роликоподшипник; 2 - вильчатый шатун, вкладыш которого работает по шейке;
3 - центральный шатун, работающий по тыльной стороне вкладыша вильчатого шатуна
ков наиболее высок в авиационных двигателях и достигает Вп =
= B...2,3I06, где 2) - диаметр отверстия подшипника, мм; п - частота
вращения, мин1. Имеется вероятность, что этот показатель будет
увеличиваться (п возрастет до 25 000 мин1 при Б = 120 мм, Вп - 3-106).
Однако такое увеличение скоростного параметра подшипника
повлечет значительное уменьшение его долговечности из-за
усталостного выкрашивания дорожек качения наружного кольца, где
контактные напряжения по Герцу будут составлять 2100 МПа, ввиду
больших центробежных сил, которые пропорциональны Вп2.
Ролики подшипников изготавливают бочкообразными, со скруг-
лениями на переходе фаски к торцевой поверхности. Это
обеспечивает при малых частотах вращения уменьшение напряжений на краях
ролика, а при больших частотах - увеличение этих напряжений.
Важное значение для долговечности скоростных подшипников
имеет уменьшение их вибрации, которая вызывает возникновение
дополнительных напряжений в зоне контакта. В связи с этим
подшипники должны иметь большую жесткость. При диаметре отверстия
подшипника 118 мм радиальный зазор рекомендуется 0,12 мм.
Применение жидкого смазочного материала позволяет
уменьшить коэффициент трения роликового подшипника. Поэтому
предельная быстроходность роликовых подшипников с пластическим сма-

156 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
зочным материалом составляет 0,75 от быстроходности аналогичных
подшипников с жидким смазочным материалом. Для повышения
быстроходности роликовых подшипников необходимо повысить их
точность, применять специальные марки и системы подвода
смазочного материала (спрыскивание под давлением, с применением
масляного тумана), ввести системы охлаждения, ограничения рабочей
нагрузки.
В практике производства подшипников качения применяют
полые ролики. При создании таких подшипников в начале имелось в
виду повышение демпфирующей способности, компенсация
неточностей изготовления и монтажа деталей подшипникового узла,
уменьшение массы, центробежных и инерционных нагрузок. Однако
исследования последних лет выявили другие достоинства подшипников с
полыми роликами. Последние их конструкции не имеют сепаратора
и собираются с предварительным натягом порядка 0,025 мм.
Несмотря на то, что жесткость полого ролика составляет от 52 500 до
87 500 Н/мм, радиальная жесткость такого подшипника выше, чем
аналогичного стандартного подшипника с монолитными роликами
вследствие того, что внешняя нагрузка компенсируется за счет
перераспределения давлений между всеми роликами.
Предварительный натяг обеспечивает высокую точность
вращения подшипников с полыми роликами, достигающую 0,75 и даже
0,25 мкм. Они могут работать при больших частотах вращения, чем
у обычных подшипников, чему способствуют уменьшенные на 40%
центробежные нагрузки, увеличенная поверхность теплоотдачи
полого ролика и хорошие условия для движения смазочного материала
через внутренние полости роликов. Несмотря на отсутствие
сепаратора, полые ролики при вращении сами располагаются равномерно
по окружности и не контактируют один с другим. Вследствие
предварительного натяга каждый полый ролик имеет критическую частоту
вращения, при достижении которой рабочая температура
подшипника резко понижается, что, по-видимому, соответствует
образованию гидродинамической масляной пленки на участках контакта.
Долговечность подшипника с полыми роликами ограничивается при
высоких частотах вращения не контактной, а изгибной усталостью
материала роликов, причем разрушение начинается с их внутренней
поверхности. Наиболее широко применяют ролики, у которых
диаметр отверстия составляет 60-70% от наружного диаметра.
Предельная грузоподъемность подшипника с полыми роликами
составляет не более 50% грузоподъемности аналогичных
стандартных подшипников. Наилучшей смазочной системой для них является
циркуляционная, особенно при невысоких частотах вращения.
Наименьший диаметр применяемых роликов 8 мм. Верхнего
предела диаметров полых роликов, по-видимому, не существует.

Направляющие качения
157
2. Направляющие качения
Применяют для облегчения прямолинейного движения
суппортов, кареток, столов и тому подобных деталей машин-орудий, а
также для обеспечения кругового движения некоторых из этих деталей.
Направляющие качения имеют следующие преимущества перед
направляющими скольжения:
1. Уменьшается сопротивление движению, что особенно важно в
случаях ручных перемещений (например у заточных станков) и имеет
решающее значение для величины мощности подачи в станках с
программным управлением, где часто бывает проще и даже необходимо
иметь отдельные приводные механизмы для каждого движения. В
металлорежущих станках, где движение подачи осуществляется
ходовыми винтами, наличие отдельного привода уменьшает их
износ. Меньшее сопротивление движению позволяет при наличии
гидропривода снизить рабочее давление в системе, уменьшить диаметр
гидроцилиндра и емкость масляного бака; это снижает нагрев масла
при прохождении его через дроссели, способствует при вынесенном
из станины баке лучшей теплоотдаче и уменьшает тепловые
деформации прецизионных станков;
2. Отсутствует эффект взаимного прилипания поверхностей при
трении скольжения, наблюдающийся при весьма малых подачах и
приводящий к прерывистому движению и затруднениям в
реализации точных установочных перемещений;
3. Исключается влияние разности толщин масляного слоя на
биение кареток и суппортов при высоких скоростях перемещения;
4. Упрощается уход;
5. Облегчается замена изношенных деталей при одновременном
повышении их долговечности.
Направляющие качения выполняют в виде плоских элементов,
цилиндрическими и в виде роликов на осях. В первом случае
применяют шарики, ролики или иглы из этого же ассортимента, что и в
подшипниках качения. Достоинством шариковых направляющих
является их меньшая чувствительность к погрешностям изготовления
по ширине и по углу призм. Однако вследствие меньшей
грузоподъемности шариков по сравнению с роликами того же диаметра
применение чугунных направляющих на шариках ограничивается
областью весьма малых нагрузок - для легких станков и приборов.
Нагрузочная способность закаленных стальных направляющих планок
примерно в 30 раз выше, чем у шариковых направляющих.
Допускаемая нагрузка Р на тело качения может быть определена
по формулам:
для шариковых направляющих Р= М7\ A)
для роликовых направляющих Р= кЬс{, B)

158 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
где й- диаметр шарика или ролика; Ъ - длина ролика; к - условное
напряжение, зависящее от материала направляющих и точности
изготовления их и тел качения.
Поскольку величины технологических погрешностей могут
оказаться того же порядка, что и упругие перемещения направляющих,
то по сравнению с идеальным контактом происходит перегрузка
одних тел качения при недогрузке других. Величины допускаемых
нагрузок Р на тела качения при условии отсутствия пластической
деформации на площадках контакта и с учетом роли технологических
погрешностей приведены на основании работы З.М. Левиной в табл.
9.1. Если диаметры тел качения отличаются от приведенных в
таблице, то допустимую нагрузку легко вычислить по формуле A) или B).
Таблица 9.1
Допускаемая нагрузка Р на одно тело качения (Н)
Направляющие
Диаметр тела качения с1, мм
5 | 10 | 15 | 20
Стальные закаленные, НКС 60-62:
шариковые
роликовые короткие (ЬМ = 1)
роликовые длинные (Ш = 3)
Чугунные, НВ 200-220:
шариковые
роликовые короткие (М/ = 1)
роликовые длинные (М/ = 3)
150
4900
10800
5
500
1080
600
19600
44000
20
2000
4400
1400
44000
98000
44
4400
9800
2350
78000
176000
78
7800
17600
Приведенные в таблице значения Р - нагрузки по нормали к
опорной поверхности - можно принимать при следующих нормах
точности: суммарное отклонение от прямолинейности сопрягаемых
направляющих на длине контакта - не более 7-10 мкм, извернутость
направляющих на длине контакта - не более 7-10 мкм, разноразмерность
тел качения - не более 2 мкм.
При пониженной точности изготовления А = 15...20 мкм,
извернутости направляющих 0,02 мм/1000 мм, разноразмерное™ тел
качения 3-4 мкм табличное значение Р следует снизить на 30-40%.Для
взаимно притертых и для очень коротких направляющих Р можно
повысить в 1,5 раза.
Табличные значения Р следует умножить: а) на 0,8 при твердости
стальных направляющих НКС 57, на 0,7 при НЯС 55 и на 0,52 при
НКС 50; б) на 1,2 при твердости чугунных направляющих НВ 230 и
на 0,75 при НВ 170-180.
Если применить в игольчатых направляющих иглы малого
диаметра, то сопротивление качения может оказаться соизмеримым с

Направляющие качения
159
силой трения игл о сепаратор, что приведет к проскальзыванию игл и
ускоренному изнашиванию направляющих.
Направляющие качения из плоских элементов выполняются
открытого или замкнутого типа. Форма открытых направляющих
представлена на рис. 9.6. По отношению к вертикальной нагрузке они
являются направляющими одностороннего действия. Натяг
осуществляет приходящийся на направляющую вес подвижного узла.
Рис. 9.6. Открытые направляющие салазок:
а - на шариках и роликах; б - на иглах различных диаметров
На рис. 9.7 представлена форма угловой направляющей
смешанного трения, а на рис. 9.8 - формы направляющих прямолинейного
движения замкнутого типа. Две такие попарно взятые направляющие
уравновешивают поперечное усилие
любого направления. Натяг создается
регулировочным клином или винтами.
Предварительный натяг повышает жесткость стыка и
улучшает демпфирующие способности опоры. При
соответствующей величине натяга жесткость
может оказаться значительно выше, чем
даже у направляющих скольжения.
Конструкции направляющих качения Рис 9 7 н яющая со
подробно рассмотрены в литературе по смешанным трением (каче-
металлорежущим станкам [1,2]. ния и скольжения)

160 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Рис. 9.8. Формы направляющих качения замкнутого типа
Применение чугунных роликовых направляющих ограничено
малой величиной допустимого натяга - не более 7-10 мкм, между тем
как необходимый по условиям жесткости в металлорежущих станках
начальный натяг составляет 10-12 мкм.
По условиям прочности стальных закаленных (НЯС 60-62)
направляющих допустимые натяги Ао по нормали к плоскости
направляющих составляют (данные 3. М. Левиной): для шариковых
направляющих при й = 5; 10; 15 и 20 мм соответственно Ао = 7; 12; 15 и 20 мкм;
для роликовых направляющих при с1 = 5; 10; 15 и 20 мм
соответственно А = 15; 20; 25 и 30 мкм.
Сепарирование тел качения при малых по сравнению с длиной
кареток ходах осуществляется сепараторами в форме планок с
гнездами, изготовленных из листовой стали, полиамидов и других
пластиков. Чтобы не происходило выкатывания тел качения из-под
направляющих, длина сепаратора с телами качения должна на
определенную величину превышать длину каретки. При необходимости
больших ходов тела качения движутся по замкнутому контуру, причем
обратный путь они совершают по более глубоким канавкам или
отверстиям в каретке.
Между рабочими телами качения закладывают тела качения
меньшего диаметра, чем заменяют при отсутствии сепараторов трение
скольжения между рабочими телами трением качения. В качестве тел
качения применяют также точные роликовые цепи, в том числе и
замкнутые, выпускаемые подшипниковой промышленностью.
Сепараторами в них служат оси и пластины.
Рис. 9.9. Направляющие в виде роликов на осях:
а - ролик на прямой оси; б - ролик на оси с эксцентриситетом

Направляющие качения
161
Широко распространены направляющие в виде роликов на осях
(рис. 9.9). Установка ролика на эксцентричную ось позволяет
регулировать зазоры и обеспечивать равномерность раздачи нагрузки по
роликам. При малых нагрузках в качестве ролика используют
непосредственно шарикоподшипник; если нагрузка значительна, то на
наружное кольцо подшипника для увеличения его прочности надевают
обод. Такие конструкции применяют для предохранения от боковых
смещений односторонних направляющих качения, для разгрузки
направляющих скольжения и как самостоятельные направляющие при
восприятии вертикальной нагрузки (например в телескопических
конвейерах-метателях).
3. Винтовые пары качения
Для облегчения точных рабочих и установочных перемещений
передачей винт-гайка, а также для уменьшения сил трения в
механизмах с ручным приводом применяют передачи с трением качения
(вместо трения скольжения) в паре. Одна из таких конструкций
приведена на рис. 9.10. Она имеет гайку, состоящую из трех закаленных
роликов, расположенных в общем корпусе симметрично относительно
оси винта. Каждый ролик является цилиндрической рейкой,
сопрягающейся с винтом. Осевые усилия, передаваемые на ролики,
воспринимаются упорными шарикоподшипниками, а радиальные -
игольчатыми подшипниками.
Более технологична винтовая пара с шариками (рис. 9.11 а).
Винтовые канавки на теле винта и гайки служат дорожками качения.
Непрерывность движения шариков при вращении винта достигается
тем, что начало и конец резьбы гайки соединены обводным каналом,
образованным телом гайки и скрепленным с ним отражателем.
Рабочие поверхности деталей закалены. Смазку производят при сборке.
Если /? - расстояние центра шарика от оси винта, то шарик
контактирует с винтовыми поверхностями канавки в плоскости,
перпендикулярной направлению винтовой линии на цилиндре с
радиусом /?. В этой плоскости могут быть два вида профиля винтовой
Рис. 9.10. Передача винт - гайка с роликами
11 - 2039

162 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Рис. 9.11. Шариковая передача винт - гайка:
а - пара с одинарной гайкой; б - пара со сдвоенной гайкой и предварительным натягом
канавки: профиль, очерченный дугами окружности в виде
готической арки (рис. 9.12 а), и круговой профиль (рис. 9.12 б). Радиус
профиля режущих кромок инструмента
а
р = гн- >
соза
где а- угол, определяющий при отсутствии нагрузки положение точек
контакта шарика: Щ а = Ыа.
КПД винтовой пары качения без учета трения шариков между
собой и по отражателю для случая преобразования вращательного
движения в поступательное выражается формулой
к
(Г 8Ш а • 81П X + к С08^) СОЗЯ
где к - коэффициент трения качения между шариком и винтовыми
поверхностям винта и гайки; X - угол подъема винтовой линии
радиуса К.
Если в выражении для т] заменить тригонометрические функции X
на сходственные, то получим формулу для КПД применительно к
случаю преобразования поступательного движения во вращательное.
Для кругового профиля винтовой канавки (см. рис. 9.11 б) угол
а = 0. Если предусмотреть радиальный зазор в паре, то контактирова-

Винтовые пары качения
163
Рис. 9.12. Профиль режущих кромок инструмента и профиль винтовой канавки в
плоскости, перпендикулярной к проходящей через центр шарика винтовой линии:
а- профиль, очерченный дугами окружностей; б -круговой профиль; М} и М7 - точки
контакта шарика с винтовой поверхностью канавки; г - радиус шарика; р - радиус
профиля режущих кромок инструмента; а, Ь - координаты центра дуги окружности
профиля р = г + л/а2 +Ъ2
ние поверхностей станет возможным в результате осевого сдвига
гайки относительно винта. Угол а окажется положительным, и КПД
передачи возрастет.
Сдвоенные гайки (рис. 9.11 б) с предварительным натягом,
создаваемым пружинами, применяют при недопустимости осевой "игры".
Приведем пример глобоидной червячной передачи с трением
качения (рис. 9.13). Конструкция (заявка № 2414141, Франция) включает
глобоидный червяк 7, червячное колесо 2 и несколько комплектов
шариков 3. В колесе имеются сквозные отверстия, в которые
установлены трубчатые обоймы 4, открытые со стороны витков червяка.
Благодаря этому в контакте между витками червяка и зубьями
колеса возникает трение качения, что значительно повышает КПД
передачи. Для предохранения шариков от выпадения в нерабочей зоне на
червячном колесе закреплен кольцевой бандаж. Передача может иметь
одно-, а также многозаходный червяк. Рабочие поверхности зубьев
нитрируют до получения твердости НКС 68-72.
Рис. 9.13. Конструктивная схема глобоидной передачи с трением качения
11»

164 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Рис. 9.14. Комбинированная опора для цилиндрической направляющей
Представляет интерес комбинированная опора для
цилиндрической направляющей. Здесь сочетается малое пусковое усилие в
подшипнике качения с последующим перемещением подшипника
скольжения (патент ГДР № 140904).
Опора (рис. 9.14) позволяет при сравнительно простой
конструкции и больших величинах перемещений поступательно движущейся
по цилиндрическим направляющим 1 каретки 2 обеспечить низкий
коэффициент трения при страгивании и на начальном участке хода.
На направляющей 1 с помощью конусных втулок 3, являющихся
подшипниками скольжения, центрируется гильза 4, на наружной
поверхности которой надет сепаратор с шариками 5. Последние
располагаются в кольцевом зазоре между кареткой и гильзой, поверхности
которых являются рабочими поверхностями качения шариков. Сила,
перемещающая каретку, прикладывается вдоль ее оси и вначале
вызывает движение каретки относительно неподвижно стоящей гильзы
на шариках 5, т.е. с низким коэффициентом трения качения. После
того как свободный ход между гильзой и кареткой выбран,
последняя упирается в гильзу и движется вместе с ней как одно целое;
перемещение происходит по подшипникам скольжения 3. За счет малого
коэффициента трения движущиеся части могут на начальном
участке хода быстро набрать скорость, а разгон гильзы 4 осуществляется
за очень короткое время, что позволяет быстро пройти зону трения
без смазки. Благодаря этому улучшаются динамические свойства
привода, уменьшается износ подшипников скольжения. Смазочная
система - замкнутая, фетровые сальники 6 обеспечивают смазку
подшипников скольжения.
Пример комбинированного подшипника качения и скольжения
представлен на рис. 9.15 (патент США № 4394091). Подшипник
состоит из радиального шарикоподшипника 1 и гидравлического
подшипника скольжения 2, который имеет перекрывающие друг друга

Винтовые пары качения
165
лепестки 3, соединенные с
втулкой 49 запрессованной в расточку
корпуса 5. Шарикоподшипник
устанавливают на валу б с таким
зазором с, чтобы при
неподвижном вале или при малой частоте
его вращения цапфа 7 вала
опиралась на внутреннее кольцо
подшипника. При увеличении
частоты вращения лепестки 3
подшипника скольжения работают как
гидродинамическая опора вала. В
результате этого вал несколько
поднимается и приложенная к
нему нагрузка начинает
распределяться между
шарикоподшипником и подшипником скольжения.
При достижении определенной
частоты вращения вала его
цапфа выходит из контакта с
внутренним кольцом подшипника 1 и
вал начинает поддерживаться
только подшипником скольжения 2. Это обеспечивается малой
величиной эксцентриситета оси вала относительно оси подшипника 2,
значительно меньшей величины зазора с. Конструкция позволяет
снизить трение в узле при малых частотах вращения, а также уменьшить
смещение оси вала при изменении частоты его вращения в период
пуска до рабочей частоты вращения.
Игольчатые подшипники не могут нести радиальную нагрузку,
поэтому их иногда снабжают упорными кольцами из
антифрикционного материала. Пример такой конструкции показан на рис. 9.16
(а.с. № 898145, СССР). Подшипниковый узел имеет смонтированный
на оси 1 подшипник качения с наружным кольцом 2 и телами качения
3, а также крышки 4 и установленные между торцами подшипника и
Рис. 9.15. Комбинированный
подшипник качения и скольжения
Рис. 9.16. Игольчатый подшипник с упорными кольцами

166 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
крышками опорные шайбы, выполненные в виде двух концентрично
установленных металлического 5 и металлокерамического 6 колец.
При этом кольцо б контактирует только с кольцом подшипника, а
кольцо 5 только с телами качения. При вращении наружного кольца
подшипника тела качения 3 вращаются, обкатываясь на оси /.
Благодаря этому большие осевые нагрузки, действующие на наружное
кольцо подшипника, воспринимаются только металлокерамической
шайбой 6, а меньшие осевые нагрузки от тел качения - только
металлическими шайбами 5. Такое выполнение опорной шайбы улучшает
смазку узла, устраняет возможность схватывания с деталями,
имеющими разные окружные скорости, позволяет повысить надежность и
долговечность подшипникового узла.
4. Высокоскоростные совмещенные опоры
Совмещенными опорами называются опоры, у которых рабочие
элементы подшипников находятся непосредственно на валу или на
оси опоры (рис. 9.17). Отсутствие внутренних колец исключает
отрицательное действие их разностенности, кроме того, создается
возможность увеличить предельную частоту вращения, уменьшить
габариты узла и нагрузки от центробежных сил за счет уменьшения
диаметра по центрам тел качения.
Основы проектирования, расчета и эксплуатации совмещенных
опор были разработаны Д.Д. Городецким. В дальнейшем для
серийного производства совмещенные опоры разрабатывались и
совершенствовались под руководством Н.М. Федосеева и другими учеными и
конструкторами. Большая работа по созданию совмещенных опор,
исследованию условий их эксплуатации, технологии изготовления и
контроля, по уменьшению вибрации и температуры и по оценке их
надежности была выполнена Е.А. Панфиловым и Ю.А. Самсаевым
[3]. Последующий материал по совмещенным опорам изложен на
основании работ последних авторов.
В совмещенных опорах, помимо сказанного выше, исключаются
торцевые биения заплечиков корпуса, неперпендикулярность торцов
наружных колец к образующей наружной поверхности кольца.
Примеры совмещенных опор с желобами (дорожками качения)
на деталях, заменяющих наружные кольца, или в корпусе изделия
приведены на рис. 9.17- 9.24.
\Щ&
&УА
Рис. 9.17. Совмещенная высокоскоростная опора с дорожками качения на валу

Высокоскоростные совмещенные опоры
167
Рис. 9Л 8. Разборные совмещенные опоры с дорожками качения на валу и в корпусе:
а - опора гиромотора; б - опора гироскопа (фирма "Нью Диначе", США)
2 3 4- ш5.
Рис. 9.19. Неразборная совмещенная высокоскоростная опора с дорожками
качения на валу и в корпусе

168 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Имеются опоры качения, у которых элементы совмещены как с
валом, так и с корпусом или деталями изделия, заменяющими
внутренние и наружные кольца (рис. 9.18). Разборные совмещенные
опоры без внутренних и наружных колец оказались перспективными
и получили широкое распространение в технике.
Совмещенные опоры имеют такие недостатки, как неточности
изготовления подшипников, посадочных мест, фланцев, крышек и
других деталей опоры, что вызывает взаимный неконтролируемый
перекос дорожек качения. С целью уменьшения воздействия этого
фактора были разработаны неразборные совмещенные опоры. Одна
из таких конструкций, разработанная под руководством Н.М.
Федосеева, приведена на рис. 9.19. Опора представляет собой
подшипниковый узел с двумя рядами шариков 7 и сепараторами 3,
установленный в корпусе 7, который может быть любой конфигурации.
Удлиненные наружные кольца 8 посажены в корпусе с минимально
возможным зазором A-3 мкм), что снижает перекосы и улучшает тепло-
отвод. Одно кольцо зафиксировано с помощью штифта 5, а другое
постоянно нагружено пружиной 6, что необходимо для нормальной
работы опоры. Внутренние дорожки качения выполняют на втулках
2, напрессованных на вал 4, и окончательно доводят непосредственно
на сопряженной конструкции методом одновременного врезания двух
одинаково заправленных камней. Чтобы исключить погрешности
формы и относительного расположения поверхностей колец, при
окончательной обработке опоры используют возможно большее число
поверхностей колец от одной базы. Опора состоит из жестких деталей с
точными базами для обработки. Собранная, отрегулированная и
проверенная совмещенная опора передается потребителю в готовом виде,
не требующем никаких дополнительных сборочных операций.
По форме тел качения
совмещенные опоры делятся на шариковые,
роликовые и комбинированные.
Изготавливают также совмещенные опоры
с игольчатыми телами качения (рис.
9.20).
Комбинированные совмещенные
шарико-роликовые опоры сочетают
лучшие качества обоих видов тел
качения: большую радиальную
грузоподъемность роликового подшипника
и возможность выдерживать
двусторонние осевые нагрузки радиального
роликоподшипника с глубоким
желобом (рис. 9.21).
Применение совмещенных опор
позволяет по данным работы [3] в 10-
12 раз повысить точность подшипни-
Рис. 9.20. Совмещенная опора с
игольчатыми роликами (фирма
"Рено", Франция):
1 - наружная обойма; 2 -
регулируемая втулка упорного подшипника
скольжения; 3 - ось автомобиля;
4 - игольчатые тела качения;
5- подшипник скольжения

Высокоскоростные совмещенные опоры
169
^^^'
^^^5
а)
Рис. 9.21. Комбинированные шарико-роликовые совмещенные опоры для водяных
насосов автомобилей:
а - фирмы КОЕ (Япония); б - фирмы ФАГ (ФРГ); I
(дорожка качения)
ролики; 2 - шарики; а - желоб
ковых узлов в изделиях. Точность опор повышается в результате
уменьшения числа переходных элементов, а также за счет более
высокой технологичности и жесткости сопрягаемых деталей.
Неизбежные перекосы дорожек качения, возникающие при изготовлении и
монтаже совмещенной опоры, в 2-6 раз меньше перекосов обычного
подшипникового узла. Это снижает момент трения и улучшает
температурный режим работы совмещенной опоры. Температура
наружных колец совмещенной опоры в 1,3-1,6 раз меньше температуры
колец обычного подшипникового узла. Совмещенная опора может
работать в среднем на 15% с большей частотой вращения, чем у
обычных шариковых подшипников.
В совмещенной опоре уменьшены центробежные силы тел
качения; это позволяет увеличить срок службы подшипникового узла и
изделия в целом. У таких опор снижен уровень вибрации изделия.
По данным авторов работы [3], совмещенные опоры легко
поддаются унификации и стандартизации, их преимущества особенно
способствуют широкому внедрению в изделиях с высокоскоростными
роторами. Такие опоры используют для шлифовальных шпинделей,
в гидромоторах, турбомашинах, вентиляторах и насосах, веретенах
прядильных машин, узлах летательных аппаратов, автомобилях,
сельскохозяйственных машинах, велосипедах и др.
При правильной эксплуатации совмещенные опоры служат в
изделии в 2-4 раза больше, чем обычные подшипники качения.
В совмещенных опорах к материалу сепараторов и их
конструктивному исполнению предъявляются более высокие требования к
работоспособности. Наиболее целесообразно здесь применять
сепараторы с самосмазывающимися элементами, а также конструкции, где
выбраны лучшие условия смазки центрирующих поверхностей, с
меньшей массой при должной прочности, рациональной формой гнезд,
обеспечивающей наилучшие условия контактирования и
прохождения масла через сепаратор. Так, канавки по наружной направляемой
поверхности сепаратора увеличивают расход смазочного масла
через них, способствуют скоплению его вблизи тел качения и снижают
взбалтывание масла [3],

170 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
При использовании пластичных смазочных материалов в
совмещенных опорах применяют защитные шайбы для удержания
смазочного материала в зоне контакта. Обычно смазочным материалом
заполняют до 30% свободного пространства опоры, при низких
частотах вращения (п < 20000 мин1) закладывают 2/3 внутреннего
свободного пространства.
Для малогабаритных совмещенных опор при высоких частотах
вращения их валов применяют смазочные масла, кремнийорганичес-
кие жидкости на полиметилсилоксановой основе (силиконы), фтор-,
хлорфторуглероды и диэфиры. Хорошие результаты получены при
применении смазки ВНИИ НП 50-1-ЧФ на основе сложных эфиров
карбоновых кислот, состоящих из длинноцепочных полярных
молекул. Малая вязкость масел способствует лучшей их растекаемости и
защите поверхностей от износа и фреттинг-коррозии.
Повреждения деталей совмещенных опор от фреттинг-коррозии
при их высоких частотах вращения и наличии вибрации широко
распространены. Имеется ряд методов уменьшения этого явления. Так,
на рабочих поверхностях делают небольшие бороздки для
удержания смазочного материала; контактируемые поверхности фосфати-
руют.
Долговечность совмещенных опор в большой степени зависит от
режима смазывания и охлаждения опоры. Основными методами
смазывания совмещенных опор являются капельное, фитильное и
циркуляционное, а также смазывание под давлением и масляным
туманом.
Капельная смазка осуществляется при частотах вращения вала
не свыше 16 000 мин1. Большое распространение получила
фитильная смазка. Она отличается простотой конструкции системы,
экономичностью расходования смазочного материала, малыми
габаритами и массой, автономностью, способностью эффективно работать при
любом положении изделия в пространстве и непрерывностью подачи
масла. Кроме того, фитили фильтруют масло и обеспечивают
наилучшую его подачу. Так, войлочные фитили создают подачу,
примерно в 2 раза большую, чем лучшие образцы текстильных и стеклотка-
ных фитилей. С увеличением площади сечения и количества фитилей
подача масла возрастает. Если вал значительно нагревается, то может
произойти подгорание войлочных и фетровых фитилей. Они должны
быть заменены более теплостойкими синтетическими материалами.
Конструкция совмещенной опоры с фитильной смазкой
приведена на рис 9.22. Она состоит из вала 7, двух рядов шариков 2, 10,
наружных колец 3, 9, прижимных втулок 4, 5, в отверстия которых
вставлены фитили 5, 7 и пружины предварительного натяга 6. На
наружной поверхности втулок 4 и 8 выполнены лыски В и С,
образующие окна а, в которых помещены плоские пружинные элементы 12 и
13, прижатые по концам пластинчатыми пружинами 77 и 14,
изогнутыми по радиусу. Лыски В и С выполнены параллельно образующей,

Высокоскоростные совмещенные опоры
171
Рис. 9.22. Совмещенная опора с фитильной смазкой
например, конической внутренней поверхности прижимной втулки
4, параллельной образующей конической части вала 1 в зоне
контакта с фитилем 5. При установке фитиля в опору плоский пружинный
элемент 13 прогибается и прижимает фитиль 5 к конической
поверхности вала 1 с определенным усилием. По мере изматывания и
деформации фитиля плоский пружинный элемент 13 обеспечивает
постоянное прижатие его к валу, что определяет стабильность и
количество подаваемого им смазочного материала.
Плоские пружинные элементы могут быть выполнены за одно
целое с пластинчатыми пружинами, изогнутыми по радиусу в виде Р-
образных пружин (см. выноску на рис. 9.22).
Фитильный метод смазывания применяют в машинах и приборах
при (Льп < 7-105 мм/мин, где йь - диаметр дорожки качения вала
внутреннего кольца совмещенной опоры; п - частота вращения вала.
Окружные скорости в месте контакта фитиля с валом не должны
превышать 70 м/с.
Циркуляционная смазка с помощью винта применяется в
изделиях, у которых диаметр вала опоры под подшипник не более 20 мм и
йъп < 5*105. Максимальная высота подъема смазочного масла 130 мм,
максимальная окружная скорость около 10-15 м/с. На рис. 9.23
показана смазочная система совмещенной опоры быстроходного турбо-
холодильника с помощью винта. Основными элементами этой
системы являются нарезки А и В на валу 7. Для каждого подшипника
выполняется своя винтовая нарезка. Направление нарезки выбирают,
исходя из направления вращения ротора, так чтобы смазочное масло
поступало из зоны всасывания к подшипникам опоры.
Рассмотрим работу этой системы [3]. Между нарезками и
уплотнением предусмотрены кольцевые проточки а. Питатели 4, 5
закреплены во втулке 2 с гладкой цилиндрической поверхностью, масло
через фильтр из резервуара 3 подается к валу 1. При вращении вала
вследствие вихревого взаимодействия масла с поверхностями
винтовых нарезок и действия центробежных сил в кольцевых проточках
вала создается разрежение. Смазочное масло поднимается по пита-

172 ЗАМЕНА В УЗЛАХ МАШИН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ
Рис. 9.23. Смазочная система совмещенной опоры быстроходного турбо-
холодильника
телям 4, 5 в кольцевые проточки а вала и далее винтовыми нарезками
А, В с определенным напором подается в подшипники. Из
подшипников масло по каналам в и б сливается в резервуар 3. Количество
подаваемого насосом смазочного масла и его напор зависят от
зазора между нарезкой и втулкой, числа проходов нарезки и т.д. Расход
масла на смазывание совмещенной опоры зависит от частоты
вращения вала. Расход, как правило, уточняют экспериментально, так как
он зависит от многих факторов, не поддающихся точному
теоретическому описанию и расчету.
Рис. 9.24. Совмещенная опора, смазываемая масляным туманом

Высокоскоростные совмещенные опоры
173
При расстоянии между уровнем смазочного масла и осью вала
более 130 мм масло не может подняться только за счет
подсасывающего действия вращающейся опоры. В этом случае применяют
принудительную циркуляционную смазку при помощи масляного
насоса, работающего от электро-, пневмо- или механического привода.
При п > 100 000 мин1 совмещенные опоры смазывают масляным
туманом (воздушно-масляной смесью со взвешенными
мельчайшими частицами масла), который образуется в специальных устройствах.
На рис. 9.24 показана совмещенная опора, смазываемая масляным
туманом. Очищенный воздух под определенным давлением через
трубку 1 поступает в резервуар 2 со смазочным маслом, которое
тщательно фильтруется устройством 3. Воздушно-масляная смесь
через трубопровод /поступает в совмещенную опору 4и подшипник
6 быстроходного изделия с валом 5. Масляный туман обеспечивает
не только хорошее смазывание элементов подшипникового узла, но
и его эффективное охлаждение.
Преимущества смазывания масляным туманом состоят в
значительном снижении расхода смазочного материала, повышении
сроков службы подшипников опоры, улучшении отвода теплоты от
рабочих поверхностей деталей, создании избыточного давления в
совмещенной опоре, препятствующего попаданию в нее пыли и
абразивных частиц. Недостатком смазывания масляным туманом
является необходимость тщательной фильтрации воздуха в помещении, так
как частицы смазочного материала вредно действуют на
дыхательные пути [3].

Глава 10. СПОСОБЫ УСТАНОВКИ УЗЛОВ,
УМЕНЬШАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
ПРИ МОНТАЖЕ И В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Установка машин и механизмов может быть связана с
возникновением напряжений в деталях конструкций, что отрицательно
сказывается как на общей прочности деталей, так и на надежности и
долговечности подвижных сочленений. В первую очередь это относится к
установке механизмов и машин на четыре точки (лапы) при
недостаточной жесткости корпуса. Малейшее несоответствие взаимного
расположения опорных поверхностей и поверхностей лап по высоте или
по плоскости затяжки крепительных болтов вызывает деформацию
корпуса. Если рама имеет жесткость того же порядка, что и
устанавливаемый на ней агрегат, то неправильная его установка вызовет
такие начальные напряжения в раме, которые могут отрицательно
повлиять на работу узлов трения, монтируемых на ней.
Установка на три точки позволяет свести почти на нет
начальные монтажные напряжения или при соответствующем
конструктивном оформлении полностью их устранить. Такая установка делает
задачу определения реакции от веса и приложенных нагрузок
статически определимой. Если бы опоры представляли собой три
шаровых шарнира, из которых два имели бы подвижность в плоскости,
параллельной плоскости центров опор, то деформации основания под
агрегат от коробления их под действием приложенных сил не могли
бы вызывать собственных напряжений в конструкции.
Совокупность деталей соединения рамы или кузова автомобиля
с колесами, ходовой системы трактора с рамой, надрессорного
строения экипажа локомотива и вагона с осями, содержащая упругие
элементы для амортизации ударов, носит общее название подвески.
Термин "подвеска" применяется, однако, и при отсутствии
высокоподатливых элементов в конструкции. Так, иногда говорят о подвеске
колодок или подушек в упорных подшипниках и тормозах.
Трехточечную подвеску двигателей широко применяют в
автомобилях и тракторах. Она характерна также для соединения рамы
трактора с ходовой частью. Примеры трехточечной установки
механизмов показаны на рис. 10.1. На рис. 10.1 а дан подъемный
механизм на крановой тележке. Две лапы корпуса редуктора и
подшипник вала барабана служат тремя точками установки. На рис. 10.1 б
приведен механизм передвижения крановой тележки. Корпус
редуктора имеет здесь только одну лапу, двумя другими точками корпус
опирается на ведущую ось.
Примечательно, что наиболее подходящим фундаментом для
крупных точных зубофрезерных станков считается каркасный
стальной фундамент, опирающийся в трех точках на амортизаторы.

Способы установки узлов, уменьшающие напряжения
175
Рис. 10.1. Примеры установки механизмов на три точки:
а - установка подъемного механизма на тележке; б - установка механизма передвижения
крановой тележки
Статическая определимость систем является одним из
важнейших условий предупреждения возникновения дополнительных
напряжений как при монтаже, так и в условиях эксплуатации. Во многих
случаях статическая определимость позволяет равномерно передавать
нагрузку на опорные точки.
Способом выравнивания проектной нагрузки между осями и
колесами тележек и экипажей является балансирное подвешивание. Вось-
миколесная тележка (рис. 10.2) механизма обеспечивает равномерное
распределение нагрузки на колеса. К середине большой поперечины
1 подвешивается электроталь или другое устройство. Опорные
шарниры этой поперечины расположены посредине малых поперечин 2,
которые опираются также шарнирно на два роликовых подвеса.
Перекосы при наезде на неровность не вызывают перераспределения
нагрузок на колеса.
Балансиры или уравнительные рычаги используют в
многоколесных ходовых тележках мостовых и портальных кранов, также в
подпятниках, что позволяет увеличить допускаемую нагрузку на сегмент
или во всяком случае повысить его надежность.
Подпятники генераторов Куйбышевской ГЭС выполнены с
двойным рядом сегментов, число которых во внутреннем и внешнем
рядах одинаково (рис. 10.3). Каждая пара сегментов, расположенных
на одном радиусе, опирается на общий для них балансир с
шарнирной опорой. Для выравнивания нагрузки между отдельными парами
сегментов служат регулирующие винты. В данной конструкции сред-

176 СПОСОБЫ УСТАНОВКИ УЗЛОВ, УМЕНЬШАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Рис. 10.2. Монорельсовая тележка на балансирной подвеске
ние удельные нагрузки не должны быть выше 4 МПа ввиду
невозможности равномерно распределить нагрузку по парам сегментов во
время работы.
На рис. 10.4 приведена развертка упорного подшипника с балан-
сирными уравнительными подушками. Конструкция практически
обеспечивает полное выравнивание нагрузки между рабочими
сегментами. Наиболее нагруженные точки опор имеют сферическую
поверхность большого радиуса. Подшипник применяется без совмещения
с опорным, что устраняет необходимость подвижной установки его в
корпус. Сложность конструкции окупается ее надежностью; при
крупносерийном производстве ее стоимость снижается.
Рис. 10.3. Подпятник с двухрядным расположением рабочих сегментов:
/ - рабочий сегмент внешнего ряда; 2 рабочий сегмент внутреннего ряда;
3 - опорная колодка; 4 балансир; 5 регулирующий винт

Способы установки узлов, уменьшающие напряжения
177
Упорный гребень
Рис. 10.4. Развертка упорного устройства подшипника с выравниванием нагрузки
с помощью уравнительных подушек:
/ упор; 2,3 уравнительные подушки; 4 - рабочий сегмент
Примером конструкции, где нагрузка выравнивается с высокой
степенью точности, может служить подпятник на гидравлической
опоре для гидрогенераторов (рис. 10.5). Основание 4 подпятника
представляет собой кольцо с цилиндрическими углублениями, над
которыми установлены приваренные стальные эластичные камеры 5.
Камеры сообщаются между собой через полости внутри основания.
Полости камер и основания заполняют маслом через отверстия в
верхней части камер, после чего отверстия закрывают пробками и
заваривают. Эластичность камер достигается при помощи кольцевых
выточек, чередующихся по высоте цилиндра снаружи и изнутри его.
Сегменты опираются на винты со сферическими головками.
Полости камер и основания работают по принципу
сообщающихся сосудов. Внутри каждой камеры помещена стальная
цилиндрическая болванка для уменьшения объема масла в камере. Это
позволяет значительно уменьшить разницу между объемом масла и
внутренним объемом камеры при повышении температуры ванны
подпятника в процессе работы генератора. В случае аварийной утечки
масла из внутренних полостей камер последние могут опуститься на
торцы цилиндров.
В многоопорном неразрезном валу при неравномерном износе
опор или неодинаковом их смещении вследствие температурных
деформаций перераспределяются нагрузки на опоры, в результате чего
некоторые из них могут оказаться перегруженными. Расчленение
валовой линии, где это возможно, на две опорные секции, соединяемые
при помощи компенсационных муфт, улучшает распределение
нагрузки. Однако это увеличивает габариты валопровода, удорожает его,
приводит порой к нежелательному увеличению вращающихся масс.
Иногда удается простыми средствами обратить валовую линию
в статически определимую. В некоторых тележках мостовых кранов
принята установка барабана и колеса тихоходной ступени редуктора
механизма подъема на двухопорном валу.
_ эти

178 СПОСОБЫ УСТАНОВКИ УЗЛОВ, УМЕНЬШАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Рис. 10.5. Подпятник на гидравлической опоре:
а - конструктивная схема подпятника; б - основание подпятника с установленными
камерами: 1 - баббитовая заливка; 2 - корпус сегмента; 3 верхняя часть камеры с
опорным винтом; 4 - основание подшипника; 5 - эластичная камера
Одним концом вал опирается на подшипник редуктора, а
другим - на подшипник, установленный на раме тележки. Оба
подшипника - роликовые сферические. Недостатком конструкции является
невозможность отдельной сборки и обкатки редуктора; вал
получается более тяжелым.
Большей технологичностью обладает схема, где барабан
установлен на вращающейся оси, которая одним концом опирается на
консольную часть тихоходного вала редуктора внутри специальной
расточки в ней (рис. 10.6). Крутящий момент передается через зубчатую
муфту, в которой полумуфта М] может быть выполнена заодно с
консолью вала. При работе на изгиб эта трехопорная система подобна
балке Гербера.
Перекос оси вала относительно оси подшипника приводит к
таким последствиям:
а) в подшипниках с несовершенной смазкой у одной из кромок
образуется повышенное давление, и возникает опасность перегрева и
задиров;

Способы установки узлов, уменьшающие напряжения
179
Рис. 10.6. Схема сил, действующих на валовую линию и эпюра изгибающих
моментов соединения грузового барабана с тихоходным валом редуктора при
статически определимой трехоиорной валовой линии:
М}, М7 - полумуфты; Р, А, В - нагрузки
б) в подшипнике жидкостного трения со стороны одного торца
толщина масляного слоя увеличивается, а со стороны другого
уменьшается. При небольших перекосах грузоподъемность подшипника не
изменяется, при больших перекосах толщина масляного слоя
становится ниже критической и работа подшипника протекает при
повышенном нагреве и может сопровождаться вибрацией; не
исключаются натиры. Величина допустимого перекоса осей убывает с
увеличением длины вкладыша и уменьшением расчетной толщины
масляного слоя. По данным Р. Пиготта перекос осей в 1/6000 сокращает
допустимую нагрузку подшипника на 30-40%;
в) в радиальных шарикоподшипниках при перекосе внутреннего
кольца по отношению к наружному увеличивается сопротивление
вращению и уменьшается долговечность подшипника. Поскольку
шарики катятся по внутреннему кольцу не по окружности, а по
эллипсу, то вращение их на одной четверти кольца протекает с
ускорением, а на соседней четверти - с замедлением, что является
источником шума, вибраций и оказывает истирающее действие на
сепараторы.
Изложенное выше в равной степени относится и к подпятникам.
Под самоустановкой понимают следование оси опоры за осью вала.
В опорных подшипниках скольжения этого качества добиваются
двумя путями: 1) специальным выполнением опорной поверхности
вкладыша сферической (шаровой) или в виде узкого цилиндрического
пояска; 2) установкой подшипника на эластичной опоре или
выполнением его с упругим корпусом.
Конструкция вкладышей с шаровой опорной поверхностью
общеизвестна. Центр сферической поверхности необходимо размещать
на оси вала, так как, если каждая сфера будет иметь свой центр, то в
12*

180 СПОСОБЫ УСТАНОВКИ УЗЛОВ, УМЕНЬШАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
процессе самоустановки произойдет взаимное осевое смещение
вкладышей. В судовых турбинах встречается конструкция, где нижний
вкладыш опирается на две колодки со сферической посадочной
поверхностью, расположенной под углом в 45° к вертикали, а прижатие
верхнего вкладыша происходит через одну колодку.
Опирание вкладыша на корпус узким цилиндрическим пояском
позволяет вкладышу самоустанавливаться при небольших перекосах
за счет упругой деформации на опорных поверхностях. Эта схема
весьма пригодна для легких роторов: вкладыш занимает устойчивое
положение, не оказывает сильного распорного воздействия на корпус
подшипника и не вызывает значительного изгиба самого вкладыша
(М.М. Ковалевский).
При шаровой опорной поверхности осевая линия вкладыша
теоретически может принимать любое положение относительно
корпуса подшипника в допустимых в конструкции пределах. На практике
вследствие трения самоустановка начинается только после
некоторого перекоса, который полностью не устраняется. Наличие
вибрации понижает коэффициент трения, и этот перекос может оказаться
небольшим. Сферическая поверхность используется для
самоустановки также в пятах.
Вопрос о самоустановке на сферических опорных поверхностях
несколько противоречив. Например, применявшиеся ранее упорные
шарикоподшипники со сферическими подкладными шайбами не
вошли в номенклатуру стандартных типов подшипников, так как
считается, что момент трения на опорной сферической поверхности
препятствует самоустановке. Исследования подтверждают наличие
весьма значительных моментов, вызванных перекосом. Тем не менее
в некоторых случаях продолжают устанавливать такие шайбы,
которые облегчают и ускоряют монтаж. В опорных подшипниках
встречаются свободные и неподвижные самоустанавливающиеся
вкладыши.
Свободная шаровая опора для обеспечения ее нормальной
работы должна быть хорошо подогнана к сопряженной поверхности, а в
ответственных конструкциях - притерта; зазор между
соприкасающимися поверхностями должен быть предельно мал. Для
самоустанавливающегося вкладыша большое значение имеет характер
сопряжения на шаровой поверхности во время эксплуатации. В одних
случаях температура тела вкладыша выше температуры корпуса
подшипника — натяг возрастет, и свободная опора защемляется. Наоборот,
если корпус имеет более высокую температуру, то соединение
становится менее плотным. Вкладыш с плотной посадкой работает
спокойнее. Поэтому, если подвижность вкладыша при работе не
является необходимой, то ее используют при установке вкладыша при
монтаже.
Передняя опора компрессора авиационного газотурбинного
двигателя РД-10 (рис. 10.8) для восприятия большой осевой силы имеет

Способы установки узлов, уменьшающие напряжения
181
Рис. 10.7. Нижняя опора колонны поворотного крана
три однорядных шарикоподшипника 7. Подшипники установлены во
втулках 3, вставляемых одна в другую. Левый и средний подшипники
зафиксированы во втулках с помощью завальцовки бурта, правый
подшипник закреплен гайкой. Втулки 3 служат для создания предва-
Рис. 10.8. Передняя опора авиационного компрессора РД-10:
1,8- гайки; 2 - пружина; 3 - втулки; 4 - штифт конический; 5 - корпус компрессора;
6 -• корпус опоры; 7 - шарикоподшипник; 9 - распорная втулка; 10 - уплотнение;
а - сливное отверстие; б канал; в - сверление

182 СПОСОБЫ УСТАНОВКИ УЗЛОВ, УМЕНЬШАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
рительного натяга, необходимого для равномерного распределения
усилий между подшипниками. После сборки подшипников втулки
скрепляют с помощью трех конических штифтов 4. Корпус передней
опоры 6 с наружной сферической поверхностью установлен в
передней части корпуса 5 компрессора и удерживается пружинами 2.
Применение сферы для установки блока подшипников позволяет
правильно его установить и сводит до минимума перегрузку крайних
подшипников при изгибе ротора.
Сферические шариковые и роликовые подшипники обладают
свойством самоустанавливаться и предназначены в основном для
радиальной нагрузки. Иногда применяют узел из упорного
шарикоподшипника на сферических подкладных шайбах и сферического
двойного шарикоподшипника. Чтобы при монтаже обеспечить
самоустановку, центры обеих сфер должны совпасть.
Установка подшипника в резиновом или пластмассовом кольце,
установка корпуса подшипника на эластичной подушке или
закрепление в тонкой металлической диафрагме разгружает подшипники
скольжения и радиальные подшипники качения от изгиба при
перекосе вала. Здесь может быть достигнута хорошая самоустановка, хотя
упругий момент оставляет какую-то долю перекоса. Наконец, сам
подшипник может быть выполнен с мембранным или податливым
корпусом (рис. 10.9).
Упругие прокладки из полимеров или резины между
посадочными поверхностями наружного кольца подшипника качения и
корпуса или внутреннего кольца и вала являются средством повышения
работоспособности подшипников, в особенности роликовых:
- упругое основание частично компенсирует перекосы от
несоосности посадочных мест подшипников и валов, смещения нагрузки
и прогиба валов;
- наряду с трением качения в
роликовых подшипниках затрачивается
работа и на трение скольжения от перекоса
ролика; прокладки снижают работу
трения, о чем можно судить по уменьшению
нагрева деталей и увеличению выбега
подшипника после остановки двигателя;
- упругие прокладки компенсируют
температурную деформацию, понижают
чувствительность подшипникового узла
к толчкам и ударам и уменьшают
амплитуду высокочастотных колебаний на-
. 6) пряжений на контактных поверхностях.
Рис. 10.9. Подшипники „а .ПРИ Установке упругих прокладок
податливой опоре: требуется принимать во внимание тем-
а - с податливым корпусом; пературный режим работы подшипника,
б-с мембранным корпусом учитывая теплоизолирующие свойства

Способы установки узлов, уменьшающие напряжения
183
материала прокладок. Адгезия материала к металлу должна быть
хорошей. При работе узла на открытом воздухе материал должен быть
хладостойким.
Проблема высокоскоростных шпинделей удовлетворительно
решена применением подшипников скольжения с воздушной смазкой.
В частности, на таких опорах ЭНИМСом построена гамма электро-
шпинделей полезной мощностью 0,15-2,0 кВт, с частотами вращения
48 000-144 000 об/мин при диаметре шеек 12-32 мм (рис. 10.10). Для
нормальной работы электрошпинделя отклонение от соосности
подшипников не должно превышать 2-3 мкм на длине вкладыша.
Совместная обработка подшипников в сборе представляет большие
трудности; чтобы удовлетворить требованиям технологичности и ремон-
тоспособности, конструкция выполнена следующим образом.
Рабочие поверхности вкладышей обрабатываются независимо одна от
другой. Подшипники устанавливают жестко в щитах 5, но ступицу, в
которой расположен подшипник, связывают с ободом щита только
тонкой диафрагмой, способной деформироваться под действием
затяжки винтов 7. В результате затяжки можно повернуть каждый
подшипник относительно оси корпуса, добиваясь соосности обоих
подшипников. Выверку соосности производят с помощью точной
цилиндрической скалки.
Модификация крепления деталей для придания им большей
подвижности при работе может повысить надежность механизма. На рис.
10.11 показаны схемы установки плунжера авиационного
поршневого компрессора с диаметром плунжера 18 мм, сопрягающегося с
цилиндром по ходовой посадке 2-го класса точности. Диаметральный
зазор 28 = 20...63 мкм. В направляющих крейцкопфа при посадке того
же типа диаметральный зазор составляет 28}= 60...90 мкм. В первом
Рис. 10.10. Электрошпиндель на опорах с воздушной смазкой:
1 - вал; 2 - ротор; 3 опорные подшипники с воздушной смазкой; 4 - трубки; 5 - штуцер;
6 ■- подпятник; 7- регулировочный винт; 8- щит; а - сверление; б, е- воздушные камеры;
в, д, ж - каналы; г - круговая канавка; и отверстие для подачи охлаждающего воздуха

184 СПОСОБЫ УСТАНОВКИ УЗЛОВ, УМЕНЬШАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
о) 6)
Рис. ЮЛ 1. Положение плунжера в зависимости от способа присоединения
к крейцкопфу:
а - перекос плунжера при жестком креплении; б - самоцентрирование плунжера при
шарнирном соединении
варианте конструкции (рис. 10.11 а) под действием боковой силы
происходил перекос крейцкопфа и жестко сочлененного с ним плунжера.
Перекошенный плунжер верхней кромкой работал по зеркалу
латунного цилиндра, нарушая в то же время поперечными силами
манжетное уплотнение. Можно было увеличить зазор между плунжером и
цилиндром настолько, чтобы перемещение крейцкопфа в
направляющих не вызывало натиров в цилиндрах. Однако это увеличило бы
мертвое пространство и понизило подачу компрессора. Замена
жесткого соединения плунжера с крейцкопфом шарнирным (рис. ЮЛ 1 б)
почти исключила передачу боковой силы на уплотнение поршня, а
возможность выполнения зазора в плунжерной паре повысила
подачу компрессора (Б. М. Рыжов).
Для уменьшения напряжений, возникающих при монтаже узлов
трения в результате несоосностей между валом и расточкой в
корпусе или подшипником и корпусом, используют жидкие пластмассы
(локтиты), имеющие специфические свойства. Эти пластмассы на
воздухе остаются жидкими, но при соприкосновении с металлической
поверхностью под каталитическим влиянием последней происходит
их полимеризация. При этом материал сохраняет однородную
структуру, не изменяется в объеме и имеет необходимую прочность на срез.
Жидкие пластмассы обладают большой капиллярной способностью,
проникают в самые узкие щели, заполняя все неровности поверхнос-

Способы установки узлов, уменьшающие напряжения
185
*)
*>)
Рис. 10.12. Установка шарикоподшипника на вал и в корпус с помощью локтитов
(а) и место стыка в увеличенном виде (б)
ти и образуя надежное соединение одной детали с другой.
Соединение хорошо работает при вибрационной нагрузке и ударах, а также
надежно уплотняет стыки поверхностей от пропуска жидкостей и
газов.
Локтиты стабильны в диапазоне температур от -160° до + 120°С
хорошо защищают поверхности от фреттинг-коррозии; их можно
применять при закреплении вкладышей подшипников и других
сочленений, подвергаемых вибрациям. Использование локтитов
позволяет заменить прессовую посадку на скользящую или даже ходовую.
При необходимости разборки деталей, соединенных локтитами, их
следует нагреть до 250°С; при этом резко падает прочность локтитов
на сдвиг и легко производится демонтаж соединения.
На рис. 10.12 а показана установка роликового подшипника на
вал и корпус изделия при помощи локтита, а на рис. 10.12 б - место
стыка. Здесь все неровности и зазор заполнены твердым полимером.
Использование локтитов в некоторых случаях позволяет свести
к минимуму возможные напряжения при монтаже деталей.

Глава 11. УЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Различная температура отдельных частей машин и наличие
температурных градиентов по длине и толщине стенок детали
являются причинами неравномерных тепловых деформаций. Последние
изменяют форму и величину зазоров и натягов в сопряжениях, а
также взаиморасположение поверхностей, установленное при сборке.
1. Учет температурных деформаций при конструировании дета-
лей узлов трения и компоновке машины сводится к правильному
назначению зазоров в сопряжениях, разработке мер по
максимальному снижению искажения конфигурации трущихся поверхностей в
рабочем состоянии и уменьшению отрицательно влияющих на
функциональные свойства машины перемещений, вызываемых тепловой
деформацией отдельных ее узлов.
Для обеспечения равномерного и постоянного температурного
поля в прецизионных и технологических машинах и аппаратуре
следует: исключить нагрев машины прямыми солнечными лучами;
уменьшить местный нагрев, повышая КПД механизмов; вынести за
пределы машины или интенсивно охлаждать источники теплообразования
или теплоотдачи (электродвигатели, гидромоторы, баки с маслом или
эмульсией и т.п.); по возможности применять циркуляционную
смазку взамен барботажной; использовать при необходимости нагретый
воздух от встроенных приводов для подогрева отдельных частей
(Д.Н. Решетов); заменить в прецизионных станках клиновой
приводной ремень плоским, менее нагревающимся в работе; применить
щитки около открытых быстровращающихся деталей с целью
использования потока воздуха для охлаждения машины или механизма.
2. Температурные деформации можно в тех или иных
конструкциях скомпенсировать при установке узлов и агрегатов. Иногда это
требует предварительных исследований в натурных условиях, так как
тепловое состояние сложного агрегата бывает трудно смоделировать,
а тем более рассчитать.
Судовой турбозубчатый агрегат (рис. 11.1) состоит из турбин
переднего хода высокого и низкого давления (ТВД и ТНД) и
двухступенчатой зубчатой передачи (редуктора). Главное колесо
передачи связано жестким фланцевым соединением с судовым валопрово-
дом. Тепловое состояние каждой из турбин, редуктора и валопрово-
да существенно различно. Для соединения валов турбин с валами
шестерен в судовых установках обычно применяют кулачковые и
зубчатые муфты. Они легко компенсируют осевые смещения, связанные
с тепловым расширением корпусов и деформацией фундаментов, а
также небольшие неточности взаимного расположения осей валов

Учет температурных деформаций трущихся деталей
187
Рис. 11.1. Схема главного судового турбозубчатого агрегата
Н
ъ
и
(смещение и излом). Однако относительное смещение соединяемых
валов турбин и передачи в условиях установившегося режима
работы может быть настолько значительным, что валы окажутся
нагруженными дополнительными изгибающими моментами и силами.
Аналогичное положение имеет место в сопряжении с валопроводом. В
результате в обеих ступенях передачи может возникнуть большая
концентрация нагрузки по длине зубьев. Были случаи, когда для
обеспечения нормальной работы зацепления приходилось неоднократно
вскрывать редуктор и шабрить зубья передачи и вкладыши
подшипников. Отмечались даже аварии по указанной причине.
Нормальный ввод агрегата в действие, без возникновения
указанных, на первый взгляд непонятных, дефектов можно осуществить
путем надлежащих смещений
корпусов турбины, редуктора и валопрово-
да, выполнив их согласованную
центровку.
3. В случае ползунов,
перемещающихся по двухсторонним
направляющим, закрепленным на
колоннах (рис. 11.2), которые связаны с
деталью, например с цилиндром с
температурой гр существенно
превышающей температуру 1о окружающей
среды, конструктору необходимо
указать величину углов А,, и Х2 наклона
направляющих для компенсации
смещений колонн, вызываемых нагревом
цилиндра, имеющего значительную
жесткость. Если принять, что колон- Рис-]! 2'Схема для °«Р^ел™
г „ монтажных перекосов направля-
ны сохраняют прямолинейность оси, ющих с „елью компенсации пере-
и обозначить через (, конструктивно метений, вызванных тепловым
заданное расстояние рабочих поверх- расширением цилиндра
А
-И
чЛ
И

188 УЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
ностей параллелей от оси цилиндра, через а - коэффициент
линейного расширения материала цилиндра и через Яу и Н, - расстояния от
подошвы колонн соответственно до верхней и нижней точек рабочей
поверхности параллелей, то величины ^и #, можно вычислить по
формулам
1 + а(/-/Д1-^)
4. Посадки с тепловыми зазорами применяют в двигателях
внутреннего сгорания, паровых и газовых турбинах, турбокомпрессорах, в
тепловых приборах и других устройствах, где в рабочем состоянии
зазор уменьшается из-за неодинакового теплового расширения
охватывающей и охватываемой деталей. Если присвоить индекс а
охватывающей детали, индекс Ъ - охватываемой детали, а через Гобоз-
начить температуру в рабочем состоянии и через \$* - относительный
"горячий зазор" (в миллиметрах на 1 мм диаметра), то относительный
конструкционный (сборочный) зазор будет
у = у> + аа(Тй-1о)-аь{Ть-1о),
где а - коэффициент линейного расширения материала детали;
1о - начальная температура детали.
Нетрудно от относительных величин перейти к предельным
отклонениям деталей.
Пластмассы высокочувствительны к колебаниям температуры и
к изменению других условий эксплуатации; эксплуатационный зазор
в пластмассовом подшипнике может оказаться значительно меньше
установочного. Посадки в соединениях с деталями из пластмасс
являются по существу тепловыми, относительный зазор бывает
свыше 0,04.
При большой протяженности по длине и неравномерном нагреве
детали при работе иногда установочные диаметральные зазоры
делают различными. Так, например, для компенсации неравномерной
по высоте диаметральной деформации цилиндров звездообразных
авиационных двигателей некоторые заводы практиковали
обработку зеркала цилиндра по специальному профилю с сужением в
верхней части гильзы цилиндра (рис. 11.3). Этот профиль получался
шлифованием по копиру с последующим хонингованием. Бруски хона
автоматически приспосабливались к профилю цилиндра в его
холодном состоянии. При установившейся эксплуатационной температуре
цилиндр принимал правильную форму, зазоры между его зеркалом и
поршнем в основном выравнивались.
В карбюраторных двигателях легковых автомобилей, в
высокооборотных двигателях грузовиков используют поршни из
алюминиевых сплавов с жесткой головкой и разрезными цилиндрическими или
овальными юбками (рис. 11.4). Стуки и перекосы поршней при непрог-
*,=
1+а(ы0);
*,=*,

Учет температурных деформаций трущихся деталей
189
1 & ]
^
^
1 о
1 т
Г^
^
^
$
®
10
Г^
«й>ч
^
Й
О
10
+
*5
$
$
10
\__
*
^
ч»
Ей
§
в
10
I
18
Н»
$
Ф
10
.
«9
+
<*
■>
*?
в
<//7>
Рис. 11.3. Профиль по образующей верхней части гильзы цилиндра авиационного
двигателя после шлифования
ретом двигателе здесь отсутствуют. Головка поршня двумя
длинными прорезями отделена от юбки, а последняя на одной из боковых
сторон имеет косой разрез по всей длине. Такая конструкция придает
юбке поршня упругость и способность деформироваться независимо
от его головки. Это позволяет при ходовой посадке поршня в
холодном двигателе избежать заедания при перегревах.
ф ф
Рис. 11.4. Цельноалюминиевые поршни:
а - с цилиндрической разрезной юбкой; б с овальной юбкой и Т-образным разрезом:
в ~ с овальной юбкой и П-образным разрезом

190 УЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Указанные прорези облегчают отвод в картер масла,
снимаемого со стенок цилиндра маслосбрасывающими кольцами поршня при
его прямом ходе. Поперечные прорези уменьшают отвод теплоты от
головки поршня к его юбке и улучшают условия смазки. Косой
продольный паз предупреждает образование гребня в верхней части
зеркала цилиндра, вызываемое износом. Продольный Т- или П-образ-
ный паз юбки поршня не доводится до нижнего ее обреза. Во
избежание заедания неразрезанного нижнего пояса, юбку поршня выполняют
эллипсоидальной, с меньшей на 0,2 мм осью в направлении оси
поршневого пальца. По большей оси эллипса холодный поршень
образует с цилиндром ходовую посадку, при нагреве его юбка раздается в
направлении оси поршневого пальца. Разработка описанной
конструкции поршней была вызвана недостаточной прочностью поршня
со сквозным разрезом его юбки при возросшей степени сжатия.
5. Условия работы деталей машин могут быть улучшены
регулировкой направления температурной деформации. Поясним это на
двух примерах. Цельноалюминиевые поршни при нагревании
принимают овальную форму: большая ось овала располагается
перпендикулярно оси поршневого пальца. При производстве поршней для
некоторых автомобильных двигателей заформовывают в плоскостях,
перпендикулярных бобышкам поршня, пластины из инвара,
имеющего коэффициент линейного расширения примерно в 10 раз
меньший, чем у чугуна. Благодаря сдерживающему влиянию инварных
пластин, овализация поршня и расширение его на уровне бобышек
незначительны, поэтому косым разрезанием паз часто доводят
только до уровня бобышек. Сечение поршня с пластинами из инвара
приведено на рис. 11.5. В некоторых конструкциях алюминиевых
поршней дорогостоящий инвар пластин заменен обыкновенной
углеродистой сталью. Такой биметаллический элемент, размещенный на
уровне бобышек, оказывается тоже эффективным.
У электрических генераторов высокоскоростных самолетов
отмечался быстрый износ щеток. Одна из причин этого заключалась в
следующем. Генераторы на этих самолетах работают при повышен-
Рис. 11.6. Коллекторные пластины
Рис. 11.5. Сечение поршня автомобильного с одинарным (а) и двойным (б)
двигателя с пластинами из инвара ласточкиным хвостом

Учет температурных деформаций трущихся деталей
191
ных температурах, коллекторные пластины обычной конструкции,
крепившиеся в пазах типа "ласточкина хвоста" (рис. 11.6
^расширялись при нагреве неравномерно в радиальном направлении, и
коллектор терял свою цилиндрическую форму - становился
бочкообразным, седловатым, коническим и пр. Переход на симметричную
форму коллекторных пластин с креплением их в пазах типа двойного
ласточкина хвоста (рис. 11.6 6) устранил описанный дефект, привел к
повышению срока службы щеток.
Принцип симметричности или осесимметричности конструкции
при соответствующих условиях теплоотдачи уменьшает влияние
температурных деформаций на износостойкость. В симметричном
бронзовом зубчатом венце, например, искажение зацепления при его
нагреве меньше, чем у несимметричного венца.
6. Изменение направления теплового потока может в ряде
случаев повысить работоспособность пар трения. В форсированных
двигателях внутреннего сгорания и неохлаждаемых поршнях основным
проводником теплоты являются поршневые кольца. В таких
двигателях первые два верхних поршневых кольца могут оказаться
перегруженными в тепловом отношении. Применение "тепловой дамбы" в
виде кольцевой канавки поршня над верхним кольцом обеспечивает
обычный путь потоку теплоты (рис. 11.7 а). Тепловой поток
распределяется в этом случае более равномерно между верхними и
нижними кольцами. Хотя канавка в процессе работы двигателя закоксовы-
вается, она все же продолжает оставаться хорошим тепловым
изолятором. В литых алюминиевых поршнях для той же цели служит за-
формованная аустенитная проставка; ручьи для газоуплотнительных
колец становятся более прочными и менее разбиваются кольцом (рис.
11.7 б). Тепловая дамба может быть выполнена и на внутренней
поверхности поршня.
7. Если выше мы рассматривали необходимость ограничения
тепловых деформаций, то в других соединениях удовлетворительное
решение достигается нестесненной и даже возможно большей
тепловой деформацией. Дисковые фрикционные тормоза колес самолетов
лучше, чем колодочные тормоза, удовлетворяют эксплуатационным
Рис. 11.7. Тепловые дамбы поршней:
а - в виде прорези; б- в виде аустенитной проставки (в алюминиевом поршне)

192 УЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 11.8. Дисковый тормоз авиаколеса
требованиям при высоких посадочных скоростях. В состав четырех-
дискового тормоза (рис. 11.8) входят: диски / из легированноного
чугуна, соединенные на шлицах с колесом; неподвижные диски 2 с ме-
таллокерамическими накладками, соединенные на шлицах с
корпусом 3 тормоза, который закреплен на шасси. Под действием
давления в полости а поршень 4 сжимает пакет фрикционных дисков. Для
предупреждения их коробления при нагреве на дисках 2 выполнены
радиальные прорези, а массивные чугунные диски 1 сделаны из
отдельных сегментов, соединенных последовательно при помощи серег
5. Гибкость дисков 1 и подвижность дисков 2 обеспечивает также их
хорошее взаимное прилегание.
Представляет интерес конструкция подшипника
электрошпинделя на опорах с воздушной смазкой (см. рис. 10.10). Не входя в
рассмотрение особенностей подшипника, относящихся к его аэродинамике
и вибростойкости, подробно изложенных в работе С.А. Шейнберга,
остановимся только на исполнении тепловой компенсации. В первом
варианте конструкции подшипника углеграфитовый вкладыш
запрессовывался непосредственно в стальную ступицу. Если пуск
электродвигателя по каким-либо причинам затягивался до 30-60 с, то
происходило заклинивание подшипника. При таком длительном пуске

Учет температурных деформаций трущихся деталей
193
Рис. 11.9. Подшипник электрошпинделя с тепловой компенсацией:
1 — латунная обойма; 2 — углеграфитовый вкладыш; 3 — посадочные пояски;
4 — буферные пояски; а — кольцевая канавка; б, д — отверстия для подачи воздуха
к подшипнику; в — продольная канавка; г — воздушная камера
температура ротора повышалась на 100-200°С, температура
подшипника "отставала" от температуры шеек вала, вследствие чего исчезал
зазор, возникали значительные давления в условиях больших
окружных скоростей при сухом трении, что приводило к заклиниванию вала
в форме удара. Кинетическая энергия ротора почти вся
превращалась в тепло, сконцентрированное в узкой кольцевой зоне
заклинивания. Скачок температуры был настолько значительным, что металл,
пропитывающий углеграфитовый вкладыш для устранения его
пористости, выплавлялся на поверхность вала, изготовленного из
быстрорежущей стали, а последняя подвергалась эрозии.
Заклинивание при аварийных перегрузках протекало в начальной стадии
несколько иначе, но после исчезновения зазора ход процесса был
таким же.
В представленной на рис. 11.9 конструкции углеграфитовый
вкладыш 2 запрессован с большим натягом в латунную обойму 7.
Подшипник установлен в ступице узкими кольцевыми поясками 3 и
отделен от корпуса воздушной камеры г. Рабочая часть обоймы связана с
посадочными участками 3 буферными поясками 4. При повышении
температуры углеграфитовый вкладыш расширяется в радиальном
направлении, так как вследствие большего, чем у углеграфита,
коэффициента линейного расширения латуни (примерно в 4 раза) натяг
посадки вкладыша в обойме уменьшается. Гибкая связь рабочей
части обоймы с посадочными участками подшипника, относительно
небольшая его масса и наличие воздушной камеры делают подшипник
малоинертным в тепловом отношении, благодаря чему градиент
температур шейки вала и подшипника имеет низкое значение при мало-
различающихся радиальных температурных перемещениях.
13-2039

194 УЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
г
Рис.11.10. Конструктивная схема дискового тормоза с термоизолированным
нажимным устройством
В некоторых случаях приходится применять тепловую защиту
узла трения. На рис. 11.10 приведена конструкция тяжелонагружен-
ного дискового тормоза (заявка № 2854247, ФРГ) с
термоизолированным нажимным устройством. Последнее выполнено в виде
гидроцилиндра 7, поршня 7, который воздействует на тормозной диск 5.
Нажимной диск 6 с фрикционной накладкой 4 соединен с
термоизолятором 3, расположенным в расточке поршня. Уплотнение 2
предохраняет от попадания пыли и абразивных
частиц в зазор между поршнем и цилиндром.
Включение тормоза осуществляется подачей
под давлением рабочей жидкости в камеры
а и б.
Уменьшить тепловую нагрузку тормоза
можно принудительным охлаждением. На
рис. 11.11 приведена конструкция дискового
тормоза (заявка № 2821696, ФРГ). Он имеет
опорный 7 и нажимной 2 диски, между
которыми расположен диск 3, вращающийся
совместно со ступицей 4. На корпусе тормоза
равномерно по окружности закреплены с
помощью винтов бпневмоцилиндры 7.
Перемещение нажимного диска 2 осуществляется при
одновременном воздействии плунжеров Я,
которые перемещаются мембраной 9,
защемленной между корпусом 5 тормоза и корпусом
пневмоцилиндра. Подача воздуха в пневмо-
цилиндры 7 осуществляется через каналы а.
В опорном и нажимном дисках имеются каналы
б и в для циркуляции охлаждающей воды.
Рис, 11.11.
Конструктивная схема дискового
тормоза с принудительным
охлаждением

Глава
12.
ЗАЗОРЫ В ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
1. Опорные подшипники скольжения
Предварительно напомним геометрию круглоцилиндрического
гидродинамического подшипника (рис. 12.1). Введем обозначения:
В = 2К - диаметр расточки вкладыша; й = 2г - диаметр цапфы;
5 = К - г - абсолютный радиальный зазор; л* = 25 - абсолютный
диаметральный зазор; 1|/ = $/й - относительный зазор; е -
абсолютный эксцентриситет цапфы в подшипнике; Нт1п - наименьшая
толщина масляного слоя:
к . =ОМ-0,Ь-0,0 = К-г-е = 8
A)
Положение цапфы в расточке можно охарактеризовать
относительным эксцентриситетом %. Тогда
Л.-» = бA-х)=^A-х).
X изменяется от нуля до единицы; при % = 0 центры цапфы и
подшипника совпадают; при % = 1 цапфа касается подшипника. Для
большей устойчивости работы подшипника стремятся, чтобы значение %
было не менее 0,5 и во всяком случае не ниже 0,3, а для надежности
считают верхним предельным значением 0,95. Эти геометрические
соотношения сохраняют силу и для неполного подшипника, т.е.
частичного охвата.
Дополнительно обозначим: Р - нагрузка на подшипник; р =
= Р1Ш- средняя удельная нагрузка; / - длина подшипника; г\ -
абсолютная вязкость масла при средней
температуре подшипника; со = я/7/30 -
частота вращения вала, г1.
Приближенная гидродинамическая
теория смазки подшипника бесконечной
длины устанавливает следующую
зависимость между р, Г|, со и \|/:
р = -!—Ф
V1 '
B)
где Ф зависит от положения цапфы в
подшипнике; для значений % в
пределах 0,5-0,95 можно принять
1,04
Ф =
1-Х
Рис. 12.1. Схема к геометрии
масляного слоя в кругло-
цилиндрическом подшипнике

196
ЗАЗОРЫ В ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
Для учета конечной длины подшипника в знаменатель
выражения B) вводится поправочный коэффициент с, больший единицы, так
как вследствие утечки масла в торцы грузоподъемность подшипника
понижается. В таком случае для подшипника конечной длины
г|С0 1,04
р=^тч- C)
Приближенно принимают
это значение удовлетворяет случаю / = °о .
Так как на основании формулы A) 1 - X = 2Ит.п/з, то
Цпс!2
1836 зек ПИП
Наименьшие потери на трение имеют место при относительном
эксцентриситете Х = ^3- Зазор, соответствующий этому
эксцентриситету, является энергетически наивыгоднейшим. Согласно формуле A)
при х = 0,5 /*т1п = §/4. Пользуясь выражением D), наивыгоднейший
зазор $0 можно выразить так:
50 = 0,467с/ Ыт E)
V рс
Известный процесс трения при жидкостной смазке и
представленные здесь соотношения позволяют с качественной стороны
подойти к выбору зазоров подшипника, учитывая реальные условия его
работы, т.е. деформируемость деталей, микро- и макрогеометрию
поверхностей, монтажные погрешности, загрязненность масла, а
также возможную взаимосвязь подшипникового узла с работой других
узлов.
Большой зазор в полном цилиндрическом подшипнике с
принудительной смазкой, несмотря на уменьшение клиновидности
масляного слоя и насосного действия цапфы, позволяет увеличить
прокачку масла через подшипник, что улучшает теплоотвод, повышает
несущую способность подшипника и предупреждает быстрое старение
масла от нагрева. В подшипниках, расположенных у горячих мест
машины, устраняется необходимость охлаждения вала. Очевидно, что
чем тяжелее условия работы подшипника в отношении
тепловыделения, тем больше должен быть зазор.
Что же ограничивает величину зазора? При больших зазорах
возможен переход от ламинарного течения масла в зазоре к
турбулентному режиму, сопровождающемуся резким повышением
коэффициента трения. Переход потока от ламинарного к турбулентному со-
кГ
I М I
кГсек
м
A, 5 И И . В МИН.
D)

Опорные подшипники скольжения
197
вершается, как известно, в тот момент, когда число Рейнольдса
достигает критического значения:
где V, - средняя скорость потока в масляном зазоре, которую в данном
случае можно принять равной половине окружной скорости на цапфе;
Кг - гидравлический радиус, равный отношению площади сечения
потока к смоченному периметру сечения; V -кинематическая вязкость.
При незначительно нагруженном подшипнике, когда шип занимает
почти концентрическое положение,
*=-А*--; F)
2(/ + 8) 2
V
По опытным данным, для цилиндрического подшипника
критическое число Рейнольдса
т, 41,1
Ке=7Г G)
Из этого выражения видно, что с увеличением \|/ повышаются
возможности перехода к турбулентному режиму работы подшипника.
Если в выражение F) подставить Кекр, выразить радиальный
зазор через диаметр цапфы и сделать другие преобразования, то
получим
/ V \2/3
Ч>1350(^) •
Пусть диаметр цапфы й- 100 мм, п = 1500 об/мин,
кинематическая вязкость масла V = 9-106м2/с; тогда
4^=1350
'9.10-' ^2/3
ч0,12 1500у
= 0,0045
При смазке водой, для которой значение V приближенно равно
106 м2/с, допустимы в ламинарном режиме работы подшипника
большие относительные зазоры.
В случае нагруженного подшипника толщина масляного слоя
благодаря эксцентричному расположению цапфы в подшипнике
переменна, равно как и скорость потока, что несколько осложняет
нахождение числа Рейнольдса.

198
ЗАЗОРЫ В ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
При малой жесткости конструкции машины, а также при
невозможности предъявления высоких требований к монтажу применение
больших зазоров в подшипнике оказывается предпочтительнее.
В круговом подшипнике часть масла по выходе из рабочей зоны,
увлекаясь цапфой, совершает повторные круги. У длинных
подшипников торцовые утечки затруднены, и здесь более интенсивен
круговой поток, - большие зазоры предпочтительнее как для компенсации
деформации, так и для улучшения прокачки.
Опытами А.К. Дьячкова с динамически нагруженным
подшипником, когда при вращающемся векторе нагрузки отношение
максимальной и минимальной мгновенных ее значений составляло 7,25, было
установлено, что внутреннее нагревание масла при его одинаковой
средней вязкости имеет минимальное значение при большом зазоре.
В условиях опыта при диаметре шейки 50 мм, п = 1400...2300 об/мин,
средней вязкости масла 3'102Н-с/м2и давлении в магистрали 0,2 МПа
это имеет место при \|/ = 0,0014. Дальнейшее увеличение зазора не
только ухудшает температурный режим подшипника, но и увеличивает
динамический коэффициент, повышая напряжения в деталях.
Что касается минимальной толщины масляной пленки, то в
пределах относительно зазора @,8... 1,6) 103 разница между крайними
значениями толщины составляет 10-15%. Это свидетельствует о
более резком влиянии относительного зазора на температурный режим
и динамический коэффициент, чем на минимальную толщину
масляного слоя.
Применение больших зазоров экономически выгодно, так как
большим зазорам, исключая тепловые посадки, соответствуют
большие допуски размеров деталей.
Малым относительным зазорам свойственно малое смещение
центра вала в процессе работы. Это свойство особенно важно для
точных станков, а также турбомашин для сохранения малых зазоров
в уплотнениях. Подшипник с такими зазорами надежно работает при
нефорсированных режимах, в частности с низкими частотами
вращения. При малом зазоре увеличивается межремонтный период.
Сочетание малых зазоров в подшипниках с использованием
маловязких масел уменьшает внутреннее нагревание масла при
динамически нагруженных подшипниках. Такому сочетанию также
свойственны малые потери на трение.
Существует два взгляда на связь между величиной зазора и
вязкостью масла в отношении конструкций достаточно жестких,
подвергаемых незначительной тепловой деформации и точно
выполненных. Имеются сторонники как малых зазоров при маловязких
маслах, так и больших зазоров при маслах большей вязкости. Из
выражения C) на первый взгляд можно сделать вывод о существовании
простой связи между зазором и вязкостью масла: уменьшая зазор,
скажем в 2 раза, казалось бы, можно вязкость масла уменьшить в
4 раза. На самом же деле зависимость здесь несравненно сложнее,

Опорные подшипники скольжения
199
так как с изменением зазора изменяется и относительный
эксцентриситет.
Принципиально вопрос о зазоре и вязкости масла в
подшипниках с жидкостной смазкой может быть решен расчетом подшипника.
Зазор при расчете иногда принимают как исходную величину, при
этом следует учитывать и опыт производства и эксплуатации,
который объединяет обычно противоречивые вопросы технологической
возможности, экономичности и надежности. Можно также заметить,
что для подшипников, работающих при несовершенной смазке или
без смазки, отсутствуют строгие расчетные предпосылки,
связывающие несущую способность и зазор. Здесь приходится
ориентироваться только на опыт.
Рассмотрим закономерности изменения зазора в подшипнике в
зависимости от диаметра цапфы. Допустим, что в результате
изысканий или опыта эксплуатации установлена величина зазора при
некотором диаметре, и пусть при переходе к машине того же типа, но
другой производительности или мощности, диаметр цапфы изменился.
Каков должен быть зазор в подшипнике при сохранении его
геометрических параметров, средней удельной нагрузки и виде смазочного
материала?
При разработке систем допусков и посадок - ВЕЫ, ОСТ и др. -
законы подобия были установлены, исходя из приближенной
гидродинамической теории смазки, руководствуясь такими суждениями.
Если принять выражение C) за исходное, заменить в нем ш через Ъ1й
и принять %, у\9р и скорость на цапфе постоянными, то
5 = С^ (8)
где С- некоторая легко определяемая постоянная.
Закономерность такого вида по квадратичной параболе принята
в посадках для ОСТ 1012,1013,1022 и 1023 свободного вращения 2-го
и 3-го классов точности, а именно:
«* = РлЙ
где р - коэффициент, различный для каждой посадки.
Для тех же посадок 4 и 5-го классов точности принята
закономерность наименьших зазоров по кубической параболе 5^п = (З^/с! .
Более медленно нарастание минимальных зазоров с увеличением
диаметров установлено здесь в связи со значительным ростом допусков
деталей, так что наиболее вероятный средний зазор в
действительности будет увеличиваться несколько быстрее роста диаметра.
Самое слабое место закона подобия (8) - это принятое условие
постоянства V. Поскольку оно не соблюдается, то это означает, что
при переходе на больший диаметр цапфы при той же со
удовлетворительный зазор вызовет переход на посадку другого наименования. В
практике во многих случаях пользуются линейной закономерностью.

200
ЗАЗОРЫ В ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
Так, например, рекомендованы следующие величины наименьших
относительных зазоров в подшипниках коленчатых валов
транспортных двигателей для диаметров шеек с1= 50... 125 мм при различном
материале заливки:
Баббиты оловянные и свинцовые 0,5-103<1
Свинцовая бронза @,8... 1,0I0_3д.
Алюминиевые сплавы A,0..Л,5I0-3^
Кадмиево-серебряные сплавы 0,8-103 с!
Серебряные сплавы 1,0- 103й?
В Германии для подшипников из оловянных и свинцовых бронз
рекомендуются значения \|/, указанные в табл. 12.1.
Таблица 12.1
Относительный зазор \|/ в зависимости от скорости и давления
Окружная скорость
Большая
Большая
Средняя
Малая
Малая
Удельное давление
Низкое
Высокое
Умеренное
Низкое
Высокое
Значение 1|/
0,002 - 0,003
0,0015-0,0025
0,001-0,002
0,0007-0,0012
0,0003 - 0,0006
В системе ИСА данные таблицы соответствуют отверстию Н7 и
валам §6, Г7, е8, и с!9. Интересно отметить, что зависимость E)
начального зазора от диаметра цапфы, установленная для статически
нагруженного подшипника на основании весьма приближенных
предпосылок, довольно близко совпадает с установочными зазорами
для ряда тихоходных и средней быстроходности судовых дизелей. Для
подшипников тракторных двигателей с тонкостенным вкладышем из
стальной ленты толщиной 2,3-2,5 мм с плакированным слоем
алюминиевого сплава АСМ 0,3-0,6 мм при толщине стального
основания коренного вкладыша > 0,003, а шатунного > 0,02 й,
оптимальный начальный относительный зазор равен 0,0012-0,0015 для
коренных подшипников и 0,001-0,0012 для шатунных.
Прямая пропорциональная зависимость ^ от ^/не учитывает
степени точности изготовления деталей и начальной шероховатости
поверхности. Поэтому общее выражение для начального зазора будет
иметь вид
^ = а + Ы,
где а - постоянная для учета вышеуказанных факторов; Ъ -
коэффициент, зависящий от эксплуатационных требований узла трения.
Так, например, в машиностроении США распространено
правило Кингсбери:
5 = 0,001 Л л- 0,05 мм .

Опорные подшипники скольжения
201
Рекомендация для двигателей внутреннего сгорания речных
судов:
5 = 0,0005 4+ @,02...0,03) мм .
Изложим вопрос о подшипниках без зазора. Наиболее
распространены качающиеся подшипники одностороннего давления. Угол
обхвата должен быть меньше 180°. Другим распространенным типом
такого подшипника была букса скольжения подвижного состава
железных дорог. Вследствие приработки, износа и пластичности
антифрикционного слоя вкладыша рабочая его поверхность через
некоторое время принимает ту же кривизну, что и шейка. Подшипники
без зазора могут работать даже в области жидкостного трения.
Очень малого зазора для проявления демпфирующего действия
смазочного материала требуют подшипники при
возвратно-вращательном движении вала, когда направление нагрузки на корпус
меняется на противоположное. В подшипниках малых размеров, как,
например, в сочленении поршневой палец - головка шатуна, зазор
назначают по посадке Д, дополнительно прибегая к селективной сборке.
При больших размерах подшипников наиболее надежный способ
подгонки подшипника к валу - это пришабривание вкладыша по
штатному валу и последующая приработка.
2. Упорные подшипники скольжения
Двусторонний упорный подшипник предназначен для
восприятия осевых усилий противоположных направлений. Примером
может служить главный упорный подшипник судового валопровода,
предназначенный для восприятия упора гребного винта. Упор
меняет направление при перемене хода судна с переднего на задний и
наоборот.
В подшипнике имеется две группы самоустанавливающихся
сегментов с обеих сторон упорного диска. При одинаковой смазочной
системе с каждой стороны диска развиваются осевые усилия, разность
которых равна приложенной силе. Сегменты каждой группы при
вращении вала устанавливаются по отношению к упорному диску с
некоторым наклоном, различным для каждой стороны. Осевой разбег
вала должен назначаться таким, чтобы предупредить
непосредственное контактирование нерабочих сегментов с упорным диском.
3. Подшипники качения
В радиальном подшипнике качения различают следующие виды
радиальных зазоров между его рабочими элементами: начальный е ,
измеряемый до установки подшипника на вал или в корпус (рис. 12.25;
посадочный еп, измеряемый в смонтированном подшипнике; рабочий
е , измеряемый в работающем подшипнике при заданной
температуре и нагрузке.

202
ЗАЗОРЫ В ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
о?(
1
1
1
Ш&///Л
т^-
ад
ш
Ш
Ч
Ж
Рис. 12.2. Начальный радиальный зазор
в радиальном однорядном
шарикоподшипнике
Рис. 12.3. Зазор у вращающейся
детали шарикоподшипника
Предварительно остановимся на посадке подшипника. Допустим,
что вал вращается с постоянным направлением нагрузки на корпус, а
между валом и кольцом под нагрузкой имеется небольшой
радиальный зазор л* (рис. 12.3). Так как момент сил трения скольжения между
внутренним кольцом подшипника и валом больше момента
сопротивления со стороны тел качения, кольцо вовлекается во вращение
валом при отсутствии скольжения между ними, и подшипник
работает, как будто, нормально. Однако узел в целом неблагополучен. Вал
и внутреннее кольцо образуют фрикционную пару с внутренним
касанием. Поскольку длина окружности внутреннего кольца по
посадочному месту больше длины окружности вала, то кольцо при
своем вращении "отстает" от вала. Кольцо, как более твердое, чем вал,
раскатывает, развальцовывает вал с образованием наплыва металла
у свободного конца подшипника. Такое повреждение может
наблюдаться уже через несколько часов работы подшипника.
Внутреннее кольцо подшипника под нагрузкой должно иметь в
сопряжении с валом натяг. Наружное кольцо может сопрягаться с
корпусом по скользящей посадке: это удобно для сборки и позволяет
кольцу поворачиваться, что при одностороннем направлении
нагрузки может только увеличить его долговечность.
Внутреннее кольцо, насаженное на вал с натягом (соответственно
наружное кольцо, посаженное с натягом в корпус), уменьшает
начальный радиальный зазор или приводит к защемлению тел качения. Если
обозначить через и} уменьшение зазора вследствие установки
подшипника на вал или в корпус, а через и, - суммарную величину
контактных деформаций между телами качения и рабочими поверхностями
колец, а также учесть, что внутреннее кольцо подшипника в силу
худших условий теплоотдачи обычно имеет на А/ = 5...10° большую тем-

Подшипники качения
203
пературу, чем у наружного кольца, то при коэффициенте линейного
расширения а = 12-1 О*6 рабочий зазор определится выражением
здесь ^-приведенный диаметр внутреннего кольца.
Без учета толщины граничного слоя или пленки смазочного
материала при контактно-гидродинамической смазке можно
утверждать, что наивыгоднейший рабочий зазор равен нулю.
Действительно, при отрицательном зазоре тела качения в рабочей зоне
нагружены не только приложенной нагрузкой, но и реакцией тел качения,
размещенных на противоположной стороне. При положительном
рабочем зазоре не все тела качения в нагруженной половине будут
работать. Очевидно, что при прочих равных условиях с увеличением
приложенной радиальной нагрузки надо увеличить натяг посадки. Все
же во избежание защемления тел качения лучше иметь некоторый
малый гарантированный положительный рабочий зазор.
В регулируемых радиально-упорных подшипниках осевая "игра"
должна в основном компенсировать температурную деформацию вала
и подшипников. Хотя в справочниках приводятся рекомендуемые
пределы осевой игры, в каждом конкретном случае полезно, при
наличии достаточных данных, произвести уточнение.
Рис. 12.4. Зависимость между радиальным зазором и зазором по направлению
контакта
Между осевой игрой л, радиальным зазором е и зазором по
направлению контакта сп существуют зависимости (рис. 12.4):
е = а*§ C; сп = азт C,
где р - угол контакта,
4. Зубчатые и зубчато-винтовые передачи
Боковым зазором в передаче называется зазор между зубьями
сопряженных колес, обеспечивающий свободный поворот одного
колеса относительно другого. Боковые зазоры необходимы для
компенсации погрешностей элементов передачи при изготовлении и
монтаже, а также для смазки. Боковой зазор при нарезании зубьев
стандартным инструментом можно обеспечить регулировкой
межосевого расстояния и утонением зуба путем смещения исходного контура в

204
ЗАЗОРЫ В ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
направлении к центру заготовки. Первый способ имеет
ограниченное применение. Он непригоден при нескольких парах сопряженных
шестерен, сидящих на двух параллельных рабочих валах; его можно
использовать в одно- или двухступенчатых редукторах с валами на
подшипниках скольжения. Изменение расстояния между осями
шестерен для получения необходимого бокового зазора вызывает
уменьшение длины активной части профиля зуба и коэффициента
перекрытия. Это - основной недостаток таких передач помимо их
технологической сложности.
При построении системы допусков на зубчатые и червячные
передачи допуск на межосевое расстояние принят по симметричной
системе. При отрицательном отклонении и толщине зуба (или витка),
равной теоретической, произошло бы защемление зубьев. Для
предупреждения этого зуб утоняется, причем утонение компенсирует все
виды погрешностей и деформаций.
Независимо от степени точности колес и передач
гарантированный боковой зазор может быть рассчитан в соответствии с четырьмя
видами сопряжений по формулам в табл. 12.2.
Таблица 12.2
Нормы гарантированного бокового зазора
Вид сопряжения
Обозначение
Гарантированный
боковой зазор, мкм
С гарантированным зазором:
нулевым С О
уменьшенным Д 6 <^~д
нормальным X ^4а
увеличенным Ш 24 ^~д
Примечание. А - межцентровое расстояние в миллиметрах .
Минимальный боковой зазор в работающей цилиндрической
зубчатой передаче можно определить по формуле
где А"- величина компенсации погрешностей, определяемая как
среднеквадратичная их.
8шаэJ +2EВ0J +2(д10J +EхзшаэJ + Eусо$аэJ.
Третье слагаемое учитывает температурную компенсацию.
Наибольший боковой зазор
(с) = (с ) . + EА, + Ыг, + АА) 2 $т ОС, ;

Зубчатые и зубчато-винтовые передачи
205
здесь АА - отклонение межцентрового расстояния; АВ0 - предельное
отклонение направления зуба; А@ - предельная погрешность
основного шага; Ъх - предельная непараллельность осей на ширине колеса;
Ьу - предельный перекос осей на ширине колеса; Амк - наименьшее
смещение исходного контура; ЬН - допуск на смещение исходного
контура; адп - угол профиля исходного контура в нормальном
сечении.
Ограничения наибольшего зазора могут встретиться в часто
реверсируемых передачах: при крутильных колебаниях вопрос о роли
зазоров требует специального рассмотрения.
Типов сопряжений деталей очень много. В одних случаях, как,
например, в золотниковых парах топливных и гидравлических
систем, минимальный зазор назначают из условий незащемляемости
пары и надежной смазки, а максимальный - из допуска на утечки. В
паре цилиндр - поршень двигателей и компрессоров зазор, помимо
тепловой компенсации, должен гарантировать отсутствие ударов при
перекладке поршня. В жестких конструкциях большой
протяженности зазоры в сопряжениях выбирают значительными для
компенсации деформаций, как, например, в паре ползун - направляющая
механизма управления щитками-закрылками в самолетах. В каждом
конкретном случае зазоры назначают по прототипу, на базе длительных
предварительных испытаний или на основании опыта эксплуатации.
В некоторых парах трения для обеспечения их надежной работы
важно иметь постоянный зазор. На рис. 12.5 приведена схема
круглого золотника гидравлической системы, в которой благодаря точной
подгонке хвостовиков золотника к внутренним кольцам шариковых
подшипников между рабочими поясками золотника и гильзы
создается постоянный зазор б. При постоянном (гарантированном) зазоре
между золотником и гильзой не могут возникнуть большие усилия
трения, вызванные гидравлическими силами; здесь со всех сторон
золотник омывается рабочей жидкостью и опасность
гидравлического прижатия исключается.
^^
Щ
^Э
Рис. 12.5. Гарантированный зазор между золотником и гильзой

206
ЗАЗОРЫ В ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ
5. Регулировка зазоров
В процессе эксплуатации машин в узлах трения происходит
увеличение зазоров, которые время от времени приходится, там где это
возможно, регулировать. На рис. 12.6 показано устройство для
регулировки зазора в подшипнике скольжения (патент США № 4225198).
Устройство выполнено в виде втулки 1 с наружной сферической
поверхностью. Втулка монтируется в корпусе с помощью двух
конических колец 2 и 3, обеспечивающих возможность самоустановки.
Кольцо 2 закреплено жестко в расточке корпуса 4, кольцо 3 может
смещаться в осевом направлении. Для регулировки используется
клиновое соединение, образованное кольцами 5 и 6, причем торец кольца 5
взаимодействует с торцом кольца 3. При регулировке кольцо 6
смещают в радиальном направлении регулировочным винтом 7, за счет
чего осуществляется осевое смещение кольца 3 и, следовательно,
регулировка натяга в подшипнике. После окончания регулировки винт
7 стопорят гайкой 8.
В некоторых случаях для получения заданного зазора и осевой
"игры" в подшипниках качения устанавливают специальные
дистанционные кольца. На рис. 12.7 показан такой двухрядный
роликоподшипник с коническими роликами (заявка № 2073332, Англия).
Подшипник имеет два внутренних кольца 7, сепараторы 2, наружное
кольцо 3 и конические ролики 4. Между широкими торцами внутренних
колец устанавливается разъемное дистанционное кольцо 5,
перемещение которого в радиальном направлении ограничивается
упорами. Заданный радиальный зазор и осевая "игра" в подшипнике
обеспечиваются соответствующей толщиной дистанционного кольца.
Подшипники воспринимают радиальную и двустороннюю осевую
нагрузки.
Примером компенсации погрешностей отверстия корпуса
опоры зубчатой передачи и уменьшения зазоров в ней может служить
устройство, показанное на рис. 12.8 (заявка ФРГ № 28555579). В этом
Рис. 12.6. Устройство для регулировки зазора в подшипнике скольжения

Регулировка зазоров
207
Рис. 12.7. Двухрядный роликоподшипник с коническими роликами
устройстве вал зубчатой передачи имеет наружное кольцо 2,
установленное в отверстии корпуса 3 подшипника. В эксцентрическое
коническое отверстие кольца входит кольцо 4 соответствующей
конической наружной поверхностью.
В цилиндрическом эксцентрическом
отверстии кольца 4 помещается
подшипник 5 качения или скольжения, в котором
установлен вал 1 передачи.
Центрирование оси вала с осью отверстия корпуса 3
осуществляется при относительном
вращении колец 2 и 4. Нанесение меток на
торцовые поверхности этих колец
облегчает их центрирование для требуемой
точности установки вала. При достижении
такой точности кольца 2,4
заклиниваются с помощью винта <5. Для разъединения
колец винт 6 вывинчивается, а по каналу
7 подается жидкость под давлением,
проникающая между коническими
контактными поверхностями колец 2, 4. Такая
конструкция опоры позволяет
компенсировать погрешности отверстия корпуса и
при больших допусках осуществлять
беззазорную установку в нем подшипника.
Рис. 12.8, Устройство для
регулировки зазора в
подшипнике качения

Глава 13. СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
1. Общие замечания
Смазка трущихся поверхностей деталей машины необходима для
уменьшения сопротивления трения и обусловленной им потери
энергии, уменьшения износа и нагрева деталей, а также для оказания
демпфирующего действия и предохранения поверхностей от коррозии во
время бездействия машины. Таким образом, смазка оказывает
смазывающее, демпфирующее, защищающее от коррозии и
охлаждающее действие. В поток смазочного масла отводится как теплота
трения, так и притекающая к поверхностям трения теплота от горячих
частей машины, как, например, в паровых турбинах, в двигателях
внутреннего сгорания, в насосах для перекачки горячих жидкостей.
Потоком масла выносятся также из зоны трения продукты износа.
Роль смазки в охлаждении и очистке поверхности трения
значительна даже при бедной, но возобновляющейся в работе смазке.
Трение металлов при смазке их хотя бы такой полярно неактивной и
маловязкой жидкостью, как керосин или вода, меньше, а износ - во много
раз меньше, чем при сухом трении. При трении чугуна по чугуну на
машине Амслера при удельной нагрузке 12,5 МПа и одинаковой
скорости скольжения В.П. Гречиным были получены следующие
результаты: коэффициент трения при смазке минеральным маслом 0,02,
керосином 0,06, водой 0,22, без смазки 0,6; суммарный весовой износ
пары образцов в относительных единицах соответственно составлял
1; 1,9; 17,2 и 437. Понижение температуры поверхности трения
смазочной пленкой объясняется большей ее теплоемкостью, чем у
металлов. Весовая теплоемкость меди и железа составляет 0,11, чугуна
0,13, машинного масла 0,40, керосина 0,51, воды 0,99.
Демпфирующее действие смазочного материала заключается в
снижении динамичности переменной нагрузки и в уменьшении
поперечных и продольных колебаний при переходе через критическую
частоту вращения валов. Одновременно под влиянием масляного слоя
подшипников жидкостного трения возможны усиленные вибрации
роторных машин, нарушающие нормальную их работу.
Смазочные материалы могут быть жидкими (масла, вода, серная
кислота высокой концентрации в некоторых машинах химической
промышленности и другие жидкости), в виде эмульсии,
газообразными (воздушная и газовая смазки), пластичными и твердыми (тальк,
графит, дисульфид молибдена и др.).
Современное производство, потребляющее различные смазочные
материалы, требует ежегодных затрат на ремонт, восстановление и
приобретение смазочного оборудования. Эти затраты могут быть

Общие замечания
209
существенно снижены при создании эффективной смазочной
системы и правильной организации ее работы. Имеются в виду
следующие мероприятия: применение на производстве централизованных
автоматизированных смазочных систем; учет особенностей
окружающей среды; специальное техническое обучение обслуживающего
персонала; учет условий эксплуатации и особенностей конкретных
подшипниковых узлов; оценка эксплуатационного возраста
оборудования; обеспечение периодичности подачи смазочного материала
в оптимальных количествах и др. [2].
Следует обратить внимание на высокие качества современных
синтетических смазочных жидкостей, хотя стоимость синтетических
смазочных материалов в 4-8 раз превышает стоимость минеральных
материалов, но их применение позволяет резко расширить диапазон
рабочих температур и увеличить сроки эксплуатации, что в
конечном счете может дать существенный экономический выигрыш.
Широкое применение синтетических углеводородов в компрессорах,
редукторах, паровых турбинах и др. приводит к снижению
энергозатрат, уменьшению рабочей температуры и в конечном итоге к
повышению эффективности работы оборудования.
Объем потребления синтетических смазочных жидкостей в
современной технике составляет 3-4% от общего потребления смазочных
материалов. Однако их использование, по литературным данным,
удваивается каждые 3-4 года. Наиболее известные синтетические
смазочные материалы изготавливают на основе синтезированного
углеводорода, органических эфиров, полигликолей, фосфатных эфиров и
др. Температурный диапазон применения таких смазочных
материалов шире, чем у минеральных масел и смазок, они могут обладать
как более низкими, так и более высокими коэффициентами трения по
сравнению с минеральными смазочными материалами.
Синтетические смазочные материалы с низкими коэффициентами трения
целесообразно применять в силовых трансмиссиях для снижения
энергетических потерь, а с высокими коэффициентами трения — в качестве
рабочих жидкостей для фрикционных вариаторов. Синтетические
смазочные материалы обладают высокой долговечностью, высоким
сопротивлением окислению, не содержат соединений, вызывающих
образование осадка.
Необходимо отметить перспективность триботехнических
исследований по применению в качестве смазочных материалов смазок на
водной основе и чистой воде. Здесь имеются принципиальные
отличия водяной смазки от масляной. Они состоят в том, что характер
изменения вязкости масла и воды от давления различен и, кроме того,
вязкость воды во много раз меньше вязкости масла. В результате
гидродинамический слой при смазке водой будет очень тонкий, поэтому
требуется очень чистая вода. Наиболее эффективный путь
использования в качестве смазочного материала воды и жидкостей на ее осно-
ве-это применение эффекта безызносного трения. Этот путь апроби-
14-ЖЧ9

210
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
рован в судостроении и экономически наиболее целесообразен. На
водной основе созданы жидкости ПГВ (водный раствор полиэтилен-
гликоля и глицерина с комплексом антикоррозионных,
антифрикционных и антипенных присадок), которые реализуют избирательный
перенос в системах гидравлики [5].
2. Физико-химические характеристики
смазочных материалов
Физико-химические характеристики смазочных материалов (СМ)
- это система регламентированных стандартами показателей для
оценки качества. Такими показателями являются: 1) плотность
номинальная (при заданной температуре); 2) вязкость номинальная
(определяется обычно при температуре 50 или 100°С); 3) температура вспышки
- наинизшая температура вспышки паров нагреваемого СМ при
приближении пламени в условиях обычного давления; 4) температура
застывания - наивысшая температура, при которой масло теряет
текучесть по определенному допуску (масло после наклона
стандартной пробирки под углом 45° остается неподвижным в течение 1 мин);
5) кислотное число (КОН) - число миллиграмм едкого калия,
требующегося для нейтрализации 1 г СМ; 6) коксуемость - вес кокса в
процентах к навеске испытуемого СМ; 7) зольность - наличие в СМ
несгораемых веществ; 8) содержание механических примесей; 9)
содержание воды; 10) содержание водорастворимых кислот и щелочей;
11) коррозионное воздействие на железные и медные пластинки;
12) содержание серы; 13) содержание селективных растворителей -
фенола, крезола, нитробензола и фурфурола, применяемых при
селективной очистке СМ.
За исключением вязкости, все показатели либо косвенно и
ограниченно характеризуют поведение СМ в эксплуатации, либо служат
для контроля их качества при производстве, транспортировке и
хранении* Проанализируем некоторые из этих характеристик.
Плотность сама по себе не характеризует качества СМ, но ее
понижение сопровождается понижением вязкости и температуры
вспышки. Последняя служит показателем испаряемости и огнеопасности
СМ. Температура вспышки учитывается в случае близости
работающего СМ к горячим пару, газу, металлу. Температура вспышки
должна быть выше температуры смазываемой поверхности.
Температура застывания не характеризует полной потери СМ подвижности, так
как заметная текучесть сохраняется до температуры, которая на 15-
20°С ниже температуры застывания (определяется по ГОСТу).
Косвенно по этой температуре можно судить о растекаемости СМ по
поверхности трения.
Кислотное число характеризует содержание кислот в СМ.
Водорастворимой кислотой в неработавшем СМ может быть серная
кислота как след после кислотной очистки. При отсутствии водораство-

Общие замечания
211
римых кислот начальная кислотность СМ обусловлена
нафтеновыми кислотами, и кислотное число в этом случае характеризует
содержание в СМ именно этих кислот. Возрастание кислотного числа
работающего СМ позволяет судить о степени его окисления. Наличие
водорастворимых кислот и щелочей в СМ не допускается вследствие
их разъедающего действия на металлы. Щелочь в СМ может оказаться
как след ее после очистки. Следует отметить, что в работающие СМ
двигателей внутреннего сгорания могут попасть из продуктов
разложения топлива хотя и водорастворимые, но весьма слабые
органические кислоты, как, например, уксусная.
Коксуемость, как показатель качества СМ, определяет степень
его очистки и склонность к образованию отложений. Исследования
Д.Н. Вырубова показали, однако, что количество и состав
отложений в двигателе внутреннего сгорания не зависит от вида СМ
(использовались для смазки масла: моторное Т, автолы 6, 10и 18срезко
различной допустимой коксуемостью). Что касается зольности, то она
указывает на наличие в СМ механических примесей и солей (мыл).
Мыла при прокаливании дают твердый остаток в виде золы. Мыла в
СМ способствуют его окислению, а повышенная зольность
увеличивает твердость нагара в двигателях внутреннего сгорания.
3. Присадки к маслам
Для улучшения эксплуатационных качеств минеральных масел
применяют специальные добавки к ним, именуемые присадками.
Присадки к маслам должны в них хорошо растворяться, не выпадать
в виде осадка, не должны задерживаться на фильтрах смазочной
системы и оседать на поверхностях. По целевому назначению присадки
бывают: 1) антифрикционные-для стабилизации сил трения или
снижения их в условиях граничного трения; 2) противоизносные - для
уменьшения интенсивности изнашивания поверхностей; 3) противо-
задирные - для предотвращения и смягчения процесса заедания
поверхностей; 4) вязкостные -для улучшения вязкостно-температурных
характеристик масел; 5) депрессорные - для понижения температуры
застывания масел; 6) противоокислительные (ингибиторы) - для
замедления окисления масла кислородом воздуха; применение их
уменьшает лакообразование и понижает корродирующие свойства масел;
7) антикоррозионные - для уменьшения коррозионного действия
масел на металлы; 8) моющие - для уменьшения углеродистых
отложений на деталях двигателей; 9) противопенные — для предотвращения
вспенивания масел и для быстрого разрушения образующейся пены;
10) многофункциональные -для улучшения одновременно
нескольких свойств масел.
14*

212
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
4. Пластичные смазочные материалы
Пластичные СМ являются коллоидными системами. Как
таковые, они легко деформируются под внешним воздействием.
Пластические свойства их связаны с температурой.
Пластичные СМ представляют собой минеральные масла,
загущенные мылами, т.е. солями растительных, животных и
синтетических жирных кислот. В зависимости от состава мыла пластичные СМ
разделяются на кальциевые, натриевые, кальциево-натриевые,
алюминиевые, магниевые и др. Кальциевые СМ - солидолы, в воде не
растворяются; при плавлении теряют содержащуюся в них
свободную и связанную воду и начинают распадаться на масло и мыло;
после охлаждения солидола его смазочные свойства не
восстанавливаются. Кальциевые СМ не могут длительно работать при температуре
55° и выше без пополнения.
Натриевые пластичные СМ более термостойки, но не
влагостойки. Они легко растворяются в воде, выделяя свободные жирные
кислоты и щелочи, вызывающие коррозию металла, и образуют легко
смываемую с трущихся поверхностей эмульсию.
Кальциево-натриевые СМ целесообразно применять в условиях повышенной
температуры и влажности. В последние годы промышленность выпускает
литиевые смазки (литолы), которые обладают высокими
антифрикционными свойстаами. Основными качественными
характеристиками пластичных СМ являются температура каплепадения, пенетрация
и содержание механических примесей.
Температура каплепадения - это температура падения первой
капли СМ, нагреваемого в капсуле прибора в строго определенных
условиях. Температура каплепадения служит условной
характеристикой термостойкости СМ. Для СМ, содержащих мыла, она должна
быть на 15-20°С выше предполагаемой рабочей температуры узла
трения.
Пенетрация выражается в градусах и представляет собой
глубину погружения стандартного конуса в испытуемый СМ за 5 с,
выраженную в сотых долях сантиметра. Пенетрация характеризует
степень пластичности СМ. Чем выше число пенетрации, тем меньше
пластичность. По числу пенетрации приближенно можно судить о
прокачиваемости СМ через трубопроводы.
5. Металлоплакирующие смазочные материалы*
МЕТАЛЛОПЛАКИРУЮЩИЕ СМАЗКИ -- класс смазочных
материалов, содержащих (по массе от 0,1 до 4 и более процентов)
присадки: порошки металлов, сплавов и их окислов, соли и комплексные
соединения металлов, металл органические соединения. При исполь-
* Литература по смазочным материалам дана на стр. 294-295.

Металлоплакирующие смазочные материалы
213
зовании металлоплакирующей смазки реализуется эффект безызнос-
ности, который проявляется в том, что на трущихся поверхностях
деталей в процессе работы узлов трения формируется тонкая, трудно
поддающаяся окислению, защитная самовосстанавливающаяся
металлическая пленка из введенных в смазку присадок. Толщина пленки
составляет от нескольких атомных слоев до 1-2 мкм. В литературе
защитную пленку называют "сервовитной" от латинских слов зепю-
тгс - спасать жизнь.
Металлоплакирующие смазки применяют в тяжелонагруженных
узлах трения качения и скольжения в самолетах, автомобилях,
двигателях внутреннего сгорания, прокатном металлургическом
оборудовании, шпинделях зачистных машин, текстильном, швейном и
обувном оборудовании и др.
Использование металлоплакирующих смазок позволяет повысить
долговечность узлов трения (в 2-3 раза), снизить потери на трение (на
30-200%) и тем самым повысить КПД машин и оборудования,
уменьшить расход смазочных материалов (в 2-3 раза), увеличить период
между смазочными работами (до 3-х раз).
Образование сервовитной пленки в процессе трения
обусловлено его созидательным характером, определяемым интенсивностью
обмена узла трения с внешней средой энергией и веществом, а также
коллективным поведением ионов металла (порошка металла или его
окисла), из которых формируется сервовитная пленка, защищающая
поверхности трения от изнашивания. Свойства металлической
сервовитной пленки, "рожденной" в процессе трения, иные, чем у
металла, полученного при восстановлении руды. Пленка имеет рыхлую
структуру, пориста, в ней почти отсутствуют дислокации и имеется
большое количество вакансий.
Наибольшее распространение получили металлоплакирующие
смазки, образующие медную сервовитную пленку.
Повышенная эффективность металлоплакирующих смазок
обусловлена следующими факторами:
- осуществление контакта поверхностей трения через
пластически деформирующийся мягкий и тонкий слой металла*. При обычном
трении, как со смазкой, так и без смазки, детали контактируют на
очень малой площади сопряженных поверхностей, составляющей 0,01 -
0,0001 от номинальной площади. В результате участки фактического
контакта испытывают весьма высокие напряжения, что приводит к
их взаимному внедрению, пластической деформации и к
интенсификации изнашивания. При наличии сервовитной пленки площадь
фактического контакта увеличивается в 10-100 раз, и материалы
сопряженных деталей испытывают лишь упругие деформации. Износ
поверхностей резко уменьшается;
*
Этот фактор поясняет рис. 1.13 А,

214
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
- реализация эффекта Ребиндера*. Обычные смазочные
материалы являются кислородоносителями, они окисляют поверхности
трения и тем самым уменьшают возможность их схватывания. Однако
окисные пленки препятствуют проникновению среды к металлу, в
результате чего эффект Ребиндера проявляется слабо, и
пластической деформации подвергаются большие объемы металла. При
использовании металлоплакирующеи смазки окисления поверхностей не
происходит, трение здесь носит восстановительный характер. Среда
взаимодействует с металлом и в результате пластическая
деформация локализуется в тонком слое;
- перенос частиц износа с одной поверхности трения на другую и
удержание частиц в зоне контакта электрическим полем.
Продуктами износа при использовании обычных смазочных материалов
являются в основном окислы, которые не имеют электрического заряда и
свободно уносятся из зоны контакта. При наличии на поверхностях
трения сервовитной пленки продукты износа состоят из частиц
металла. Поверхность таких частиц пориста, они покрываются
адсорбционным слоем ПАВ, имеют электрический заряд, под действием
которого сосредотачиваются в зазорах. Кроме того, частицы
переносятся с одной поверхности трения на другую;
- защита поверхностей трения от проникновения водорода.
Водород образуется в процессе трения как продукт разложения водяных
паров, топлива, смазочных материалов, смазочно-охлаждающих
жидкостей, а также деструкции в зоне контакта полимеров. Водород
проникает в глубь стали или чугуна и ускоряет изнашивание деталей.
Металлическая сервовитная пленка, образующаяся при
использовании металлоплакирующеи смазки, защищает стальные поверхности
трения от проникновения водорода; кроме того, она снижает
удельные нагрузки на контакте, отчего водорода образуется значительно
меньше.
Однако не все смазочные материалы, содержащие различные
мягкие металлы, можно отнести к металлоплакирующим смазкам,
дающим эффект безызносности. Для реализации последнего
необходимо наличие активной смазочной среды, обеспечивающей
протекание физико-химических процессов, "самоорганизующих"
образование защитной пленки, содержащей металл вводимой присадки. Смазки
же для резьбовых соединений и уплотнительные смазки, хотя и
содержат порошки пластичных металлов (меди, свинца, цинка), не
создают эффекта безызносности. Их окислы, более мягкие, чем
материал резьбы, при свинчивании ее после длительной эксплуатации,
особенно при высокой температуре, служат как бы твердым СМ, не
повреждая материала резьбы. При отсутствии металлических
порошков материал резьбы больше окисляется. Окислы, имея твердость
(например окислы стали) большую, чем твердость самого металла, при
*
Фактор поясняет рис. 1.13 В.

Металлоплакирующие смазочные материалы
215
свинчивании резьбы повреждают поверхности трения, увеличивают
усилие свинчивания и нередко приводят к срыву резьбы. По этой
причине нельзя относить к металлоплакирующим СМ смазки,
содержащие мягкие порошки металлов и предназначенные для резьбовых
соединений, работающих при высокой температуре.
Нельзя также относить к металлоплакирующим СМ смазки, при
которых образование пленки металла происходит в результате
"намазывания" металла, что может привести к схватыванию
поверхностей трения и заеданию узла трения. В этом случае смазка не
выполняет своего прямого назначения.
Металлоплакирующие смазочные материалы могут в процессе
работы механизма восстанавливать изношенные трущиеся детали.
Так, например, медь и свинец в твердом состоянии нерастворимы друг
в друге, но можно создать смесь их тонких порошков в минеральном
масле. Такая смесь, будучи введенной в смазочное масло, уменьшает
силы трения и обладает способностью восстанавливать изношенные
рабочие поверхности. Приводятся такие факты. Круговые
направляющие карусельного станка за 20 лет работы износились настолько,
что станок было затруднительно использовать даже на пониженных
скоростях. Через некоторое время работы станка со смазкой
суспензией медно-свинцового порошка изъяны поверхности направляющих
"залечились", поверхность приобрела необходимую гладкость. При
нарезании резьбы на деталях стальной арматуры (диаметр 68 мм) за
3-5 проходов точность и шероховатость обработанной поверхности
были не вполне удовлетворительными вследствие сильного износа
направляющих станка; при этом приводной электродвигатель из-за
перегрузок часто выходил из строя. Добавка медно-свинцового
порошка в охлаждающую жидкость и смазочное масло сделала
возможным нарезание резьбы удовлетворительного качества за один
проход, изношенные же поверхности направляющих станка были
восстановлены до зеркального блеска.
Добавлением масла с диспергированной смесью медного и
свинцового порошков в рабочую жидкость гидроприводов станков
можно улучшить качество притертых поверхностей золотников,
клапанов, гидроцилиндров и других деталей, износ которых увеличивает
зазоры в уплотнениях гидросистемы. Свинец в суспензии медно-свин-
цовых порошков играет роль твердого смазочного материала, медь
имеет высокую теплопроводность и, вероятно, переносится с одной
поверхности трения на другую.
Для компенсации износа должно происходить накопление
материала и связывание его в пунктах повреждений поверхности с
последующим ее выглаживанием. Механизм этого процесса еще
недостаточно изучен.
Металлизированные кальциевые пластичные смазочные
материалы (СМ) с добавкой мелкодисперсного металлического свинца
применяют для смазки некоторых механизмов на подводных лодках.

216
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Такие материалы не всплывают на воде вследствие их большого
удельного веса. Свинец применяют в некоторых кальциевых смазках для
узлов трения шасси автомобилей. Такие смазки используют в
шестеренчатых передачах и подшипниках, работающих в контакте с
абразивами.
В соединениях труб для предотвращения схватывания и для их
уплотнения в качестве добавок в кальциевый СМ вводят цинковую,
свинцовую или оловянную пыль. Введение в натриевые СМ 10%-го
порошкообразного цинка не вызывает абразивного износа
конических роликовых подшипников.
Все вышеизложенное было описано более 30 лет назад. После
открытия и изучения явления избирательного переноса вопрос
создания и применения металлоплакирующих смазочных материалов стал
рассматриваться в плане исследований образования в зоне контакта
явления избирательного переноса с использованием принципов
самоорганизации. Как было ранее указано, процесс металлоплакиро-
вания является первой стадией явления избирательного переноса,
Наиболее полный обзор свойств и применения
металлоплакирующих СМ выполнен в 1985 г. А.С. Кужаровым и Н.Ю. Онищук.
Авторы справедливо отмечают, что выпускаемые металлоплакирующие
СМ положительно зарекомендовали себя в ответственных узлах
трения машин и показали более высокую эффективность по сравнению с
традиционно применяемыми пластичными СМ. Наиболее
эффективным металлоплакирующим СМ будет тот, который при работе
инициирует режим избирательного переноса (эффект безызносности) при
трении. Установить наличие режима избирательного переноса в узле
трения в некоторых случаях бывает довольно трудно. Дело в том,
что в зависимости от состава металлоплакирующего СМ металло-
плакирование может быть различной интенсивности - от
образования видимой пленки толщиной 1-2 мкм до очень тонких и не
сплошных образований толщиной в несколько атомных слоев. Такие
образования не видимы даже в микроскоп и могут быть обнаружены лишь
методом радиографии или электроно-спектральным методом.
Однако и при столь незначительном металлоплакировании износ деталей
может быть снижен в 2-3 раза по сравнению с износом при
использовании обычных смазочных материалов.
Из экономических соображений представляется следующий путь
применения металлоплакирующих СМ: сначала применяется смазка
с малым содержанием присадки, создающей металлоплакирование.
Так, присадка МКФ-18 содержит небольшое количество меди и
добавляется в индустриальное масло в количестве всего 0,1%; эта
присадка создает очень тонкий (в несколько атомных слоев) медный слой;
поверхности трущихся деталей в этом случае должны
предварительно подвергаться финишной антифрикционной безабразивной
обработке (ФАБО). В результате ФАБО трущиеся поверхности наиболее

Металлоплакирующие смазочные материалы
217
ответственных деталей до работы покрываются металлической
пленкой толщиной в 1-2 мкм, которая при работе подпитывается метал-
лоплакирующим СМ. Описанный способ нашел применение на
предприятиях швейного и обувного производства Министерства
бытового обслуживания населения Российской федерации.
В работе [6] указываются следующие добавки для создания ме-
таллоплакирующих СМ: порошок металла или сплава, окисел
металла, соли металла, комплексные соединения металла, металлоргани-
ческие соединения, органические соединения. Используются
порошки меди, свинца, олова, никеля, серебра, бронзы, латуни,
сверхпластичных сплавов. Указанные металлы и сплавы являются комплексо-
образователями, их окисные формы легко образуют комплексные
соединения как с неорганическими, так и с органическими лиганда-
ми. Они склонны к образованию координационных связей, что,
вероятно, приводит к улучшению смазочных свойств СМ.
Количество порошков, добавляемых в СМ, по результатам ряда
исследований различно - от 2-3% по весу до 20%; оно зависит от
условий работы трущихся деталей, размеров узлов трения и их
зазоров, дисперсности применяемых порошков, конструкции трущегося
сочленения, требований эксплуатации и других факторов. Так, для
пары трения стальной винт - бронзовая гайка при диаметре винта
около 80 мм и дисперсности порошка 10 мкм, оптимальное
содержание порошка составляет 10% по весу. На рис. 13.1 представлена
зависимость интенсивности изнашивания гайки из бронзы БрОЦС-5-5-5
от содержания порошка меди в смазке ЦИАТИМ-201 (данные А.П.
Грибайло).
Эксперименты, проведенные А.С. Кужаровым и Н.Ю. Онищук с
применением в качестве добавок к СМ крупных порошков A25-
180 мкм), показали, что для меди в узлах трения с точечным
контактом оптимальное количество порошка практически не зависит от его
дисперсности. Авторы полагают, что механизм действия металлопла-
кирующих СМ не может быть сведен к простому механическому
ОХ 1 1 I I
^ /О Г5 С,%
Рис. 13.1. Зависимость интенсивности изнашивания I гайки (бронза Бр ОЦС 5-5-5)
от содержания С порошка меди в смазке ЦИАТИМ-201

218
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
0,01
0,001
120 Х,ч
Рис. 13.2. Зависимость износа I пары трения скольжения сталь 45 (диск)-сталь40Х
(колодка) от времени работы х (НКС 48-50, Руд= 1,5 МПа, V = 0,2 м/с) при
использовании смазок:
1 - ЦИАТИМ-203; 2- ЦИАТИМ-203 + 10% меди; 3- ЦИАТИМ-203 + 10% меди + 0,1 %
салицилальанилина
плакированию (намазыванию) металлом поверхности трения, а
должен включать в себя последовательность механизмов перехода
компактного порошкообразного металла в объем СМ в виде соединений
с последующим их разложением и формированием защитной пленки.
Металлоплакирующие СМ обладают лучшими противозадирны-
ми, противоизносными и антифрикционными характеристиками, чем
у обычных СМ, что подтверждают приведенные ниже результаты
экспериментальных данных. На рис. 13.2 приведены зависимости
износа образцов пары трения сталь 45 - сталь 40Х от времени работы
при смазывании различными СМ [6]. Как видно, лучшие результаты
имеют место при смазывании пары трения смазкой ЦИАТИМ-203 +
10 % меди + 0,1% салицилальанилина. Были проведены испытания на
трение качения. Результаты приведены на рис. 13.3. И здесь при
добавке в СМ 10% меди и 0,1% 8-оксихинолина интенсивность
изнашивания образцов резко снижается в условиях трения качения.
Рис. 133. Зависимость износа I пары трения качения ролик-ролик от времени работы
х (сталь ШХ-15, НКС 62-64, Р д= 6 МПа, V = 0,2 м/с, коэффициент проскальзывания
20%) при использовании смазок: 1- литол; 2- литол +10% меди + 0,18%-оксихинолина

Металлоплакирующие смазочные материалы
219
Металлоплакирующие СМ, содержащие правильно подобранную
композицию металл—лиганд, обладают более высокими
смазочными свойствами, чем смазки, наполненные только порошками
металлов [7]. Учитывая незначительную концентрацию (до 1%) активных
компонентов (комплексообразующих присадок), можно заключить,
что эти присадки могут лишь направлять трибохимическое
взаимодействие металла со СМ, "питая" поверхность трения
необходимыми реагентами за счет своей трибодеструкции и трибоокисления.
Можно утверждать, что при работе узлов трения взаимодействие
вводимых в СМ твердых металлических частиц (меди, латуни и др.)
как с поверхностно-активными веществами, так и с поверхностью
трущихся деталей, будет значительно больше при тяжелых условиях
трения, чем при легких. Учитывая сказанное, некоторые
исследователи для создания сервовитного слоя на трущихся поверхностях и
образования в зоне контакта координационных соединений
прибегают к более форсированным режимам работы узлов трения в
начальный период (период приработки), что противоречит ранее
сложившимся представлениям о том, что в начальный период работы
машины необходимо придерживаться низких нагрузок с постепенным их
повышением. Это положение было применено при ремонте пресса
6300 тс на Московском автомобильном заводе им. Лихачева.
Имеются данные, когда в обычные СМ добавляют окислы
металлов, которые в процессе работы восстанавливаются до чистых
металлов и обеспечивают режим избирательного переноса. При этом
работоспособность пластичного СМ возрастает. В работе [9]
приведены результаты испытаний по определению предельной
работоспособности (нагрузки сваривания) пластичного СМ, легированного
окислами различных металлов. Для базового СМ (основы), который
должен обладать свойствами восстанавливать окислы, нагрузка
сваривания составляла 1,6 кН. При добавке 15% окисла металла
нагрузка возросла и составила при введении №0, 8пО, 2лО, РЬО - 2 кН,
СиО - 2,5 кН, СаО - 6,3 кН и ЗЬ203 - 8 кН.
Было также установлено, что некоторые неорганические
кристаллогидраты, например Ре20(ОН), могут существенно снизить силы
трения и интенсивность изнашивания стальных соединений [10].
Особое место среди неорганических солей, как указывают авторы
работы [6], занимают сульфаты, сульфиты и сульфиды металлов, из
которых необходимо выделять соли свинца и меди, обеспечивающие
работу пары трения в режиме избирательного переноса.
Примером воздействия на базовый СМ добавок сульфидов и се-
ленида металлов могут служить следующие данные (патент США
№ 3377277) по нагрузке сваривания (кН):
Базовая смазка ( МУЬ - V -3278) 0,8
То же с присадкой
Мо§2 1,5
№80, 2
\У87 ~ 2,25
А5§Ь8, 3,55
4 '

220
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
А.С. Кужаров и Н.Ю. Онищук приводят данные о том, что
имеется для каждого СМ оптимальное количество присадки, которая
обеспечивает наибольшую критическую нагрузку и нагрузку
сваривания (табл. 13.1).
Таблица 13.1
Критическая нагрузка Рк и нагрузка сваривания Ре
для различных составов пластичных СМ
Смазочный материал
ЦИАТИМ-201
То же с присадкой М
5%
10%
20%
Литол-24
То же с присадкой М:
5%
10%
20%
ЦИАТИМ-221
То же с присадкой М:
5%
10%
20%
Пресс - солидол С
То же с присадкой М:
5%
10%
20%
/\,кН
0,5
0,5
0,5
0,7
0,55-0,6
0,55-0,6
0,55-0,6
0,9
0,34
0,65
0,7
0,92
0,9
0,9
1,1
1,42
Л„кН
1,75
2,8-3,0
3,0-3,2
4,25-4,3
2,24
4,0-4,1
4,0-4,1
4,5
2,1
3,25
4
5
3
3,25
3,75
4,5
Примечание. Присадка М - продукт взаимодействия капролактама и
гидрата окиси меди.
Авторы обзора [6] считают, что применение
металлоплакирующих СМ наиболее целесообразно лишь в тех узлах трения,
энергетическая характеристика которых обеспечивает реализацию
совокупности физико-химических процессов, приводящую к режиму безыз-
носности. Для большинства известных металлоплакирующих СМ это
означает, что их применение целесообразно лишь при повышенных
нагрузках. Последнее подтверждается и опытом эксплуатации: лишь
в тяжелонагруженных узлах трения достоверно установлена более вы-

Металлоплакирующие смазочные материалы
221
сокая эффективность металлоплакирующих СМ по сравнению с
традиционно применяемыми. Авторы обзора в свете развития
металлоплакирующих СМ дают следующий прогноз. "Поиск новых
присадок иногда идет без или параллельно исследованию механизма их
смазочного действия. Думается, что при современном уровне
развития триботехники такое положение постепенно выровняется и новые
металлоплакирующие присадки будут созданы на базе
фундаментальных работ по механизму смазочного действия. В этом случае
концептуальной основой работ должен быть избирательный перенос -
единственный в настоящее время подход, допускающий безызносное
трение. В рамках явления избирательного переноса с использованием
принципов самоорганизации, особенно при обсуждении химических
аспектов смазочного действия, следует ожидать наибольших успехов
в развитии производства металлоплакирующих смазок".
Металлоплакирующих СМ, реализующих избирательный
перенос, разработано достаточно много. Однако они нашли пока
ограниченное применение, поскольку промышленность не выпускает их в
требуемом количестве. Так, разработана присадка к индустриальным
маслам МКФ-18, создан СМ для узлов текстильного оборудования в
Пензенском политехническом институте (авторы Н.Е. Денисова и
Г.И. Свищевская), в работе [6] отмечаются присадки А.С. Кужарова
и др.
За рубежом для двигателей внутреннего сгорания широко
используют масла, которые содержат медь, алюминий и олово. В Венгрии
разработана и применяется присадка "Эшка" для автомобильных
двигателей, которая реализует эффект избирательного переноса при
трении. Эта присадка была выбрана по утверждению авторов [11] на
основе концепции избирательного переноса при трении. Испытания
присадки показали снижение интенсивности изнашивания и сил
трения и, как следствие, снижение расхода топлива на 3-4%.
Во Франции и Швейцарии разработана металлоплакирующая
присадка "Металл-5" для двигателей внутреннего сгорания.
Присадка производит восстанавливающее действие на трущиеся детали. Ее
применение целесообразно при наличии некоторого износа деталей.
По данным фирмы, при использовании присадки увеличивается
мощность двигателей и их приемистость, уменьшается расход СМ,
снижается вибрация. В состав присадки входит медь и олово и в
небольших количествах серебро. Подобная присадке Металл-5 в Италии
разработана присадка Л у бри-фильм.
Имеются металлоплакирующие СМ, которые могут работать при
повышенных температурах [12]. Такой СМ имеет своей основой
бентонитовую глину в сочетании с коллоидальными мелкодисперсными
частицами меди и свинца. Преимущества данного СМ по сравнению
с традиционными заключаются в его повышенной адгезионной
способности, устойчивости против старения при воздействии кислот,
воды, пара и щелочей, а также против воздействия высоких темпера-

222
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
тур. Диапазон использования по температуре составляет от -40 до
+ 1350°С (долговременно - до 1100°С). СМ достаточно экономичен,
поскольку может наноситься на поверхности трения тонким слоем.
При этом нет необходимости в какой-либо предварительной
обработке поверхности трения.
Оценка влияния металлоплакирующих СМ на контактную
усталость стали была выполнена Е.А. Панфиловым [8]. Было
установлено, что при больших контактных напряжениях различия в
контактной прочности образцов, смазываемых обычным маслом с
металлоплакирующей присадкой, не обнаружено. При меньших нагрузках
(порядка 60-70 МПа) имеется существенное увеличение контактной
прочности образцов, смазываемых маслом с металлоплакирующей
присадкой. Образцы выдерживали в 2 раза большее число циклов
нагружения. На рис. 13.4 приведены результаты испытаний образцов
из стали 40Х при смазывании маслами без присадки и с присадкой.
Испытания на контактную прочность проводились на двухролико-
вой машине.
На 4-м ГПЗ были проведены испытания подшипников качения;
они показали, что применение масел с металлоплакирующей
присадкой увеличивает долговечность подшипников на 18%.
В заключении этого раздела необходимо добавить важные
сведения о влиянии металлоплакирующих присадок, а точнее сервовитной
пленки, на возможное ускорение окисления смазочного материала,
особенно масел для теплонапряженных двигателей внутреннего
сгорания. Давно известно традиционное применение солей меди в
качестве активных катализаторов [4]. Однако позднее была обнаружена
способность органических соединений меди к антиокислительному
действию. Показана возможность усиления эффективности
некоторых органических антиоксидантов путем координации их
функциональных групп на соединениях меди [3].
Отсюда, как утверждает В.Г. Бабель [3], в зависимости от ряда
факторов, соединения меди, вводимые в масла, могут проявлять и
каталитическую активность и ингибировать процесс окисления, а
1100
900
700
500
105 2 4 6 810е 2 4 6 8 107 N
Рис. 13.4. Зависимость контактного напряжения о сж образцов из стали 40Х от числа
циклов нагружений N при смазывании маслом без присадки (о) и с присадкой (+)
> ■**&
+0
е
о
«г
о
№*-
Ч^
^ +
+

Металлоплакирующие смазочные материалы
223
также улучшать трибологические свойства масел. Результаты
исследований позволили сделать следующие выводы:
- введение металлсодержащих добавок в масла для повышения
их смазочных свойств в виде металлокомплексов или солей
переходных металлов с координационными соединениями (лигандами), их
каталитическое действие на окисление субстрата может быть
подавлено при правильном подборе лиганда, проявляющего ингибирую-
щую активность, оптимальной концентрации соли и лиганда,
устойчивости образующего комплекса, а также среды, способствующей
торможению процесса;
- разработанные металлополимерные композиции для масел
автомобильных двигателей, содержащие галогениды металлов
переменной валентности, придают минеральным маслам высокие
трибологические свойства. Средой для введения солей в масла
наиболее рациональными оказались алифатические спирты; их
положительное действие на процесс окисления углеводородов в
присутствии солей переходных металлов было доказано
экспериментально. При снижении концентрации до 1 мае. % ухудшаются
трибологические свойства масел. Оптимальная концентрация спиртового
раствора хлорида меди 3-5 мае. % оказывает стабилизирующее
действие на процесс окисления масла, не снижая его смазывающих
свойств.
Помимо указанного, необходимо отметить, что введение в масла
металлоплакирующих присадок снижает температуру трущихся
деталей, что само собой должно сказаться на уменьшении степени
окисления масла в механизмах. Это особенно важно для обеспечения
надежности работы механизмов, ограниченных температурным
режимом. Приведем один из примеров по влиянию металлоплакирующей
присадки на температуру узла трения.
Межведомственным научным советом по трибологии России
была проведена серия работ по изучению возможности улучшения
трибологических свойств высококачественного червячного
редуктора одной известной западной лифтостроительной фирмы за счет
использования присадок, разработанных с целью реализации
избирательного переноса [1]. Для испытаний была отобрана при-сад-
ка ПИК-3, разработанная в Академии нефти и газа им. И.М. Губкина
проф. В.Ф. Пичугиным. Образцы для лабораторных
испытаний изготавливались в Финляндии, а стендовые испытания
реального редуктора проведены самой фирмой. В редукторе
использовалось синтетическое масло, на нем же проводились лабораторные
испытания. Приведем результаты испытаний червячного редуктора
табл. 13.2.
Из таблицы видно, что с введением присадки температура
падает на 20%. Было установлено, что при этом крутящий момент трога-
ния редуктора снижается на 17%. Авторы работы отмечают, что для

224
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Таблица 13.2
Снижение объемной температуры масла над исходной в картере
червячного редуктора при введении металлоплакирующей присадки
Испытуемое масло
1
Продолжительность испытаний, ч
2
3
4
Превышение температуры, °С
5
БЬеП-Т^еИа 18,8 24,4 26,0 26,4 26,5
8пе1КПуе11а + ПИКЗ 14,0 18,9 21,1 21,5 21,9
5пе11-Т1Уе11а + ПИКЗ 15,5 19,9 20,9 21,0 21,1
современной конструкции червячного редуктора с хорошими
конструкционными материалами и синтетическим маслом проведенные
испытания дали весьма впечатляющий результат.
6. Выбор смазочных материалов
За последние 10-15 лет проблема рационального выбора СМ для
машин приобрела особое значение в связи с ростом расхода этих
материалов и возрастающей зависимостью надежности работы машин
от качества СМ. На примере использования моторных масел можно
показать, что можно снизить расход топлива на 10-15%, повысить
долговечность двигателя на 30-45%, увеличить сроки смены масла в
2-4 раза.
Выбор СМ производится для вновь проектируемых машин, для
машин после их модернизации и для действующего оборудования при
изменении условий эксплуатации. Выбор зависит от многих условий,
основными из которых являются: конструкция узла трения, рабочий
режим (нагрузка, скорость, температура, интервалы их изменения),
особенности рабочего и технологического процесса, внешняя среда
(температура воздуха, его влажность, запыленность, наличие
агрессивных газов и т.п.), квалификация обслуживающего персонала и
возможность ухода за механизмом во время его действия,
требования надежности и экономические факторы.
Поскольку выбор СМ начинается с оценки целесообразности
применения минерального масла или пластичной смазки, то прежде
всего сравним эти виды СМ.
Преимущества смазочных масел по сравнению с пластичными
смазками: более высокая стабильность и чистота; более низкий
коэффициент внутреннего трения; лучшая работоспособность при
высоких скоростях скольжения, при повышенных и при низких
температурах; возможность фильтрации; возможность осуществлять контроль
за состоянием масла и более гибкий контроль за его подачей;
простота добавки и смены масла; возможность сбора отработанного масла

Выбор смазочных материалов
225
и его регенерации. Особенно важным преимуществом является
охлаждающее действие масел.
Недостатки смазочных масел: повышенные утечки через
неплотности в разъемах корпусов и соединений маслопроводов;
необходимость применения сложных уплотнений; повышенная пожароопас-
ность.
Преимущества пластичных смазок: хорошая работоспособность
при малых скоростях скольжения и высоких удельных давлениях, при
действии ударных и знакопеременных нагрузок, при частых
остановках, а у специальных смазок - и при высоких температурах;
возможность работы соединений при более высоких значениях зазоров;
хорошее удерживание в корпусах; хорошее заполнение зазоров в узлах
трения и неплотностей корпусов подшипников, что препятствует
загрязнению поверхностей трения.
Однако у пластичных смазок возможно их расслоение,
расплавление и вытекание при длительной работе при повышенной
температуре. Смена смазки требует таких трудоемких процессов, как
разборка и промывка механизмов. Конструктивные возможности при
решении задач подвода пластичной смазки более ограничены.
Вопрос о выборе СМ при конструировании смазочной системы
одной или нескольких однотипных кинематических пар решается
относительно просто. Конструктивная простота узлов на пластичных
смазках обусловливает предпочтение их узлам с жидкими маслами,
если только это не противоречит условиям работы узла.
Пластичные смазки применяют в парах скольжения тихоходных
механизмов, в открытых зубчатых передачах и подшипниках
качения и всюду там, где можно избежать усложнений конструкции узла,
диктуемых использованием жидкого масла. Однако при высоких
скоростях скольжения или частотах вращения при использовании
пластичной смазки возникают большие потери на трение, что повышает
температуру смазки. Кроме того, при высоких частотах вращения
происходит отбрасывание смазки от рабочих поверхностей.
Внутреннее трение повышается также при низких температурах; это может
вызвать заклинивание и нарушение нормального функционирования
узла. Пластичные смазки при использовании в приборах и
механизмах управления могут не удовлетворять требованиям их
чувствительности. Применение этих смазок не всегда возможно в узлах, не
допускающих разборки и рассчитанных на длительную эксплуатацию. Все
эти обстоятельства ограничивают область применения пластичных
смазок.
В отношении жидких масел можно высказать несколько общих
соображений:
- для механизмов, работающих в теплых помещениях,
применимы масла со сравнительно высокой температурой застывания;
- чем меньше вязкость масла, тем меньше внутреннее трение;
15-2039

226
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
- при сравнительно узком температурном интервале работы
механизма масла могут иметь крутую вязкостно-температурную
характеристику; это качество имеет важное значение, поскольку
возможности получения масел с пологой характеристикой ограничены;
- маловязкие масла в случае нарушения плотности стыков и
соединений дают большие утечки и легко разбрызгиваются;
- нагрузочная способность масел повышается с увеличением их
вязкости.
Малые потери на трение при смазывании маловязкими
жидкостями повышают КПД механизма, а также смягчают температурный
режим, что иногда еще более существенно, как, например, в станках
для отделочных операций. Так, подшипники скольжения шпинделей
шлифовальных станков с успехом смазываются смесью легкого
минерального масла с керосином или даже чистым керосином.
Что касается выбора СМ для конкретных пар трения, то
применительно к подшипникам скольжения решения вытекают из
изложенного в главе 12.
Критериями выбора СМ и способа смазывания для
подшипников качения являются: 1) величина наибольшего контактного
напряжения, как характеристика нагрузки, и 2) параметр йп {й - диаметр
вала, мм; п - частота вращения, об/мин), как показатель
быстроходности. С увеличением нагрузки и рабочей скорости СМ приобретает
большее значение как фактор теплоотвода. Вязкость СМ,
применяемого для смазки подшипников, должна соответствовать в какой-то
мере нагрузке: чем меньше нагрузка, тем меньше должна быть
вязкость для максимального снижения потерь на трение и
предупреждения чрезмерного нагрева подшипника. С увеличением
скорости вязкость СМ должна снижаться. С учетом температурного
фактора вязкость должна назначаться такой, чтобы при
эксплуатационной температуре рабочая вязкость СМ не оказалась
недостаточной.
Поскольку выбор подшипника производится конструктором из
расчета на долговечность, без вычисления контактных напряжений,
то о степени нагруженности он имеет только качественные
представления, на которые можно все же ориентироваться. Практически
основным критерием при этом служит скоростной параметр.
Рекомендуемые пределы вязкости нефтяных масел для смазки подшипников
качения даны в табл. 13.3. По экспериментальным данным ВНИИПП,
применяемость различных СМ и способов смазки обусловлена
следующими пределами параметра (</ л)тах:
Обычные сорта пластичных смазок,
в том числе синтетических 300 000
Жировые пластичные смазки 450 000
Фитильная и капельная смазки
маловязкими минеральными маслами .... 600 000

О применении твердых смазочных материалов в подшипниках качения
227
Смазывание масляным туманом 1 200 000 и более
Прокачка синтетических
смазывающих жидкостей 1 400 000
Прокачка минеральных масел надлежащей
вязкости в подшипниковом узле до 250 000
Таблица 13.3
Рекомендуемые пределы вязкости нефтяных масел
для смазки подшипников качения
Скоростной
параметр
Кинематическая вязкость у50, 10'6м2/с (сСт) при температуре
подшипника в °С
0-60
60-100
Свыше 100
До 0,15-Ю6 10-50 40-150 80-300 ( у100 = 12...35)
@Д5-0,3I06 8-30 25-80 50-180 (у100 = 8...25)
Св.0,3106 5-20 7-40 10-100 (у100 =3...15)
Применение масел с противозадирными присадками для
подшипников качения нецелесообразно, так как при наличии
сепараторов из медных сплавов такие масла оказывают на них
корродирующее действие, и, независимо от этого, некоторые присадки
стимулируют изнашивание и выкрашивание рабочих поверхностей тел
качения и колец.
7. О применении твердых смазочных материалов
в подшипниках качения
В последнее время один из распространенных твердых СМ Мо82
начали использовать как добавку к смазочным маслам с целью
повышения допускаемой нагрузки. Однако долгое время не было известно
являются ли частицы Мо82 в масле эффективными для снижения
изнашивания и предотвращения питтинга в тяжелонагруженных
роликовых контактах. Экспериментальные данные некоторых зарубежных
специалистов показали, что частицы Мо82 (средний диаметр 0,5; 10
или 50 мкм) в масле повышают интенсивность изнашивания
поверхности роликов, изготовленных из стали твердостью НВ 190-535.
Указываются три возможных причины, которые могут объяснить
повышение изнашиваемости стали, вызываемой частицами МоЗ„ низкой
твердости: 1) сложная структура и острые углы частиц Мо$2; 2)
возникновение гидродинамического давления между контактирующими
поверхностями; 3) эффект зацепления частиц на шероховатой
поверхности. Гидродинамическое давление масла может рассматриваться
как экстремально высокое гидростатическое давление, которое
приводит к разрушению Мо82 на контакте.
к*

228
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
8. Смазка передач
Зубчатые передачи. Более вязкий СМ при
контактно-гидродинамической смазке обладает более высокой нагрузочной способностью.
Высоковязкие СМ применяют для тяжелонагруженных (особенно
открытых) зубчатых передач. Их применение хотя и обеспечивает
образование надежной масляной пленки, но неудобно в
эксплуатации, особенно при низкой температуре. Кроме того, при
высоковязких СМ снижается КПД передачи. С увеличением вязкости СМ
ухудшается теплоотвод от зубьев, а при смазывании погружением
увеличиваются затраты мощности на барботаж. Трудности прокачивания
вязкого СМ через трубопровод могут вызвать неприемлемое
увеличение его сечения. При прочих равных условиях при смазывании под
давлением можно назначать менее вязкий СМ.
С увеличением окружной скорости зубчатых колес для
уменьшения потерь вязкость СМ должна быть уменьшена. С увеличением
твердости рабочих профилей зубьев увеличивается время их приработки,
поэтому для защиты зубьев от возможных повреждений в начальный
период работы колес целесообразно применять более вязкие СМ.
Эти соображения нашли свое выражение в формуле Ватсона для
кинематической вязкости (сСт)
V5о=-
нус1
107ь
где НУ - твердость по Виккерсу более мягкой шестерни из пары;
ата - наибольшее контактное напряжение в полюсе зацепления,
кгс/мм2; V - окружная скорость, м/с.
Так как нагрузка на зубья может быть допущена тем большая,
чем выше механические свойства материала, из которого
изготовлено зубчатое колесо, то выбор СМ практически более удобно
производить, исходя из материала колеса. Рекомендуемая вязкость СМ в
зависимости от окружной скорости и материала колес приведена в
табл. 13.4.
Таблица 13.4
Вязкость смазочного метериала для смазки цилиндрических
и конических редукторов
Материал зубчатого колеса
Окружнаяя скорость, м/с
До 0,5 0,5-1,0 1,0-2,5
Требуемая вязкость по ВУ (ВУ )
2,5-5,0 5,0-12
Текстолит, чугун, бронза 24C) 16B) 11 8 6
Сталь, св = 4,7...10МПа 36D,5) 24C) 16B) 11 8
Сталь, св =10,0... 12,5 МПа 36D,5) 36D,5) 24C) 16B) 11
Сталь, ав = 12,5.. Л5 МПа и все
каленые или цементованные стали 60G) 36D,5) 36D,5) 24C) 16B)

Смазка передач
229
Червячные передачи. Влияние СМ на работоспособность
червячного зацепления носит такой же характер, как и при смазке
зубчатого зацепления. В более тяжелых условиях работы, в особенности у
передач с цилиндрическими червяками, целесообразно применять
чистые нефтяные масла настолько большой вязкости, насколько это
допустимо по потере мощности и нагреву передачи. В первом
приближении кинематическую вязкость нефтяных масел можно выбирать
по формуле Ватсона (сСт)
где атах - наибольшее контактное напряжение в полюсе зацепления,
кгс/мм2; V - окружная скорость червяка на начальном цилиндре, м/с.
При ударной нагрузке и при окружающей температуре выше 25°С
вязкость масла требуется несколько повысить, а при работе с
перерывами и окружающей температуре ниже Г0°С - несколько снизить.
Сложности возникают при выборе СМ для смазывания
разнотипных пар трения из общей ванны или от одной централизованной
системы. Так, в редукторах и в коробках передач одним СМ
смазывают зубчатые колеса и опоры валов и шпинделей, установленные
внутри общего корпуса. Даже в одноступенчатом редукторе с
валами на подшипниках скольжения оптимальная марка СМ для
подшипников может не совпадать с таковой для зубчатой пары. Так как
подшипник отличается большей гибкостью в смысле возможного
варьирования вязкостью СМ в зависимости от величины зазора, обладает
к тому жеремонтоспособностью и имеет меньшую стоимость по
сравнению с зубчатой передачей, то при выборе масла преимущество
должно быть отдано требованиям со стороны зацепления. Иной раз
решение заключается в установке дополнительного маслоохладителя с
тем, чтобы в зацепление направить поток СМ с более низкой
температурой и большей вязкостью.
В многоступенчатых редукторах разница в скоростях
быстроходной и тихоходной ступеней большая, и требования к СМ для этих
ступеней могут существенно отличаться, в особенности когда в
одном корпусе работают зубчатые и червячные передачи, или,
например, расположены рядом гидравлическая и механическая передачи.
Еще большие контрасты имеют место в сложных машинах, где
встречаются разнотипные по кинематике пары, работающие при
различном температурном режиме, как, например, в двигателях
внутреннего сгорания.
Для обеспечения надежности и долговечности трущихся деталей
желательно применять для каждой пары наиболее подходящий
(оптимальный) СМ. Это положение является безусловным, и к
осуществлению его надо стремиться. Однако применение для разных
узлов, расположенных в одном картере, разных СМ усложняет
конструкцию машины и вызывает неудобства в эксплуатации из-за нали-

230
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
чия большого ассортимента СМ. Необходимо ограничиваться
минимальным количеством марок СМ, обеспечивая в первую очередь
наиболее ответственные узлы. Некоторые СМ обладают
универсальными свойствами, как, например, индустриальные масла, которые
пригодны для смазки деталей передач направляющих и других деталей
станков.
9. Смазка резьбовых соединений
При смазке резьбовых соединений коэффициент трения резко
уменьшается. Смазку соединений затрудняют высокие нагрузки и
малая скорость перемещений, что приводит к выдавливанию СМ.
Поэтому жидкие масла для смазки здесь не пригодны. Многие
резьбовые соединения покрывают тонким слоем СМ перед сборкой.
После затяжки поверхность остается практически сухой и быстро
корродирует. Кроме того, СМ со временем в большой мере изменяет свои
эксплуатационные свойства. В связи с этим перспективно
использование твердых СМ в виде паст: обычно Мо82, графит, металлические
пудры (Си, А1) и др. Эффективность их может быть показана на
примере соединения титановых деталей космических кораблей и
самолетов.
Для улучшения адгезии СМ поверхность резьбы анодируют.
Коэффициент трения при этом снижается до 0,1-0,2. Для аустенитных
сталей коэффициент трения обычно выше и составляет 0,2-0,4. В
отсутствие СМ имеется вероятность возникновения фреттинг-коррозии.
При использовании твердых СМ коэффициент трения снижается
до 0,03-0,08. Работоспособно такое покрытие до температуры 200-
500°С (ядерные реакторы, турбины и др.). Следует обратить
внимание на то, что выбор твердого СМ должен учитывать свойства
соединяемых материалов, характеристики окружающей среды и др.
10. Смазка деталей,
работающих при высоких температурах
К твердым СМ относятся дихалкогениды, графит, мягкие
окислы, стойкие к окислению фториды, твердые покрытия Мо8г
Используются пленки, полученные натиранием из Мо82, \У82, МоС12, \УС12.
Они работоспособны до температуры 650-760°С.
Из менее традиционных СМ используются окислы: РЪОРЬО-
8Ю2, РЬО - 4РЬО, 8Ю2. При низких скоростях скольжения эти
материалы эффективны только в интервале температур 500-650°С, а при
высоких скоростях скольжения, например 6 м/с, - от комнатной
температуры до 650°С.
Композиты и покрытия на основе фторидов (СаР2, ВаР2)
используются при температурах 500-950°С, смеси окислов фторидов (ТчПО +
15% СаР2; 2пО - СаР2) - до температуры 650°С. Эти твердые СМ

Смазка деталей, работающих при высоких температурах
231
имеют коэффициент трения 0,4, а при температуре 650°С - 0,22.
Покрытия наносят обычно плазменным распылением. Ионным
распылением наносят мягкие металлы - РЬ, Ли, используемые в
подшипниках качения. Для температуры 1000 °С применяют некоторые
твердые покрытия - карбиды, нитриды, окислы (Сг3С4, В4С, §12К4, 81С).
Необходимо отметить, что во влажной среде в присутствии
кислорода широко распространенные твердые СМ на основе Мо82
могут окисляться с образованием серной кислоты. Длительная
коррозионная стойкость обеспечивается применением металлических
покрытий кадмием, цинком, хромом или никелем.
11. Подвод и распределение смазочного материала
Место подвода СМ к трущимся поверхностям и способы
распределения его по поверхности являются весьма важными
факторами в организации надежной смазки.
Смазочные канавки служат для распределения подводимого СМ
по трущейся поверхности; повышения интенсивности охлаждения за
счет большей прокачки СМ через подшипник; уменьшения утечки СМ;
удаления твердых инородных частиц и продуктов износа из СМ и с
поверхностей трения; аккумулирования СМ и восстановления
граничной смазочной пленки в местах ее разрушения.
Последний тезис подтверждается опытами А.А. Полякова при
трении органического стекла в паре с верхним металлическим
образцом при возвратно-поступательном движении. Образец переходил
через глухое отверстие, наполненное СМ до уровня ниже
поверхности трения. Наблюдениями была установлена работа металлического
образца на смазочной дорожке высотой около 0,07 мм, причем
ширина дорожки превышала диаметр цилиндрического отверстия.
Извлечение СМ происходит до полного опорожнения, что имело место
при глубинах до 12 мм, - наибольшей глубине при опытах. Схема
извлечения СМ из углубления представлена на рис. 13.5.
Рис. 13.5. Схема извлечения смазки из углублений при работе трущихся деталей:
/- подвижный слой; 2- граничный слой; 3- неподвижный образец; 4-движущийся образец

232
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Представление о роли смазочных канавок в расходе СМ при
его прокачке через подшипник дают результаты опытов, сведенные в
табл. 13.5. СМ подводился через центральное отверстие в цапфе и
радиальное сверление, выходившее в канавку (при ее наличии).
Давление СМ в магистрали - 0,2 МПа.
Таблица 13.5
Относительная прокачиваемость масла через подшипник
в зависимости от расположения и формы смазочных канавок
(</=50мм; /=25 мм; 5 = 0,0178 мм)
№
опытов
Расположение и характеристика
канавок
Форма канавки

Относительная

прокачиваемость
1 Без канавок — 1,0
2 Кольцевая канавка с острыми
кромками
3 Кольцевая канавка со
скругленными кромками
4 Кольцевая канавка со
скругленными кромками с
уменьшенным основанием
5 Продольная канавка с остры- ^
ми кромками
6 Продольная канавка со скруг- Поперечное сечение как 2,0
ленными кромками в опыте 3
Смазочные канавки в опорных подшипниках по своему
расположению бывают продольные, наклонные, Х-образные, кольцевые,
полукольцевые, винтовые и во фронтальной проекции рабочей
поверхности круговой формы. Реже встречаются канавки У-образной
формы продольного расположения. Разновидностью продольных КаНа-
^Ж
4,4
4,9
4,6
1,8

Подшипники скольжения
233
Рис. 13.6. Профили смазочных канавок в опорных подшипниках:
а - канавка во втулке; б, в- канавки во вкладышах; г, д - кольцевые маслозадерживающие
канавки; е - продольная сквозная канавка в толстостенном (свыше 10 мм) полом резиновом
вкладыше; ж - поперечное сечение цельнопрессованного резинового подшипника; з -
сквозные канавки в наборных бакаутовых и текстолитовых подшипниках
вок являются фаски и карманы. Профили поперечных сечений
смазочных канавок показаны на рис. 13.6.
Подшипники скольжения
Задачу рационального подвода СМ и его распределения по
поверхности трения целесообразно решить вначале на подшипнике при
постоянном направлении нагрузки на нем. Применительно к
гидродинамическому подшипнику при нагружении масляные канавки в
нагруженной зоне снижают грузоподъемность масляного слоя.
Кольцевая канавка, как известно, расчленяет подшипник на два
независимых подшипника, а сумма эпюр давления у расчлененных подшип-

234
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
ников будет меньше, чем при отсутствии канавки в одном
подшипнике.
Если подшипник имеет продольную канавку во всю длину
вкладыша, то в ней установится нулевое давление, что снизит несущую
способность подшипника. При несквозной канавке давление СМ в
ней будет отлично от нуля и равно давлению в поперечном сечении у
концов канавки. Но и в этом случае нагрузочная способность
понизится. Любое иное расположение канавок в нагруженной зоне
приводит к тем же результатам. Канавки, за исключением случаев
применения пластичного СМ и проточной смазки с подводом СМ через
торец подшипника, не рекомендуется доводить до торца во
избежание утечки СМ. У разъемных подшипников с прокладками для
регулирования зазора и компенсации износа зазоры в стыке играют роль
сквозных продольных канавок, снижающих грузоподъемность при
стыке, расположенном в нагруженной зоне, или являются очагами
утечки СМ перед поступлением его в эту зону. Поэтому прокладки
следует пригонять по профилю вала с соответствующим зазором.
В подшипниках на водяной смазке без прокачивания канавки
делают сквозными, размещая их равномерно по всей внутренней
поверхности вкладыша и выбирая количество, форму и размеры
канавок такими, чтобы смазка была обильной, а проход - достаточным
для удаления со СМ песка и ила, заносимого водой (в бакаутовых и
текстолитовых подшипниках гребных валов эти канавки называют
грязевыми). Как показывают исследования, канавки в этих
подшипниках препятствуют развитию сколько-нибудь существенного
гидродинамического давления, в резиновом же подшипнике оно
развивается благодаря податливости материала. Наборные подшипники из
древесно-слоистого пластика с канавками в рабочей зоне оказались в
дейдвудных устройствах морских судов неработоспособными.
У вкладышей по месту их разъема делают неглубокие скосы -
холодильники. Их назначение - компенсировать местную
деформацию вкладышей у стыка от затяжки болтов, предупредить
образование у стыка острой кромки в мягком металле и распределить СМ. Во
вкладышах, с поступлением СМ в область клина или в верхнюю не-
нагруженную половину, холодильники часто являются
единственными канавками. Встречаются фаски во вкладышах в виде дуги
(рис. 13.7 а) для направления СМ к середине вкладыша. Иногда
холодильник выполняют в виде щелевидного отверстия с закругленными
кромками на ненагруженной половине вкладыша. Для лучшего
распределения или прокачки СМ сочетают холодильники с
полукольцевой канавкой (рис. 13.7 б). В распространенном типе вкладыша
подшипника с принудительной смазкой система канавок представляет
собой холодильники, доходящие до кольцевых маслоудерживающих
канавок у торцов, перехватывающих СМ и препятствующих его
выбрасыванию вдоль вала.

Подшипники скольжения
235
Рис. 13.7. Системы холодильников:
а - фаски во вкладыше подшипника с постоянным направлением нагрузки и вращения
вала; б - холодильники и полукольцевая маслораспределительная канавка в ненагру-
женной половине вкладыша подшипника
Дальнейшим развитием холодильных канавок являются
развалы и карманы. Карманы бывают не только у подшипников с
нагрузкой постоянного направления, но и в рамовых и мотылевых
подшипниках некоторых тихоходных двигателей, занимая от 15 до 30 %
длины рабочей поверхности. Карманы по очертанию представляют
собой дугу круга с центром, смещенным от центра цилиндрической
расточки вкладыша. Каждый карман растачивают отдельно.
Применение карманов на всю длину рабочей поверхности повысило при
проточно-водяной смазке работоспособность вкладыша большой
протяженности из древесно-слоистого пластика. Такая же конструкция
на ряде образцов оказалась целесообразной в бакаутовых и
текстолитовых подшипниках. В быстроходных теплонапряженных
подшипниках большого диаметра в нагруженной нижней половине
вкладыша, у плоскости разъема холодильник делают в виде так
называемого развала (рис. 13.8) с боковым зазором л, равным половине
верхнего зазора т. Развал не доводят до торцов вкладыша. В нижней части
баббит пришабривают к шейке вала по дуге 60° *. Такое
контактирование уменьшает напряжения сжатия по сравнению с напряжениями
при обычной расточке, что имеет значение при пуске и остановке вала.
По торцам вкладыша иногда делают продольные скосы для
предупреждения кромочных давлений вследствие неизбежных перекосов от
температурных деформаций. Развал способствует хорошему
распределению СМ по длине подшипника.
При подаче СМ самотеком лучшим местом его подвода является
зона расширения клинового зазора, где при жидкостном трении
образуется разрежение. Возможно даже засасывание СМ из ванны,
расположенной несколько ниже подшипника. Подвод СМ к
подшипнику целесообразен со стороны, диаметрально противоположной его
наибольшему износу.
* В случае пригонки вкладыша по фальшвалу угловое протяжение
развала в нижней половине 30-45°.

236
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
-Н«Й0*-
Рис. 13.8. Схема пригонки нижнего вкладыша одной из конструкций турбинного
подшипника:
^-поверхность прилегания шейки вала к нижней половине вкладыша подшипника
Подвод СМ к масляному клину при смазке под давлением
обладает тем достоинством, что в рабочую зону попадает холодный СМ.
Такой подвод наиболее приемлем при малой и умеренной нагрузке
подшипника. Когда нет уверенности, что верхняя часть зазора
заполняется СМ и что обеспечивается достаточное охлаждение вала, СМ
вводят в холодильник или в щелевую канавку со стороны выхода вала
из масляного клина. Для усиления прокачивания в верхней половине
вкладыша делают кольцевую канавку. Такая конструкция принята в
большинстве современных паровых турбин. Усиление протока СМ
достигается его дополнительным сливом. Так, например, во
вкладыше опорного подшипника турбины Харьковского турбинного
завода масло, поступающее через сверление к середине щели,
направляется по широкой косой канавке в верхнем вкладыше к диаметрально
противоположной стороне подшипника, где часть масла сливается
через отверстие вблизи его торца, а остальная часть попадает в
клиновидный зазор нижнего вкладыша.

Подшипники скольжения
237
Если радиальная нагрузка в подшипнике при вращающемся вале
изменяет направление в небольших пределах, то вышеописанные
конструкции подвода СМ будут приемлемы, за исключением
подшипника с развалом.
При вращающемся вместе с валом векторе нагрузки в
работающем подшипнике отсутствует зона, постоянно свободная от
нагрузки, куда можно было бы подвести СМ. В этом случае подвод можно
осуществить через кольцевую канавку, расположенную в середине
подшипника или вблизи его торца, а также с помощью внутреннего
подвода через вал. К последнему способу прибегают также при
вращающемся корпусе и неподвижном вале с нагрузкой постоянного
направления по отношению к нему. В связи с нарушением потока СМ,
производимым кольцевой канавкой в зоне гидродинамического
давления, применение ее допустимо при достаточной надежности
подшипника. При внутреннем подводе через вал выход СМ в
подшипник делают через радиальное или наклонное сверление. Наклонное
сверление широко практикуется в коленчатых валах для подачи СМ
под давлением к шатунным подшипникам. В случае вала с
вращающимся вектором нагрузки месторасположение сверления подбирают
в соответствии с диаграммой нагрузки, так чтобы выход СМ был в
зоне наименьшего давления. Если же подшипник не может работать
без смазки даже кратковременно, то следует сделать два сверления,
тогда одна канавка будет подавать СМ, а другая будет закупорена
зоной давления.
При подводе СМ с торца надо добиться хорошей циркуляции его,
что осуществимо при свободном выходе СМ из подшипника. С этой
точки зрения из трех способов подвода по рис. 13.9 способ б
непригоден - на участке аб циркуляция СМ будет затруднена встречным
потоком из радиальных сверлений и с торца.
Для интенсивной циркуляции СМ при подаче его в середину
горизонтального подшипника делают на валу винтовые канавки,
имеющие от середины цапфы разное направление: одна - левое, другая -
правое. Винтовые канавки встречаются в некоторых конструкциях
резиновых вкладышей.
Рис. 13.9. Способы подвода смазочного материала:
а - подвод с торца; б - подвод с торца и через канал (неправильно); в - подвод через
радиальное сверление в вале

238
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.10. Схемы радиального подвода смазочного материала (СМ) к опорам
горизонтальных валов с постоянным направлением нагрузки:
а ~ направление вращения вала постоянное; б - вращение вала левое и правое; в - возвратно-
вращательное движение вала. Обозначения: С - подвод СМ; Р - постоянное направление
нагрузки; V - направление вращения; Н - наружный подвод СМ; В - внутренний подвод
СМ; Д- смазка под давлением; А - продольная канавка в подшипнике;
^ - продольная канавка в вале; О - круговая канавка в подшипнике
Все вышеизложенное по поводу подвода СМ к горизонтальным
валам остается в силе и при вертикальном расположении вала с
учетом того, что при подаче под давлением СМ подводят к середине
подшипника, а при подаче без давления - ближе к верхнему краю. На
рис. 13.10-13.13 приведены примерные схемы радиального подвода
СМ к опорам валов и его распределения.
В вертикальных валах можно организовать циркуляционное
смазывание за счет винтовых канавок на валах или в подшипниках,
наклонных каналов, конусов внутреннего или наружного (рис. 13.14).
Винтовые канавки можно использовать только в валах с постоянным

Подшипники скольжения
239
УШЛА
Ь^тртА
ИАО
а)
Ж
шш
У.У//М
Без масляных
распределительных канавок
ИЛ
У77777Л
без масляных
распределительных канадок
вл 6)
и
до
ГГ=. Г"*
Рис. 13.11. Схемы радиального подвода смазочного материала к опорам
горизонтальных валов с разнохарактерной нагрузкой:
а - циркулирующая нагрузка, вращение вала левое и правое; б - неопределенное направление
нагрузки, вращение вала левое и правое; в - нагрузка изменяется от + до -, вал вращается с
постоянным направлением G) или имеет возвратно-вращательное движение (II). Условные
обозначения указаны на рис. 13.10
направлением вращения. Насосное действие во всех этих устройствах
возникает благодаря совместному действию адгезии и центробежной
силы.
Принцип подачи СМ по конической поверхности используют
также при смазке подшипников качения. С помощью конусного
стакана СМ подается из ванны к шарикоподшипнику. В конических
роликоподшипниках циркуляция СМ может осуществляться без
дополнительных устройств (рис. 13.15).
В некоторых случаях для удовлетворения особым требованиям
рабочую поверхность подшипника выполняют с двумя и большим
числом смазочных клиньев. Схема трехклинового подшипника для
валов с постоянным направлением вращения приведена на рис. 13.16.
Двуклиновой подшипник можно получить не только расточкой из
двух центров, но и смещением верхней половины вкладыша
относительно нижней. Двуклиновые подшипники часто называют в паро-
турбостроении лимонными или, в соответствии с технологией обра-

240
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
а) б)
Рис. 13.12. Схемы радиального подвода смазочного материала к опорам вертикальных
валов с постоянной (а) и циркулирующей (б) нагрузкой:
/ - направление вращения вала постоянное; // - вращение вала левое и правое. Условные
обозначения указаны на рис. 13.10
ботки, - подшипниками с эллипсной расточкой. Образование
подъемной силы на клине, воспринимающем приложенную к цапфе
нагрузку, сопровождается подпором. Это не только увеличивает нагрузку
на несущий клин, но и обеспечивает устойчивость цапфы даже при
нулевой нагрузке. Многоклиновые подшипники применяют в опорах
шпинделей шлифовальных станков (здесь при малом зазоре
достигается точная центровка цапфы в подшипнике) и в вертикальных
высокоскоростных валах сепараторов, центрифуг и тому подобных меха-

Подшипники скольжения
241
а) Ю
Рис. 13.13. Схемы радиального подвода смазочного материала к горизонтальным (а)
и вертикальным (&) вращающимся подшипникам валов: /- вращение левое и правое;
//- направление вращения неопределенное. Условные обозначения указаны на рис. 13.10
низмов со свойственными им центробежными нагрузками на опоры.
В паровых турбинах эллипсная расточка подшипников ротора
служит для повышения его вибростойкости. Дву- и многоклиновым
подшипникам свойственно наименьшее смещение центра вала при
работе.
У подшипников с возвратно-вращательным движением и
постоянным направлением давления на корпус целесообразно добиваться
возможно более точного прилегания цапфы к вкладышу. В таких
случаях производят пришабривание вкладышей по валу при угле обхва-
Рис. 13.14. Примеры образования циркуляционного смазывания вертикальных
вращающихся валов:
а - винтовая канавка на валу (только для одного направления вращения); б внутренний
конус; в - наклонный канал; г наружный конус; д - наклонный канал и два поперечных
отверстия

242
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.15. Циркуляционное смазывание центробежным способом, осуществляемое
коническими роликоподшипниками:
а - горизонтальный вал; б - вертикальный вал
та 90 или 120°. Так как при этом нет естественного пути для
поступления СМ в нагруженную зону, то на поверхности вкладыша делают не
доходящие до торца продольные канавки с плавными переходами;
эти канавки действуют как клиновидные поверхности. Такую
конструкцию имеет, например, верхнее головное соединение шатунов
крупных двухтактных дизелей, где среднее давление достигает 15 МПа.
Радиус перехода от канавки к поверхности вкладыша принимают не
менее пяти глубин канавки. Расстояние между продольными
канавками должно быть не более дуговой амплитуды качания вала.
При прямо противоположных нагрузках на корпус подшипника
угол обхвата должен быть 360°. Так как в таком подвижном
сопряжении обязательно должен быть
зазор, то основное назначение СМ
будет заключаться в его
демпфирующем действии. При перемене
направления действия приложенной
силы СМ, растекаясь в осевом
направлении к торцам и в
тангенциальном направлении к канавкам,
предупреждает удар. Если
демпфирующие функции СМ будут
выполнены, то само собой проявится и
его смазывающее действие. В
данном случае подвод СМ и
расположение канавок определяются тем,
что обе половины вкладыша
должны быть несущими.
Рис. 13.16. Схема трехклинового
подшипника для валов с постоянным
направлением вращения:
Ог Ор 03 - центры расточек

Подшипники скольжения
243
Ползуны и направляющие кругового движения
Рабочие поверхности ползунов должны иметь фаски или по
крайней мере скругленные кромки для заклинивания СМ на тех участках,
где развивается достаточная для этого скорость. Подвод СМ должен
1 быть обеспечен к возможно большей части рабочей поверхности
ползуна, для чего должна иметься развитая сеть канавок. При
одноточечном подводе СМ эта сеть состоит из продольной канавки и
группы отходящих от нее в обе стороны поперечных канавок. , .
При двухточечном подводе применяют две продольные канавки
или же не связанные между собой системы наклонных канавок.
Смазочные канавки на направляющих прямолинейного движения
станков (рис. 13.17) располагают на подвижных деталях, так чтобы
обеспечивалось обильное снабжение СМ поверхности трения, удобство
изготовления и предупреждение засорения абразивными частицами.
Подача СМ к направляющим производится через одно или два
отверстия в канавках подвижной детали при помощи наливной
масленки или плунжерного насоса. При большой длине хода, как,
например, в столах продольно-строгальных станков, смазывание
производят посредством роликов или подачей СМ под давлением через
неподвижную направляющую. У концов подвижных направляющих в
этом случае надо сделать скосы высотой в среднем 0,05 мм с
закруглением кромок для образования масляного клина.
Следует иметь в виду, что расположение смазочных канавок
поперек направляющих, т.е. перпендикулярно движению, приводит к
заполнению канавок абразивами и, вследствие этого, к абразивному
*)
Рис. 13.17. Смазочные канавки А" для направляющих прямолинейно движущихся
деталей станков:
а, б дли горизонтального перемещения; в - для вертикального перемещения; г - для столов
16*

244
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.18. Схема подвода масла и форма смазочных канавок направляющей
планшайбы карусельного станка с наделками:
1 - наделки на направляющих; 2 - закрытая У-образная смазочная канавка; 3 - открытая
радиальная смазочная канавка; 4 - клинообразующие скосы со ступенчатым шабрением;
5 - открытый патрубок; 6, 7- кольцевые маслораспределительные коллекторы;
8 - закрытый патрубок
изнашиванию направляющих и образованию глубоких задиров по
всей их длине. В отличие от канавок, показанных на рис. 13.17 в, на
Уралмашзаводе на продольно-строгальных и продольно-фрезерных
станках прорезают открытые (сквозные) канавки по концам
направляющих под углом 20-30° к направлению движения. Абразивные
частицы, вовлеченные в зазор между поверхностями трения, попадают в
эти канавки и вымываются маслом за пределы рабочей части
направляющих. Основные закрытые смазочные канавки прорезают в форме
ломаной линии или в форме синусоидальной кривой.
В направляющих кругового движения смазочные канавки
выполняют в виде замкнутых кривых различной формы. На рис. 13.18
приведена схема подвода масла и форма смазочных канавок при
комбинированной гидродинамической и гидростатической смазочной
системе, внедренной при модернизации уникальных карусельных
станков на Уралмашзаводе. Гидродинамический эффект здесь
получается благодаря клинообразным скосам протяженностью 60-150 мм с
уклоном 1:1500 у открытых радиальных смазочных канавок.
Большая прокачиваемость масла через эти канавки способствует
хорошему теплоотводу от направляющих. Гидростатическая подъемная сила
возникает за счет подачи масла под давлением в У-образные
закрытые канавки. Гидростатическое действие масла имеет значение при
пуске в ход и при работе станка при малой частоте вращения.
Зубчатое и червячное зацепления
В зависимости от конструкций передачи и скорости применяют
ручное, капельное и картерное смазывание. Последнее
подразделяется на смазывание погружением, фитильное, струйное с
естественным охлаждением и струйное с искусственным охлаждением.

Подшипники скольжения
245
Рис. 13.19. Установка сетки для ограничения разбрызгивания масла
Вручную периодически подают пластичный СМ в зацепление
тихоходных открытых зубчатых передач. СМ быстро загрязняется.
В тяжелонагруженных открытых передачах лучше применять
капельное смазывание, используя наиболее вязкие сорта масел.
Передачи выполняют открытыми, когда трудно установить кожух или
же его стоимость выше расходов на потери СМ.
Смазывание погружением широко применяют при окружных
скоростях не выше 13 м/с, а в червячных передачах - не выше примерно
10 м/с, по начальной окружности червяка. При больших скоростях
СМ сбрасывается с зацепления центробежной силой и, кроме того,
резко возрастает сопротивление движению, вызывая нагрев
редуктора.
При больших скоростях зубчатых колес смазочное масло
вспенивается, вследствие чего резко ухудшаются его смазочные свойства
и отвод теплоты от рабочих поверхностей. Для ограничения
разбрызгивания и уменьшения вспенивания масла при высоких скоростях
рекомендуется устанавливать сетчатый желоб (рис. 13.19).
Смазывание зацепления способом погружения протекает так:
зубья зачерпывают масло, которое удерживается на них благодаря
силам адгезии и вязкости. Начиная с некоторой скорости, эти силы
преодолеваются центробежной силой, и масло не удерживается на
зубьях до момента вступления их в зацепление. В этом случае в
зацепление попадает масло, отбрасываемое колесом и стенками
корпуса или оседающее из масляного тумана, заполняющего корпус.
Погруженные в масляную ванну зубья вовлекают масло в движение в
сторону вращения. В обратную сторону масло течет вдоль стенок
корпуса под влиянием образовавшегося подпора. Благодаря этому
создается циркуляция масла в картере, улучшается теплоотдача.
Следует избегать в конструкции картера ребер, так как они
ухудшают циркуляцию масла. Высокий уровень СМ вызывает нагрев
редуктора даже при умеренных скоростях. Обычно бывает достаточно
погружения зубчатого колеса в масляную ванну на тройную высоту
зуба. В весьма тихоходных редукторах самое тихоходное колесо
(которое желательно выполнять без выступающих ребер) погружают
настолько, чтобы в ванну погружались колеса остальных пар. При
скоростях, близких к предельным, недопустимо погружать колеса

246
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.20. Подача смазочного материала к червяку волнистыми дисками
более чем на высоту зуба, но менее, чем на глубину 10 мм. В
конических передачах необходимо погружать зуб по всей его длине. Червяк
следует погружать на глубину не более высоты его винта, а при
больших скоростях - помещать над колесом. При верхнем расположении
червяка для улучшения условий смазки пригодно устройство из двух
волнистых дисков, прикрепленных к торцовым поверхностям
червяка (рис. 13.20).
В конических редукторах с вертикальными валами и
быстроходных двухступенчатых цилиндрических или комбинированных
редукторах для обеспечения надежной и конструктивно приемлемой
смазочной системы сочетают
смазывание погружением с
другими методами -
смазочным кольцом, поливом при
помощи кольца и скребка,
устройством дополнительных
ванн, вспомогательных
смазочных шестерен, брызгалок
и т.п.
Смазывание свободным
смазочным кольцом можно
применять в вертикальных ци-
линдрических редукторах
(рис. 13.21) и конических
редукторах с вертикальным
валом.
На рис. 13.22 показан
редуктор, в котором зацепление
смазывается поливом. Масло
„ ^ „ „ из картера захватывается же-
Рис. 13.21. Смазывание второй ступени лобчатым кольцом, затем сни-
вертикального редуктора посредством ч ' ?
смазочного кольца: мается с кольца скребком и
1 - масляная ванна; 3 - промежуточный вал; Далее ПО ЛОТКу Направляется В
2 - смазочное кольцо зацепление.

Подшипники скольжения
247
Рис. 13.22. Смазывание редуктора Рис. 13.23. Смазывание зацепления при
поливом масла: помощи вспомогательной шестерни:
1 - масляная ванна; 2 - маслоподъемное ' - масляная ванна; 2 - вспомогательная
кольцо; 3 - скребок; 4 - лоток, смазочная шестерня
направляющий масло в зацепление
Вспомогательную смазочную шестерню (рис. 13.23)
устанавливают обычно для смазки непогруженного в масло зубчатого колеса
быстроходной ступени. Шестерню изготовляют из текстолита, а для
уменьшения взбалтывания масла ее делают шириной в 2-3 раза
меньше ширины рабочего колеса. При прямозубых колесах шестерню
устанавливают посередине рабочего колеса, при косозубых колесах -
ближе к тому торцу, у которого зубья раньше входят в зацепление.
Последнее объясняется тем, что в косозубых колесах поступающее в
зацепление масло выдавливается в направлении отстающего конца
зуба. В конических передачах вспомогательную шестерню ставят у
большего основания рабочего колеса.
При повышенных скоростях струя масла с торцов косозубых
шевронных и конических колес может быть слишком обильной для
подшипников качения и вызвать их перегрев. В таких случаях
требуется установка маслоотражательных колец. В колесах со сплошным
шевроном во избежание гидравлического удара вследствие
защемления масла рекомендуется располагать угол шеврона так, чтобы
зацепление начиналось с него.
Применение дополнительной ванны для смазки быстроходной
ступени комбинированного коническо-цилиндрического редуктора
показано на рис. 13.24. Дополнительная ванна при сборке
заполняется маслом отдельно, а затем питается маслом, забрасываемым
цилиндрической парой. В дополнительной ванне должен быть
предусмотрен слив избыточного масла и козырек для предупреждения
осушения ванны вследствие разбрызгивания масла коническими
колесами.

248
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.24. Дополнительная ванна для Рис. 13.25. Смазочная система коробки пе-
смазки редуктора: редач вертикально-сверлильного станка:
1 - масляная ванна; 2 - дополнительная / - насос; 2 фильтр; 3 - распылитель
ванна; 3 - сливной желоб; 4 - козырек
Коробки передач станков, работающие при небольших
нагрузках и скоростях, и аналогичные им зубчатые механизмы с
недостаточно герметичным корпусом имеют проточное смазывание,
осуществляемое деталями. В масляный резервуар, расположенный в
верхней части корпуса коробки передач, заливается вручную СМ, откуда
он растекается к смазываемым местам по трубкам, снабженным
фитилями.
Струйная смазка применяется в тех случаях, когда окружная
скорость колес выше предельно допустимой для смазывания
погружением, или при вертикальных валах, где смазывание погружением
неприемлемо, как, например, в механизме головки
вертикально-сверлильного станка (рис. 13.25). Струйная смазка является циркуляционной
и осуществляется при помощи насоса и форсунок.
При подаче масла сверху в зависимости от его вязкости
достаточно избыточного давления 10-15 кПа, а при подаче снизу - 60-
80 кПа. При окружной скорости до 20 м/с на прямозубых и до 50 м/с
на косозубых и шевронных колесах масло подается в зону
зацепления. При больших окружных скоростях во избежание
гидравлического удара применяют самостоятельный полив маслом шестерни и
колеса со смещением места полива от линии соприкасания колес. При
очень больших скоростях масло направляют в торец шестерни, с тем
чтобы только часть его попадала в зацепление, а остальная часть
производила охлаждение. Во всяком случае при очень больших
скоростях струю надо направлять со стороны входа зубьев, а не выхода их

Подшипники скольжения
249
а) б)
Рис. 13.26. Центробежное смазывание зубчатого зацепления:
а - смазывание вала; б - смазывание с дополнительным подводом масла
из зацепления, иначе на рабочих поверхностях зубьев в зоне
воздействия струй могут возникнуть эрозионные повреждения. Подобное
наблюдалось на зубьях колес, работавших с окружной скоростью
93 м/с: на головках зубьев образовались дефектные зоны, по
внешнему виду напоминающие выкрашивание, но являющиеся результатом
эрозии.
Для быстроходных червячных передач наилучшим считают
смазочное устройство, обеспечивающее подачу двух струй, из которых
одна направлена на зубья червячного
колеса параллельно оси червяка, а другая - на
витки червяка в направлении оси колеса.
Преимущества струйной смазки -
большая надежность, отсутствие взбалтывания
масла и излишних потерь на трение и нагрев.
В последнее время все более внедряется
центробежное смазывание зубчатого
зацепления, отличающееся достаточной
надежностью. При этом способе масло под
действием центробежной силы поступает в
зацепление через сверления во впадинах зубьев.
Подачу масла можно регулировать
количеством и диаметром отверстий на
определенный минимум. Она приспосабливается
автоматически к скорости вращения колес.
Представление о центробежном смазывании дает
рис. 13.26.
А.Н. Сверчкову удалось устранить
выкрашивание рабочих поверхностей зубьев
червячного колеса привода регулятора паровой
турбины применением дополнительного
центробежного смазывания зацепления (рис.
13.27).
Рис. 13.27.
Дополнительный подвод масла к
зацеплению:
1 - трубка диаметром 8-10 мм
для дополнительного
подвода масла устанавливается
против зубьев, не доходящих
на 30° до зацепления; а -
отверстие диаметром 6-8 мм (в
каждой впадине между
зубьями); б - - кольцевые канавки
в кольце и на ободе диска

250
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Винтовые передачи
Передача винт - гайка находит применение в винтовых
фрикционных прессах, нажимных устройствах прокатных станов,
механизмах изменения вылета кранов, механизмах металлорежущих станков
и т.п., где она используется для установочных, рабочих и холостых
перемещений.
Простейшие методы смазывания - покрытие винта мазью,
ручной поливкой открытых горизонтальных винтов и подача СМ в
гайку при помощи колпачковых масленок - применяют в
легкодоступных, не сильно нагруженных винтах. Фитильное смазывание
применяют для горизонтальных и вертикальных винтов, роликовую
смазку -для горизонтальных винтов. Последняя обеспечивается при
помощи ролика, прижатого пружиной, чем достигается равномерная и
экономичная подача СМ. Более надежным является пластичный СМ
или смазка жидким СМ от централизованной системы узла (машины).
Условия смазки в винтовой паре крайне неблагоприятны -
трение является граничным. Чтобы адсорбированная пленка СМ не
разрушилась, ограничивают величину давления. В предположении
равномерного распределения давления по всей рабочей поверхности
нарезки принимают для стального винта и чугунной гайки [р] = 8 МПа,
для бронзовой гайки \р]=12 МПа, для бронзовой или стальной гайки
нажимных устройств прокатных станов [р] = 15...20 МПа.
На долговечность рабочих поверхностей винта и гайки влияют
не только материалы, из которых они сделаны, и их термическая
обработка, но и вид СМ и способ подачи его к трущимся поверхностям. Так,
при тяжелых условиях работы нажимных механизмов блюмингов и
слябингов наилучшей оказался СМ вязкостью 5-7 ВУ .
Целесообразно применение присадок, улучшающих смазочную способность СМ.
В тяжелонагруженных винтах успешно применяют подачу СМ
через радиальные сверления от наружной поверхности гайки или через два
параллельных канала, имеющих по четыре радиальных сверления.
Подшипники качения
Существует много методов смазывания подшипников качения:
разбрызгиванием от вращающихся шестерен, фитильный,
погружением, масляным туманом, струйный (методы расположены по
возрастающей нагруженное™ подшипников). При малых скоростях
скольжения применяют пластичные СМ для подшипников качения.
Существует мнение (А. Пальмгрен), что при небольших нагрузках и
высоких скоростях скольжения подшипники качения могут работать в
режиме гидродинамического трения.
На рис. 13.28 показаны наиболее простые методы смазывания
подшипников качения - фитильный и погружением.
На рис. 13.29 показана более сложная конструкция подвода СМ к
шарикоподшипнику, расположенному на вертикальном валу (патент
США № 4209178). Подшипниковый узел имеет радиальный подшип-

Подшипники скольжения
251
Рис. 13.28. Смазывание подшипников качения:
а - фитильное, б - погружением (стационарная ванна или проточное смазывание);
/ - распылительный конус; 2 - пружина; 3 - фитиль
ник 5, установленный на цапфе 4 вала 7. Между подшипником и
буртиком вала установлены втулка 3 и маслоотражательное кольцо
2, вращающиеся вместе с валом и прижатые друг к другу с помощью
шайбы 8. Снаружи узел закрывается крышкой 7 с масляной пробкой
6. Корпус 9 имеет фланец 70, расположенный с незначительным
зазором относительно втулки 3. Маслоотражательное кольцо 2 имеет
кольцевой выступ 77, входящий с зазором в канавку корпуса. Так как
кольцо 2 имеет коническую наружную поверхность с максимальным
диаметром вблизи подшипника 5, при вращении вала с большой
частотой масло, имеющееся в канавке корпуса, под действием
центробежной силы подается к подшипнику. Маслоотражательное кольцо 2
изготовлено из сплава бронзы, имеющего пористость 30-40% от
объема детали. Поэтому при остановке вала или вращении его с ма-
Рис. 13.29. Подвод смазочного материала к шарикоподшипнику вертикального вала

252
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.30. Принудительное смазывание подшипника вала редуктора
лой частотой кольцо насыщается имеющимся в узле избыточным
маслом, предотвращая его вытекание. При вращении вала с частотой
85 000 мин1 масло, содержащееся в кольце 2, под действием
центробежной силы поступает в подшипник 5.
Приведем еще пример принудительного смазывания
подшипника вала редуктора (японский патент № 54-30468). Конструкция
содержит подпружиненный плунжер 1 (рис. 13.30), установленный на
скользящей посадке в расточке ступицы червячного колеса 3.
Плунжер с помощью пружины 4 постоянно упирается в направляющую 2,
на которой выполнен кулачок. При вращении колеса 3 плунжер под
действием пружины устанавливается в крайнее нижнее положение,
при этом масло из углубления г на колесе затекает в полость а по
каналу в. При попадании плунжера на кулачок направляющей 2 он
совершает рабочий ход, сжимая пружину 4 и выталкивая порцию
масла через отверстие б в сторону подшипника 5.
Цепные передачи
В цепных передачах, помимо уменьшения интенсивности
изнашивания и сил трения, смазка снижает шум. Глушение шума тем
эффективнее, чем выше вязкость СМ. С другой стороны, СМ должен
быть достаточно текучим, чтобы хорошо заполнять зазоры между
деталями в шарнирных соединениях. Эффективным СМ может быть
Мо82, обладающий антиизносными свойствами. Перед сборкой
цепей рекомендуется также обработать детали пастой Мо§2. Цепи,
работающие при повышенных температурах A20-200°С), должны
смазываться особо густыми пластичными смазками. При температурах
свыше 200°С рекомендуется применять дисперсию Мо82 в легко
испаряющемся синтетическом масле.
В процессе работы цепи вытягиваются в результате износа, что
приводит к выходу их из строя.

Подшипники скольжения
253
Рис. 13.31. Устройство для смазывания звездочки цепной передачи
Рациональный выбор СМ в данной передаче в значительной
степени может снизить износ и удлинить срок службы передачи. Кроме
того, СМ снижает удары звеньев цепи о зубья звездочек, что
уменьшает шум, а также нагрев шарниров. Способы подачи СМ в
шарниры цепи выбирают в зависимости от скорости последней. Наиболее
целесообразен подвод СМ на внутреннюю сторону цепи; под
действием центробежных сил СМ будет подаваться в зазоры шарниров цепи.
Метод смазывания в зависимости от ее скорости различен. По
литературным данным при скорости цепной передачи до 4 м/с можно
применить периодическое смазывание ручной масленкой или
длительное смазывание, так чтобы подача СМ была в пределах 4-10 капель в
минуту. При скорости 4-8 м/мин применяется капельное смазывание
с подачей 20 капель в минуту. Возможно смазывание погружением.
При скорости выше 8 м/с рекомендуется циркуляционное
смазывание с подачей СМ насосом. С повышением скорости передачи и
удельных давлений в цепи обычно вязкость СМ увеличивают.
На рис. 13.31 показано устройство для смазывания звездочки
цепной передачи (японский патент № 55-14937). Конструкция звездочки
имеет автоматическую подачу СМ в зону контакта роликов цепи с
зубьями звездочки. Вставка 7, соответствующая профилю зуба,
установлена в направляющие 2 гнезда звездочки 5. В теле вставки
имеется камера а, заполненная смазочным материалом и открытая во
впадину между зубьями тремя расходящимися калиброванными
отверстиями б. Снизу камера закрыта пробкой 4 с центральным
отверстием г и невозвратным клапаном 8. Отверстие г снизу закрыто сильфо-
ном 7. Вставка 1 установлена на болты 5 и упругие опоры <5, она
может перемещаться в радиальном направлении в пределах длины
отверстий в. В осевом направлении вставка удерживается двумя
планками, приваренными к торцам звездочки.
При работе цепной передачи вставка совершает
возвратно-поступательное движение. При сжатии сильфона 7 клапан 5 открывает-

254
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
ся и СМ давлением воздуха вытесняется во впадину между зубьями.
При движении вставки вверх клапан 8 перекрывает отверстие г.
Фрикционные пары
Подвод СМ к фрикционным парам трения производится с целью
обеспечения стабильного коэффициента трения, а следовательно,
постоянного момента сил трения, уменьшения интенсивности
изнашивания трущихся поверхностей и для лучшего теплоотвода. В
некоторых случаях смазка бывает неизбежна, если фрикционная пара
(например, муфта) встроена в шестеренную коробку или иной узел, где
имеются смазываемые детали. При этом выбор СМ для
фрикционной пары определяется из общих соображений смазывания всего узла,
включая другие пары трения.
Установлено, что с увеличением вязкости СМ уменьшается
интенсивность изнашивания фрикционных пар, но при этом
ухудшается теплоотвод и увеличивается время включения, например,
фрикционных муфт.
12. Централизованная подача смазочных материалов
Во многих машинах число точек смазки бывает очень большим; так,
3-тонный грузовой автомобиль с задним и передним ведущими мостами
имеет 59 смазочных точек (две из них требуют ежедневной смазки),
экскаватор имеет около 100 точек (из них 25 требуют ежедневной смазки).
Применение масленок для индивидуальной периодической
смазки (колпачковых и напорных) требует значительной траты времени и
при большом числе смазочных точек могут быть пропуски.
Использование масленок с непрерывным вытеснением СМ не освобождает
от траты времени на их заполнение, наблюдение за наличием СМ и
включение и выключение его подачи при пуске и остановке машины.
Упрощение ухода за смазочной системой и ее надежность
достигается применением многоточечных смазочных насосов (для мази) с
механическим приводом, а иногда с ручной прокачкой. В некоторых
моделях автомобилей пластичный СМ ко всем точкам подается
централизованно от смазочного насоса с ножным приводом. На
некоторых тяжелых грузовых автомобилях шведского производства
устанавливают автоматическую смазочную систему, которая работает от
электронного блока управления. Промежутки подачи СМ можно
регулировать от 10 мин до 3 ч в зависимости от условий эксплуатации
автомобиля. По сигналу блока управления открывается клапан, в
пневмонасос поступает сжатый воздух. Насос начинает рабочий ход,
повышая давление в смазывающей магистрали, и поршни
дозирующих клапанов подают к точкам смазки заранее определенные и
строго отмеренные количества СМ. Затем поршни возвращаются, а
клапаны "заряжаются" очередной порцией СМ. Работа системы не
зависит от износа подшипников или изменения вязкости СМ. На рис. 13.32
в качестве примера оснащения централизованной системы смазки
пластичным СМ приводится кривошипный пресс на давление 20 тс.

Централизованная подача смазочных материалов
255
Наиболее совершенными
смазочными устройствами являются станции
пластичной смазки, обслуживающие
большое количество точек. Станции
располагаются на большом расстоянии от
точек смазывания, подают смазку и
масла в труднодоступные места и к
автоматически дозирующим питателям,
расположенным около узлов трения. Наша
промышленность выпускает ручные
станции производительностью 12 см3 за
цикл и автоматические
производительностью 100 и 500 см3/мин. Такие станции
находят, в частности, применение для
смазки механического оборудования
прокатных цехов. СМ из герметически
закрытого резервуара станции
поступает по трубопроводам к узлам трения, не
засоряясь механическими примесями,
что является важным достоинством
этого устройства.
Имеются централизованные
смазочные системы со смазыванием масляным
туманом. Как было показано ранее (см.
главу 9, раздел "Совмещенные опоры
качения"), при смазывании туманом
используется два компонента: масло и
воздух. Воздух служит для диспергирования масла в генераторе,
транспортирования капель к поверхностям трения и дозирования подачи
масла. Основными частями систем смазывания масляным туманом
являются фильтр (сепаратор), регулятор воздуха с клапаном,
генератор тумана, трубопроводы. При выборе системы смазывания
масляным туманом необходимо исходить из требуемого количества масла,
его давления на входе и выходе. Эффективность системы зависит от
скорости воздуха, проходящего через генератор, которая
обеспечивает необходимый вакуум в диффузоре и вязкость масла. При
излишне большой вязкости возникает необходимость в подогреве масла.
При длительной работе системы смазывания масляным туманом
возможно образование высоко- и низкотемпературных отложений,
требующих периодической очистки коммуникаций. В зависимости от
конкретных условий работы масла могут быть введены противоиз-
носные и противозадирные присадки, ингибиторы коррозии и
окисления. Перед началом работы узлы трения должны быть смазаны,
чтобы избежать задира в начальный период работы системы
смазывания масляным туманом. Если на такое смазывание переводят
подшипники, смазывавшиеся ранее пластичными СМ, то старый СМ
необходимо удалить растворителями.
Рис. 13.32. Централизованное
смазывание кривошипного пресса:
I ~ ползун; 2 - направляющие; 3 -
ручная станция пластичной
смазки; 4 -- магистральный мазепро-
вод; 5 - подшипник кривошипного
вала; 6 - питатели; 7 - зубчатое
колесо; 8 - гибкий рукав; 9 - головка
шатуна; 10 - электродвигатель;
II - опоры вала шкива клиноремен-
ной передачи

256
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
При эксплуатации систем
смазывания масляным туманом необходимо
следить за чистотой масла и воздуха во
избежание забивки генератора
туманом. Уровень масла в генераторе
всегда должен быть виден через
прозрачный указатель. Необходимо также
предусмотреть меры по полной очистке от
масла воздуха, выходящего из
корпуса узла трения в атмосферу.
Подробно о конструкции
автоматизированных смазочных систем
обычного типа, технологии их
изготовления и эксплуатации изложено в
работе [2].
Покажем смазочное устройство
для подачи пластичного СМ (патент
США № 4375246). Устройство (рис.
13.33) подает СМ в дозированном
количестве к подшипниковым узлам.
Оно имеет корпус 7, крышку 2, поршневой механизм 3 и пружину 4.
К узлу трения устройство крепится штуцером 10 со сквозным
сверлением, в штуцере смонтирован жиклер 77. Жиклер сменного диаметра
выбирают в зависимости от вязкости СМ и требуемого его расхода.
Отверстия а в крышке служат для прохода воздуха при работе,
кольцо 9 служит для уплотнения крышки и корпуса. Поршневой механизм
состоит из пластикового поршня 8 и уплотнительного кольца 7 в
канавке поршня. Кольцо изготовляют из неопреновой, силиконовой
резин, полиуретана и др. Пружина 4 обеспечивает фиксированное
давление на поршень и СМ и равномерное его течение из резервуара
6 в отверстие штуцера 10 и жиклера 77. Чистота поступающего в
устройство воздуха обеспечивается фильтром 5. При работе СМ
от шприца (на рис. не показан) под высоким давлением поступает
через масленку 72 в резервуар 6, при этом поршень 8 поднимается до
упора. Под действием пружины СМ постоянно выдавливается из
резервуара.
Рис. 13.33. Смазочное устройство
для подачи пластичного
смазочного материала к узлу трения
13, Контрольные и предохранительные устройства
Для контроля подачи и состояния смазочного масла применяют
указатели его уровня в баках и картерах, потокоуказатели, указатели
давления и температуры. Простейшие из этих приборов и устройств
служат для визуального наблюдения.
Маслоуказательное устройство, именуемое пробной масленкой
и служащее для контроля поступления масла к подшипникам
паровых турбин, представлено на рис. 13.34. Масленка, состоящая из кор-

Контрольные и предохранительные устройства
257
Рис. 13.34. Пробная Рис. 13.35. Фонтанный потокоуказатель с
термомасленка метром: 1 - поток масла; 2 - стекло
пуса 2 с тремя каналами а и прозрачного колпачка /, ввертывается в
крышку 3 корпуса подшипника. Масло из подшипника через
отверстие г и средний канал б масленки заполняет пространство под
колпачком и сливается в корпус подшипника по боковым каналам айв.
На рисунке слева показана ножка микрометра для измерения
просадки ротора турбины вследствие износа баббита и шеек. Ножка
отделена от микрометрического винта (не показанного на чертеже) и
постоянно находится во ввернутой в крышку подшипника втулке в
отжатом от шейки положении.
Описанное устройство является потокоуказателем фонтанного
типа. Фонтанные и струйные потокоуказатели обычно объединяют с
термометрами (рис. 13.35).
Для измерения давления масла служат манометры, для
измерения температуры - нормальные ртутные термометры. Последние
обычно применяют в ответственных подшипниках для измерения
температуры масла на выходе. Установка термометра на маслосборнике
целесообразна только при условии, что объем маслосборника мал по
сравнению с объемом масла, циркулирующего в смазочной системе.
Во многих случаях при принудительной смазке от насоса
манометр является практически единственным прибором, по показаниям
которого контролируется работа смазочной системы. Это
относится, например, к струйной смазке деталей в закрытом корпусе и к тем
случаям, когда с поста управления нельзя во время работы машины
наблюдать за уровнем масла в ванне. Падение или сильное
колебание давления масла будут свидетельствовать о неблагополучии в
системе.
Применение приборов для визуального контроля не всегда
надежно обеспечивает смазку. Внимание персонала, обслуживающего
какую-либо машину, направлено главным образом на выполнение
операций, для которых она предназначена, и он может отвлечься от
17 _ это

258
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
периодического наблюдения за приборами. Но и там, где основной
обязанностью обслуживающего персонала является наблюдение за
работой машины, большое число приборов усложняет наблюдение;
к тому же не исключаются серьезные нарушения нормального
функционирования смазочной системы в промежутке между двумя
наблюдениями. Важно поэтому оборудовать систему приборами с
автоматической сигнализацией о нормальном ее состоянии и
предохранительными устройствами, вступающими в действие при достижении
тем или иным параметром предельно допустимого - наименьшего или
наибольшего - значения.
Предохранительные защитные устройства по характеру действия
разделяются на автоматические и сигнальные. В задачи
автоматической защиты входят: автоматическая остановка машины (агрегата) в
аварийных условиях, вызванных нарушениями в смазочной системе;
предупреждение ввода машины в действие при необеспеченности
трущихся поверхностей смазочным материалом; автоматическое
регулирование контролируемого параметра и ввод в действие резервных
средств.
Назначение сигнальных защитных устройств - привлечь
внимание персонала для принятия немедленных мер. Сигналы разделяются
на нормальные и аварийные. Нормальные сигналы, обычно
световые, выполняются при помощи ламп зеленого, желтого или белого
цвета. Могут использоваться лампы двух цветов: одни будут
свидетельствовать о наличии нормального питания на контролируемом
объекте, другие должны гореть при нормальном состоянии рабочего
параметра и гаснуть при нулевом значении параметра. Аварийные
сигналы могут быть звуковыми (звонок, ревун), световыми и
комбинированными - световыми и звуковыми. Если в качестве светового
сигнала используются лампы красного света, то можно исключить
световые сигналы нормального состояния рабочего параметра или
по крайней мере они должны гаснуть при включении красного света.
Световой сигнал может быть мигающим, для чего можно
использовать лампу оповещения о нормальном состоянии параметра.
Уместным бывает дублирующий звуковой сигнал. Можно также
ограничиться одной включенной лампой для нормальной и аварийной
сигнализации, варьируя яркость.
Сигнальные устройства часто относят к автоматическим
контрольным устройствам.
По способу реакции контрольно-защитного устройства на
отклонение контролируемого параметра от установленного верхнего или
нижнего предела возможны следующие схемы: по первой дается
сигнал (световой или звуковой), по второй - автоматически
выключается двигатель, по третьей дается сигнал с одновременным
воздействием на орган, останавливающий двигатель; по четвертой схеме, когда
заданным является некоторый предел с допуском на него, вначале
включается предупредительный сигнал, а при достижении парамет-

Контрольные и предохранительные устройства
259
ром второго значения этого
предела срабатывает аварийное
устройство. Выбор схемы решается в
каждом отдельном случае; так, в
металлорежущих станках во избежание
порчи дорогостоящего
инструмента и повреждения обрабатываемой
заготовки срабатыванию
автоматической защиты поверхностей
трения (если она имеется) должен
предшествовать сигнал для
возможности отвода инструмента.
Всякое автоматическое
контрольно-защитное устройство
состоит из чувствительного элемента,
связи и исполнительного органа. В
простейших по назначению
конструкциях возможно совмещение этих
частей.
Обязательными
автоматическими устройствами напорной
смазочной системы являются
предохранительные перепускные клапаны на
ка масла на прием в случае повышения давления нагнетания сверх
допустимого или предохранительные клапаны сброса на
маслопроводах.
Если несколько насосов работают на одну магистраль, то во
избежание перетекания масла в бак через не работающий в данное
время насос устанавливают невозвратно-запорные, или обратные
клапаны на нагнетательных патрубках насосов или на разветвлениях
трубопровода.
Сигнальное устройство минимального давления масла в
напорной системе представлено на рис. 13.36. Действие его состоит в
следующем. Масло поступает через патрубок 7. Основной поток его
проходит через байпас (обходной канал) а в патрубок 7, а остальная часть
- в тот же патрубок через малые калиброванные отверстия в
донышке поршня 5 и такие же отверстия в шайбе б. При нормальном
давлении масла в системе поршень 5 занимает положение, показанное на
рисунке; контакты 4 при этом разомкнуты. При падении давления
ниже определенной величины нагрузка на поршень не в состоянии
уравновесить вес грузиков 2, прикрепленных к рычагам 3. В
результате этого происходит движение поршня вверх, вследствие чего
контакты 4 замыкают цепь сигнала.
На рис. 13.37 показано реле давления масла иного принципа
действия. Чувствительным элементом здесь является мембрана. Ее
перемещение передается штоку, который и воздействует на
микровыключатель. Последний дает сигнал при понижении давления или при по-
17*
Рис. 13.36. Гидравлическое
сигнальное устройство минимального
давления масла
насосах для обратного перепус-

260
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.37. Электрическое реле
автоматического контроля давления масла:
1 - мембрана; 2 - корпус; 3 - шток; 4 -
направляющая втулка; 5 -
микровыключатель
вышении его сверх заданного.
Изменением жесткости пружины
можно регулировать интервал
допустимого давления масла.
При необходимости строго
ограничить температуру
отработанного масла прибегают к
автоматическому контролю. В случаях,
когда измерять температуру
отработанного масла для суждения о
перегреве поверхности трения
затруднительно и бесцельно,
необходимо контролировать
температуру поверхности трения. Это
относится, например, к направляющим,
в частности - тяжелых
металлорежущих станков, где возможен
местный перегрев.
Для автоматического
контроля температуры используют
ртутные термометры с
электроконтактами, термостаты, термопары и
другие датчики.
Ртутный сигнальный
термометр может быть выполнен с
одним или двумя впаянными электрическими контактами. В случае
одного контакта при возникновении предельной высокой температуры
дается сигнал, и одновременно может срабатывать также защита. При
двухконтактном термометре (рис. 13.38) имеется температурный
интервал, отделяющий момент приведения в действие аварийного
устройства (обычно при 70-75°С) от времени предупредительного
сигнала. Большой гибкостью в использовании обладают
термосигнализаторы для большого числа контролируемых точек.
Датчики другого типа и
принципиальная схема сигнализатора
перегрева рабочей поверхности
показаны на рис. 13.39. К цепи
электрической лампы
присоединена цепь датчика. В качестве
последнего часто используют
легкоплавкий спай (рис. 13.39 а), при
плавлении которого размыкается цепь.
Другая конструкция представляет
собой патрон, полость которого
содержит жидкость с низкой
температурой кипения (рис. 13.39 б), а
запирающая пробка действует как
щ
П!
И
14
т
Постоянный или
переменный ток
24, 110 или 220 в
п^—'
а
•2 3 V
8
Рис. 13.38. Ртутно-контактный
термометр и схема его включения:
1 - термометр; 2 - промежуточное реле;
3 - сигнальная лампа; 4 - звонок

Контрольные и предохранительные устройства
261
прерыватель. После разрыва цепи
датчика (при перегреве рабочей
поверхности) сила протекающего через
лампу тока возрастает, и она
начинает светить ярче.
Если подшипник расположен в
удобном для наблюдения месте, то о
его перегреве можно судить по
изменению цвета специальной краски,
нанесенной на видимую поверхность
подшипника. Краска из хорошо
растертой в масле смеси солей Си] + Н§1
имеет ярко-красный цвет при
температуре ниже 60°С, а в пределах
температур 60-70°С становится шо-
коладно-коричневой. Смесь солей
А&[ +Н&1 имеет бледно-желтый цвет
до температуры 90°С и становится
карминно-красной в интервале
температур 90-100°С. Покрытие
просушенного контрольного слоя краски
бесцветным лаком предохраняет
краску от повреждения.
14. Блокировка, вспомогательные насосы
и резервирование в смазочной системе
Масляный насос можно приводить в движение от самой
машины, на смазку которой он работает. Но часто в технологических
машинах для упрощения их конструкции и самого производства
устанавливают насос как комплектный узел с автономным
электрическим приводом. Защита трущихся поверхностей от повреждений
осуществляется при помощи блокировочных связей, устанавливающих
последовательность включения и отключения привода машины и
насоса. Главный двигатель может быть пущен только тогда, когда
работает насос и давление в смазочной системе достигнет
определенного значения.
На рис. 13.40 представлена схема блокировки электродвигателей
главного привода машины и масляного насоса при наличии двух
кнопок "Пуск". Когда в смазочной системе нет давления, контакты реле
давления РД разомкнуты и пустить электродвигатель главного
привода ДГ нельзя. Сначала надо пустить кнопкой "Пуск Н"
электродвигатель ДН масляного насоса. Когда давление в системе
поднимется до заданного, контакты РД замкнутся, позволяя пустить двигатель
ДГ. После нажатия на кнопку "Пуск Г" контактор ЯГ произведет
необходимое включение. Тепловые реле РТ защищают электродвига-
132 ам >\ Л А Л
о
Рис. 13.39. Датчики (а, 5) и
электрическая схема сигнализатора
перегрева рабочей поверхности (в):
1 - пружина; 2 - корпус датчика; 3 -
провод; 4 - пробка-прерыватель; 5 -
жидкость

262
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.40. Схема блокировки двигателей главного привода и масляного насоса:
ДГ- электродвигатель главного привода; ДН- электродвигатель масляного насоса; РТН,
РТГ~ тепловые реле электродвигателей насоса и главного привода; ЛН, ЛГ- линейные
контакторы; РД - реле давления
тели от перегрузки. Если из-за срабатывания этих реле отключится
двигатель насоса, то контакты ЛН в цепи катушки контактора ЛГ
разомкнутся, питание этой катушки прекратится и двигатель
главного движения остановится. То же происходит и при нажатии кнопки
"Стол "насоса.
Более сложная электрическая схема представлена на рис. 13.41.
Оба электродвигателя включаются от одной кнопки "Пуску\ При
нажатии этой кнопки включается промежуточное реле РП. Оно
включает своими контактами линейный контактор ЛН электродвигателя
насоса, и начинается подача масла. Когда давление масла повысится
до заданного, замкнутся контакты реле давления РДХ и включится
реле времени РВ, что приведет к немедленному включению
линейного контактора ЛГ электродвигателя главного привода. Пусковую
кнопку можно теперь отпустить, - оба контактора получают питание
//7Г/У /}„ ярг#
Рис. 13.41. Схема защиты трущихся поверхностей от повреждения из-за
прекращения смазки:
РП- промежуточное реле; РВ - реле времени; РД- реле давления; ЛГ, ЛН- линейные
контакторы; РТГ, РТН - тепловые реле; ЗС - звуковой сигнал; ВС - выключатель сигнала;
ЛС - сигнальная лампа

Блокировка, вспомогательные насосы и резервирование в смазочной системе 263
через блок-контакты ЛН, а последние, кроме того, через
блок-контактор Л Г. В цепи сигнализации замкнуты все контакты, кроме
контактов реле давления РД„ разомкнувшихся одновременно с
замыканием контактов РДХ. Если давление масла упадет (например из-за течи
маслопроводов), то контакты РД{ отключат реле времени РВ, а оно с
выдержкой, необходимой для отвода инструмента, отключит
контактор ЛГи остановит главный привод. Контакты РД, включают
звуковой ЗС и световой ЛС сигналы. Звуковой сигнал ЗС можно
отключать с помощью выключателя ВС. Вслед за остановкой
электродвигателя главного привода отключаются и блок-контакты ЛН из-за
размыкания блок-контактора ЛГ. Если тепловая защита отключит
из-за перегрузки насос, то обесточится и контактор ЛГ, - главный
привод остановится.
Если привод масляного насоса осуществляется от самой
машины, то связанная с пуском и остановкой машины недостаточность
масла может привести к повреждению трущихся поверхностей
ответственных деталей. Поэтому предусматривается вспомогательный
насос.
В турбогенераторах главный масляный насос, приводимый в
действие от вала паровой турбины, развивает нормальное давление и
необходимую подачу при номинальной частоте вращения турбины.
При пуске и остановке турбогенератора работа насоса
циркуляционной смазочной системы не может обеспечить надежность работы
подшипников. В связи с этим на пониженной частоте вращения
турбогенератора смазочная система обслуживается насосом, имеющим
независимый турбинный привод. Некоторые крупные турбины имеют
также паромасляные реле для автоматического включения
вспомогательного насоса при падении давления масла в подводящем к
подшипникам трубопроводе до 20 кПа. Кроме того, иногда
устанавливают аварийный масляный насос с электроприводом, автоматически
включающимся, если по каким-либо причинам понизится давление
пара и подача вспомогательного турбонасоса будет недостаточной.
В сложных машинных установках и разветвленной
централизованной смазочной системе не исключается прекращение подачи
масла в редуктор в результате засорения маслопровода, обрыва
масляных штуцеров и т.п. Для обеспечения бесперебойной подачи масла в
редуктор иногда целесообразно устанавливать на нем масляный
насос с приводом от одного из валов или колес.
Резервирование в масляной системе повышает ее надежность и в
некоторых случаях необходимо. Резервирование обеспечивается
разными способами: установкой резервных масляных насосов, -
запасом подачи насосов, установкой второго напорного бака при
гравитационной смазочной системе, установкой резервного
маслоохладителя и байпасированием маслоохладителя при помощи отводного
трубопровода с арматурой, дублирующими маслопроводами и т.д.
Резервные насосы должны быстро включаться в работу при падении

264
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.42. Схема дублированной
смазочной системы:
а - механическая схема; б - электрическая
схема; 1 - сетка; 2 - основной масляный
насос; 3 - основной напорный
маслопровод; 4 - масляные сопла (форсунки); 5 -
резервный насос; 6 - резервный
маслопровод; 7 - невозвратно-запорный клапан;
РД-А, РД-В - реле давления; М -
электродвигатель; УМ - дифференциальный
электромагнит; ЛК~ красная лампа; Кг /С, -
контакты
свет (лампа ЛК), затем включится
возвратно-запорные клапаны.
давления масла в напорном
маслопроводе, для чего
предусматривают их автоматическое
включение, либо держат в
резерве, работающими вхолостую, с
тем чтобы при необходимости
обеспечить ими маслоснаб-
жение.
Дублированная смазочная
система зацепления конической
пары поливом масла показана на
рис. 13.42. Основной масляный
насос 2 приводится в действие от
цилиндрической зубчатой пары,
тоже смазываемой маслом из
сопла. Привод резервного насоса
электрический. При
достаточном давлении масла в основной
системе реле давления РД-А
поддерживает в замкнутом
состоянии цепь "шина /-земля". При
этом якорь электромагнитного
реле втянут и контактами К] цепь
электродвигателя Мразомкнута.
В это время контактами К2
включена левая на схеме катушка
дифференциального электромагнита
УМ и указатель свидетельствует
о функционировании основной
напорной цепи; реле РД-В
удерживает разомкнутой цепь "шина
II - земля". Если давление в
основной системе упадет ниже
критической величины, то
загорится предупреждающий красный
электродвигатель и сработают не-
15. Замечания по конструированию элементов
смазочной системы
Параметры и элементы конструкции сточной или маслосборной
цистерны (бака) играют важную роль в работе циркуляционной под
давлением смазочной системы.
Кратность циркуляции масла в системе, т.е. отношение часовой
весовой подачи главных масляных насосов к весу масла в цистерне,

Замечания по конструированию элементов смазочной системы
265
ограничивают во избежание сильного вспенивания масла в
маслосборнике, выбрасывания его через суфлер и ускоренного окисления.
Общее количество масла в системе циркуляционной смазки
редукторов определяют обычно из расчета 5,4-8 л на потерю 1 кВт
мощности. При этом объем масла в маслосборнике или в масляной ванне
принимают не менее трехминутного расхода его, доводя до
20-минутного расхода в крупных системах. В дизельных установках
принимают кратность циркуляции 10-15, а в турбинных установках
транспортных судов - 5-10, доводя ее до 18 на легких корабельных
установках.
При определении емкости сточной масляной цистерны
необходимо резервировать дополнительный объем на случай возможного
вспенивания масла из-за выделения из него воздуха и паров.
Стекающее масло должно освободиться от воздуха и паров до вступления в
следующий круг циркуляции. Сток в цистерну (бак) не должен
вызывать возмущения свободной поверхности масла. Штуцер слива
следует располагать так, чтобы струя масла не направлялась отвесно вниз
(рис. 13.43), что затруднит подъем пузырьков воздуха и будет
способствовать пенообразованию за счет подсасывания воздуха из
атмосферы. Поступающее масло можно направить и на наклонный
отражатель, что уменьшит скорость стекания, способствуя освобождению
от воздуха. При большой ширине отстойника, когда отношение
ширины к глубине превышает 1,5, рекомендуется слив производить по
нескольким трубам.
При недостаточном проходном сечении суфлера (воздушной
трубы) в цистерне образуется подпор, который может привести к
выбросу масла или другому нарушению нормального его слива от
смазываемых объектов.
Отверстия для сливных труб и места забора масла насосами
должны быть расположены так, чтобы исключались застойные зоны и
весь объем масла в цистерне участвовал в циркуляции. Это позволит
иметь высокую кратность циркуляции масла, что особенно важно для
транспортных установок.
Неправильно
т
ш
тг-
Правильно
1Ш^
Рис. 13.43. Правильный и неправильный слив масла в бак

266
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13. 44. Схема конструкций масляного бака (а), перегородки (б) и отстойника (в):
1 - сапун; 2 ~ сетка; 3 - перегородка с отверстиями диаметром 10 мм; 4 - сетка с
отверстиями 1 мм; 5 - краны; б - смотровое стекло; а -- отверстие для забора масла
насосом; б - отверстие для удаления шлама
Рациональная конструкция масляного бака показана на рис.
13.44 а. Бак разделен перегородкой с двумя рядами сетою(рис. 13.44 б),
которые могут выниматься для осмотра и очистки. Перегородка
против отражателя поставлена для изменения направления движения
масла, чтобы освободить его от загрязнения тяжелыми взвешенными
частицами. Для лучшей очистки бака от шлама дно бака имеет
скосы.
Для удаления из бака накопляющегося с течением времени
шлама целесообразно устанавливать специальный отстойник (рис. 13.44
в). Обычно верхний кран отстойника открыт, а нижний закрыт. При
удалении шлама верхний кран закрывают, а нижний открывают.
Такая конструкция отстойника не только обеспечивает малые потери
масла при удалении шлама из системы, но и позволяет благодаря
смотровому стеклу видеть, много ли шлама накопилось.
Для обеспечения пожарной безопасности маслопроводы
прокладывают так, чтобы исключалось попадание масла через неплотности
труб на горячие части оборудования. Прокладка труб над
электрооборудованием не допускается.
Для уменьшения скорости окисления масла предпочтительнее
маслопроводы из стальных или алюминиевых труб. Желательно
использование цельнотянутых стальных труб, более гладких внутри.
Маслопровод в местах присоединения к механизмам должен
обладать достаточной гибкостью, чтобы при малых напряжениях
компенсировать температурные и вибрационные деформации. Это
достигается либо увеличением вылета труб, либо установкой на метал-

Замечания по конструированию элементов смазочной системы
267
ЯРН№
а)
Рис. 13.45. Разветвление маслопровода
лических трубах гибких вставок. В случае упруго подвешенной
машины труба должна быть присоединена в таком месте, где
перемещения при колебаниях будут наименьшими. Должны быть приняты
меры, преграждающие передачу колебаний от механизма к
трубопроводу.
Литые каналы доя коммуникаций масла в корпусах механизмов
и картерах недопустимы, так как при этом не исключается попадание
остатков формовочной земли на поверхности трения даже через
длительное время эксплуатации системы.
Все неплотности соединений маслопровода должны быть
устранены без подмазки и закрашивания.
При разветвлениях маслопровода, имеющих одинаковый диаметр
(рис. 13.45 а), масло проходит в меньшем количестве в ответвление,
перпендикулярное к направлению поступления масла в тройник, чем
во второе ответвление. Чтобы через оба ответвления проходило
одинаковое количество масла, диаметр ^должен быть на определенную
величину меньше диаметра кг (рис. 13.45 б).
Диаметр сливных труб должен быть не меньше соответствующих
диаметров сливных отверстий на подшипниках, картерах или
сборниках. Если несколько сливных труб объединяются в общую трубу,
то площадь ее сечения должна равняться сумме площадей сечений
отдельных труб. Вообще, поперечное сечение каналов, отводящих
масло от объекта, не должно быть меньше сечения подводящих
каналов. Если это условие не выполнено, то может возникнуть подпор на
сливе из смазываемой точки, что в случае принудительной под
давлением смазки ухудшает циркуляцию масла.
Чтобы исключить в циркуляционной смазочной системе
накопление загрязняющих масло примесей, которые могут привести даже
к прекращению подачи масла, не говоря уже об увеличении износа
трущихся деталей, производят фильтрацию масла в самой системе.
Не входя в описание фильтров грубой и тонкой очистки и
центробежных фильтров с гидрореактивным приводом ротора, обратим
внимание на улавливание продуктов износа стальных и чугунных
поверхностей при помощи магнитов и на центробежную очистку
масла в коленчатых валах.

268
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Простейший магнитный улавливатель
выполняется в виде подковообразного
постоянного магнита, встроенного в пробку (рис.
13.46). Магнитный улавливатель выступает
над внутренней поверхностью дна картера,
собирает ферромагнитные продукты износа
или стружку, попадающую при
металлообработке в масляные баки циркуляционной
смазочной системы. Наружный диаметр
ловушки меньше диаметра сливного отверстия и
позволяет беспрепятственно извлечь пробку с
накопленными в ловушке частицами износа
магнитных материалов.
Более сложной и более действенной
является конструкция фильтра из прямого
цилиндрической формы магнита, отделенного
алюминиевой трубкой от соосных стальных колец,
скрепленных планкой. Все устройство
размещено в корпусе. При прохождении потока масла между корпусом и
кольцами частицы черных металлов притягиваются кольцами.
Магнитный фильтр служит для тонкой очистки; его
устанавливают в тех случаях, когда масло одновременно используется в
гидроприводе в качестве рабочей жидкости и для смазывания наиболее
ответственных подшипников и направляющих.
Принцип центробежной очистки масла во вращающемся
коленчатом вале основан на том, что под воздействием центробежных сил
на масло, находящееся в полости шатунной шейки (рис. 13.47),
взвешенные в нем тяжелые частицы двигаются по направлению стрелки
А к периферии полости, где скапливаются в виде отложений, а
очищенное масло оттесняется ближе к оси подшипников.
Рис. 13.46. Магнитный
улавливатель
Рис. 13.47. Схема центробежной
очистки масла в шатунных шейках
коленчатого вала
Рис. 13.48. Центробежная очистка масла
шатунной шейкой коленчатого вала
авиационного поршневого двигателя

Замечания по конструированию элементов смазочной системы
269
О напряженности поля центробежных сил можно судить по
тому, что при радиусе кривошипа Л = 80 мм и частоте вращения
п = 1300 об/мин эта напряженность в 150 раз превышает
напряженность поля тяжести.
У некоторых рядных авиационных двигателей смазка
подшипников больших шатунных головок производилась так (рис. 13.48): из
коренного подшипника масло по сверлению поступало в масляную
полость коренной шейки, оттуда в полость шатунной шейки, где
подвергалось центробежной очистке. Если трубка для отвода масла была
достаточно глубоко опущена в полость, то к шатунному
подшипнику подводилось масло, в большой степени очищенное от
загрязнений. Так как коренные подшипники изнашивались менее
интенсивно, чем шатунные, то центрифугирование масла перед поступлением
его в последние было целесообразно. Косвенно это улучшало и
условия работы коренных подшипников, поскольку поддерживалась
лучшая чистота смазочного масла в системе.
Центрифугироваться может масло в радиальных и наклонных
каналах. Это использовано в коленчатых валах автомобильных
двигателей. Для улавливания механических примесей были предложены
масляные каналы с центробежными ловушками (рис. 13.49).
Испытания первой конструкции ловушки (рис. 13.49 а) дали хорошие
результаты, однако выяснилось, что ловушка требует частой очистки.
Более эффективной оказалась конструкция ловушки с калиброванным
отверстием в пробке (рис. 13.49 б), через которое загрязняющие
примеси выбрасываются в картер вместе со струей масла. Однако
отверстие со временем засоряется.
Более поздние исследования, проведенные А.А. Липгартом и
Н.Ф. Струнниковым на ловушках малой емкости автомобильных
двигателей, показали, что после заполнения ловушек отложениями и
нарушения их действия износ шатунных шеек резко возрастал. Это, по-
видимому, вызвано не только прекращением центробежной очистки,
но и частичным смыванием маслом отложений и выносом их в виде
Рис. 13.49. Схемы действия ловушек в шатунных шейках вала:
а - ловушка большой емкости; б - самоочищающаяся ловушка, закрытая пробкой
с калиброванным отверстием

270
СМАЗКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Рис. 13.50. Коленчатый вал тракторного двигателя конструкции ХТЗ с подводом
центрифугированного масла к шатунным и коренным подшипникам
комков слипшейся массы в шатунные подшипники. Поэтому
конструкторами тракторных двигателей более целесообразными были
признаны цилиндрические полости большого объема, достаточного для
работы двигателя в течение одного сельскохозяйственного сезона без
очистки полостей.
Руководствуясь этим положением, Харьковский тракторный
завод разработал две конструкции коленчатого вала. В одной из них
центрифугированное масло подводится к шатунным и коренным
подшипникам, во второй - только к шатунным. Первая конструкция
вместе со схемой канализации масла к подшипникам представлена на рис.
13.50. Масло из магистрали 9 в блоке двигателя поступает ко
второму и четвертому коренным подшипникам, оттуда по сверлениям 5 в
цилиндрические полости 1 в шатунных шейках. Очищенное масло
поступает по трубкам 4 в шатунные подшипники и далее к
поршневым пальцам, а по каналам 6 из соответствующих полостей - к
наиболее нагруженным коренным подшипникам (первому, третьему и
пятому). Для обеспечения подачи достаточного количества масла ко
всем подшипникам и поршневым пальцам рабочие поверхности
вкладышей второго и четвертого коренных подшипников снабжены
кольцевыми канавками 7 и подводящими отверстиями 8. Полости 1
несколько смещены от осей шатунных шеек так, чтобы увеличилось
расстояние от оси вращения вала. Полости закрыты резьбовыми
пробками 2, стопорящимися шплинтами 3.

Глава 14. ЗАЩИТА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПАР ТРЕНИЯ
ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Многие машины и механизмы работают в запыленной или
загрязненной среде; в узлы трения попадают абразивные частицы. На
открытые поверхности трения технологических машин возможно
попадание окалины, ржавчины, металлической или иной стружки, а
в числе абразивных частиц - весьма твердых окислов алюминия.
Попадание горячей стружки способствует образованию окислов железа
на направляющих станков; к серьезным повреждениям сопряженных
поверхностей ведет защемление стружки между подвижной и
неподвижной направляющими. Вредно действует на поверхности трения
влага, жидкое топливо и агрессивные среды. Абразивное действие
производят продукты износа, остающиеся на поверхностях трения или
попадающие на них вместе с поступающим маслом. Твердые
частицы в смазочном слое подшипника жидкостного трения понижают
надежность его работы.
Хорошая защита поверхностей трения от загрязнения является
важным средством длительного сохранения деталей и узлов в
рабочем состоянии. Направляющие металлорежущих станков при
надлежащей защите сохраняют, например, следы шабровки или
шлифования по истечении 8-10 лет непрерывной работы. Наряду с этим
смазывание поверхностей при работе в запыленной атмосфере в
отсутствие защиты во много раз усиливает износ, так как к таким
поверхностям прилипает абразив [7].
Способы защиты поверхностей трения от загрязнения
определяются назначением механизма или машины, конструкцией узла,
условиями эксплуатации, требованиями к кинематической точности и
другими факторами. Защиту от загрязнения можно подразделить на
защиту открытых узлов трения; герметизацию закрытых корпусов в
местах выхода валов или других подвижных деталей; очистку
смазывающего масла; удаление загрязнений из топлива, смазки, воздуха, а
также газов и жидкостей, поступающих во внутренние полости
машины.
Защиту направляющих технологических машин осуществляют
при помощи: а) скребков, укрепляемых на торцах движущихся
деталей; б) щеток-обтирателей, служащих также для удержания и
лучшего распределения смазки; в) щитков; г) щелевых уплотнений; д)
перематывающихся лент, телескопических щитков и защитных чехлов.
Пылестружкоприемники и эксгаустеры, устанавливаемые для
отсоса из зоны обработки хрупкой стружки, абразивной и
металлической пыли и для их транспортировки в специальные баки, не толь-

272 ЗАЩИТА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПАР ТРЕНИЯ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Рис. 14.1. Защита длинного винта механизма крана при помощи телескопической трубы:
1 - винт; 2 - ось крепления к стреле; 3 - труба; 4 - уплотнение
ко выполняют функции охраны здоровья рабочего, но и защищают
механизмы станка от загрязнения [5].
Защиту ходовых винтов токарно-винторезных станков
осуществляют размещением винта полностью под полкой станины,
установкой щитка на фартуке, применением защитных кожухов и др.
Применение защитных кожухов для нажимных винтов прокатных станов
способствовало повышению их долговечности в среднем на 25%.
Одна из конструкций защиты длинных винтов схематически
представлена на рис. 14.1. Телескопическая труба закрывает винт
механизма изменения вылета стрелы портального крана фирмы Аппле-
важ (Франция) грузоподъемностью 10 тс и вылетом от 7 до 30 м.
Труба присоединена к картеру привода винта. С противоположной
(задней) стороны к этому картеру прикреплен жесткий картер в виде
трубы длиной в 3 м, куда входит винт при перемещении его назад для
уменьшения вылета стрелы. Задний картер винта соединен трубой с
картером привода для обратного стока масла.
Защита шарнирных сочленений и коротких поступательных пар
также может осуществляться разными способами. Защита кардана
при помощи резинового кожуха показана на рис. 14.2. Полость
кожуха перед сборкой набивается смазкой. Распространены защитные
элементы в виде гибких чехлов из водонепроницаемых или масло-
стойких материалов. Их крепление к деталям производится
посредством проволочных или ленточных бандажей; значительно реже
прибегают к приклеиванию. Применение гибких чехлов иллюстрирует
рис. 14.3.
Рис. 14.2. Защита шарнира Гука с помощью резинового кожуха

Защита рабочих поверхностей пар трения от загрязнений
273
Рис. 14.3. Защита трущихся деталей тормозного цилиндра (а) и карданной передачи (б)
автомобиля с помощью гибких чехлов:
1 - корпус главного тормозного цилиндра; 2 - поршень; 3 - толкатель; 4 - резиновый
чехол для защиты шаровой цапфы толкателя и поверхностей трения цилиндра; 5 - буфер;
6 - грязеотражатели; 7 - резиновая втулка; 8 - резиновый чехол для защиты шлицевого
соединения; 9 - войлочный сальник для удержания смазки в шлицевом соединении; 10 -
масленка
Пример защиты сферического шарнира от загрязнения при
помощи сферических шайб и резинового кольца, постоянно прижатых
лапками пружинного колпачка, показан на рис. 14.4.
Рис. 14.4. Защита сферического шарнира
рулевой трапеции автомобиля:
1 - палец шарнира; 2 - сухарь; 3 - корпус
шарнира; 4 - сферические шайбы; 5 - резиновое
кольцо; 6 - прижимной колпачок; 7 - масленка
Рис. 14.5. Защита шарнира ковшовой
цепи уплотнительными кольцами:
1 - тонкое звено цепи; 2 - резиновое
кольцо; 3 - палец; 4 - полное звено цепи;
5 - точка подачи смазки
1 Й _ 9ПЧС)

274 ЗАЩИТА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПАР ТРЕНИЯ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Для предохранения шарниров от загрязнения и от утечки масла
применяют также контактные уплотнения. Пример защиты
шарниров ковшовой цепи многоковшового экскаватора путем применения
специального уплотнения показан на рис. 14.5. Звено цепи имеет уп-
лотнительные кольца из маслостойкой резины, что позволило не
только защитить шарнир от попадания абразива, но и смазать его. По
данным эксплуатации многоковшовых экскаваторов на открытых
буроугольных разработках, смазка шарниров увеличила
долговечность цепей примерно в 4 раза.
Защита подшипников от загрязняющего и корродирующего
действия окружающей среды и от утечки масла на выходе валов
осуществляется уплотняющими устройствами манжетного типа. Осевую
игру вала в манжетных уплотнениях гидросистем ограничивают
величиной 0,4 - 0,5 мм во избежание разрушения уплотняющей кромки
манжеты неровностями поверхности вала. При шероховатости Ка =
0,4 - 0,6 мкм уплотнения из кожи и резины при окружной скорости
вала 18 м/с служат более 12 000 ч.
При возможности попадания абразивных частиц в зону
контактных уплотнений следует трущимся поверхностям вала придавать
наибольшую твердость.
Для предохранения от вытекания масла из подшипников и
загрязнения подшипника применяют центробежные уплотнения в виде
канавки, сдвоенных канавок на валу или специальных выступов на
валу. Центробежные уплотнения эффективны при окружной
скорости на маслосбрасывающем устройстве свыше 7-10 м/с, действие же
винтовых канавок оказывается уже успешным при скоростях 3-5 м/с.
Винтовые канавки используют только в нереверсируемых
механизмах. Их делают одно- или двусторонними, т.е. в виде двух участков с
резьбой на каждом противоположного направления. Двусторонние
винтовые канавки применяют для защиты подшипников,
работающих в загрязненной и влажной среде. Чтобы ближайшая к выходу из
подшипников винтовая канавка не подсасывала масло из
подшипника, подводят воздух через одно или несколько отверстий к участку
между канавками [7].
Для повышения эффективности уплотнений выполняют их
комбинированными из одинаковых или различных по принципу действия
и конструкций основных типов. Одно такое уплотнение приведено
на рис. 14.6 [3].
Далее приведем отдельные оригинальные конструкции
уплотнений валов и других деталей от попадания в трущиеся пары
загрязнений и от вытекания смазочных материалов.
На рис. 14.7 показано уплотнительное кольцо вращающегося вала
(заявка ФРГ № 2938484). Кольцо имеет П-образный профиль и
жестко концентрично валу. С наружной стороны кольца 1 с помощью
пластмассовой заливки 2 (например полиуретановой смолы)
укреплены радиально направленные упругие волокна 3. Свободные концы

Защита рабочих поверхностей пар трения от загрязнений
275
Рис. 14.6. Сальник с мягкой набивкой без натяжения:
1 - набивка; 2 - пружина
Рис. 14.7. Уплотнительное
кольцо вращающегося вала
волокон ограничиваются окружностью, центр которой лежит на оси
вращения вала. Центр наружной поверхности кольца 4 также лежит
на оси вращения вала, а центр его внутренней поверхности смещен
на величину а, что приблизительно соответствует глубине
внутренней винтовой канавки кольца 4, имеющей полукруглый профиль.
Благодаря эксцентричности внутренней поверхности кольца 4 и
наличию в ней винтовой канавки при вращении кольца в верхней части
уплотнения концы волокон 3 отклоняются в сторону уплотняемой
среды, а затем возвращаются в первоначальное среднее положение
(нижняя часть рисунка), чем обеспечивается насосный эффект.
Для повышения надежности уплотнения на валу могут быть
установлены три таких уплотнительных кольца, центры эксцентричных
поверхностей которых разнесены один относительно другого на 120°.
Желательно, чтобы величина эксцентриситета а была на 1-5%
больше глубины винтовой канавки наружного кольца, а длина волокон в
2.. .3,5 раза превышала ее глубину.
Такая конструкция уплотнения особенно эффективна при
использовании для высоконагруженных опор, работающих с низкой
частотой вращения в условиях большой загрязненности окружающей
среды, например, для подшипников сельскохозяйственных машин.
На рис. 14.8 показана уплотнительная шайба роликового
подшипника (патент США № 4191432), которая состоит из стального
плоского диска 1 и навулканизированной резиновой части 2. Шайба,
жестко установленная в прямоугольной проточке наружного кольца
3 подшипника, образует лабиринтное уплотнение с внутренним
кольцом 4. Выступ 5 шайбы образует с внутренним кольцом
подшипника радиальный зазор 82, а утолщение <5, контактирующее с торцом
А кольца подшипника, образует с конусной фаской Б подшипника
1Я*

276 ЗАЩИТА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПАР ТРЕНИЯ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
зазор 5 . Сочетание
контактного и лабиринтного уплотнений
существенно уменьшает
проникновение в подшипник воды и
пыли, вытекание смазочного
материала, обеспечивает
достаточно низкие значения момента
сопротивления вращению и
нагрева от трения в сравнении с
известными конструкциями
аналогичных уплотнений
контактного и бесконтактного типов.
Шарикоподшипник с
комбинированным уплотнением (рис.
14.9) (заявка № 2103309,
Великобритания). Радиальный
подшипник имеет вращающееся
внутреннее 1 и неподвижное
наружное 2 кольца с удлиненными
буртиками 3 и 11. Несущий
кожух 12 упругого уплотнения
устанавливается с натягом в
выточке буртика 11 до упора в заплечик. Кожух поддерживает втулку 4
из фенольной пластмассы или углерода. Втулка имеет возможность
осевого смещения, ее вращение предусматривается шпоночным
соединением. Плоская шайба 5 изготавливается из материала,
совместимого с материалом втулки (нержавеющей стали,
высокоуглеродистой подшипниковой стали и т.п.), устанавливается в выточке
буртика 3. Втулка 4 своим выступом поджимается к выступу А шайбы 5
пружиной 5, образуя пару трения торцевого уплотнения. На торце
кожуха 12 устанавливается кольцо Я, внутренняя часть которого
Рис. 14.8. Уплотнительная шайба
подшипника
Рис. 14.9. Шарикоподшипник с комбинированным уплотнением

Защита рабочих поверхностей пар трения от загрязнений
277
зажимается между буртиком втулки
4 и шайбой 10. Три кольца 7,
входящие в канавку шайбы 5, создают
лабиринтное уплотнение.
Конструкция надежно
предотвращает попадание в подшипник
инородных частиц и жидкости.
Уплотнение подшипника (заявка
№ 2033493, Великобритания),
работающего в сильно загрязненной
среде (например в конвейерах угольных
шахт). Внутреннее кольцо
подшипника (рис. 14.10) устанавливается на
оси 2, наружное кольцо - во втулке 3
крышки ролика, штампованные
уплотнения 4 и 7 устанавливаются в
канавках втулки 3. Между
уплотнением 4 и осью предусмотрен зазор а.
Кольцевой зазор б между
уплотнениями 5 и 7 выбирается резиновым или
пластмассовым кольцом б. В
подшипник закладывается пластичный смазочный материал.
Подшипниковый узел защищается от вытекания смазочного
материала и проникновения угольной пыли и других посторонних
частиц.
Уплотнение подшипника качения (заявка № 1581703,
Великобритания) предназначено для защиты подшипникового узла от
попадания в него инородных частиц и вытекания из него смазочного
материала. Уплотнение состоит из манжеты 1 (рис. 14.11) из эластомера и
металлических колец 2 и 3. Манжета имеет цилиндрическую часть с
уплотнительными губами 4 и 7 переменного сечения,
расположенными соответственно под углами 30 и 25° к оси, перпендикулярной оси
Рис. 14.10. Уплотнение подшипника
в конвейере угольной шахты
Рис. 14.11. Защита шарикового подшипника

278 ЗАЩИТА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПАР ТРЕНИЯ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
вала. Губа 4 меньшей толщины и большей длины перекрывает край
губы 7.
Радиальная полка кольца 2, установленного в отверстие
корпуса, проходит между губами 4 и 7 с натягом. При этом губы
деформируются, создавая равенство упругих сил, возникающих в контакте
кромок губ с поверхностями кольца 2 и центрируя манжету по валу 5.
В случае осевого перемещения кольца относительно уплотнения из -
за неравенства деформаций губ 7 и 4 и, следовательно, упругих сил,
возникает равнодействующая сила, препятствующая этому
перемещению и уменьшающая его. Концевые выступы 6 манжеты
обеспечивают ее плотную посадку на валу и повышают герметичность
сопряжения. Кольцо 3 деформирует цилиндрическую часть манжеты в
радиальном направлении, увеличивая плотность ее посадки на валу и
предохраняя от осевого перемещения по валу и растяжения под
действием центробежных сил, возникающих при высоких частотах
вращения. Кроме того, это кольцо способствует увеличению сил,
действующих в контакте губ уплотнения с кольцом 2. Губа 4 защищает
подшипник от пыли.
Конструкция уплотнения обеспечивает возможность вращения
кольца 2 вместе с корпусом относительно неподвижных губ
манжеты, установленной на валу, с наименьшим трением. Результаты
стендовых испытаний узлов такой конструкции уплотнения
подтверждают надежность защиты узла.
Магнитожидкостное уплотнение (патент № 159450, ГДР). В
конструкции вал 1 (рис. 14.12) проходит сквозь отверстие в стенке 2,
разделяющей обоймы А и Г, которые заполнены разными газами. Во
Рис. 14.12. Магнитожидкостное
уплотнение
Рис. 14.13. Защита от попадания
пыли и грязи шарового шарнира

Защита рабочих поверхностей пар трения от загрязнений
279
втулке 3 из немагнитного материала установлен постоянный магнит
или электромагнит с двумя полюсами 5 и б в виде дисков. Между
внутренними отверстиями дисков и надетой на вал вращающейся
втулкой 7 из намагничиваемого материала имеются небольшие
радиальные зазоры Я, заполненные ферромагнитной жидкостью. Она
представляет собой стабильную коллоидальную суспензию частиц фер-
ритного материала в несущей жидкости, в качестве которой могут
применяться вода, силиконовые и минеральные масла и др. Под
действием магнитного поля ферромагнитная жидкость удерживается в
зазоре #, осуществляя разделение полостей А и Г.
Преимущество конструкции заключается в том, что
применяемые в зазорах 5 жидкости могут быть разными, подобранными в
соответствии со свойствами газов в полостях А и Г так, что эти газы не
вступают в химическую реакцию или какое-либо другое
взаимодействие с ферромагнитными жидкостями, чем повышается
долговечность уплотнения. Этой же цели служат кольца 9, в расточках
которых помещена фетровая набивка 10, пропитанная ферромагнитной
суспензией, которой заполнены зазоры 8. Благодаря этому полости Б
и В наполнены парами этих жидкостей, чем уменьшается испарение
жидкостей из уплотняемых зазоров 5.
Уплотнение шарового шарнира от пыли и грязи (патент
№ 2405161, ФРГ) приведено на рис. 14.13. В корпусе 1 шарнира
установлен вкладыш 2 из антифрикционного материала (например,
пластмассы), в сферическую внутреннюю полость которого входит
сферическая головка 3 пальца 9. Корпус закрыт крышкой 5, которая
через шайбу 6 из эластичной пластмассы прижимает к головке 3
пластмассовую деталь 7, уплотняющую шарнир. Деталь имеет по
периферии замок 4. В полость а набивают смазочный материал. Прилив 8
детали 7 проходит сквозь отверстие б в крышке 5 и выступает над
последней. При износе рабочей поверхности шарнира деталь 7
перемещается внутри крышки, указывая износ.

Глава 15. ЗАЩИТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
ОТ ПАРАЗИТНЫХ ТОКОВ
В эксплуатации электрических машин и связанных с ними
агрегатов повреждения рабочих поверхностей деталей иногда
вызываются паразитными, или блуждающими, токами. Основной причиной их
возникновения является неравномерность магнитного поля
электрической машины (генератора или двигателя) по длине. При вращении
ротора в таком поле в теле вала индуцируется электродвижущая сила,
величина которой может доходить до нескольких вольт, а в
турбогенераторах и выше; так, в турбогенераторе с напряжением на клеммах
11 500 В замеренная э.д.с. по торцам вала ротора достигает 35 В.
Паразитные токи, замыкаясь по пути весьма незначительного
сопротивления через вал, подшипники и станину электрической машины,
могут достигнуть, даже при сравнительно небольшой ЭДС, нескольких
сотен ампер. При отсутствии электроизолирующих элементов в
муфте, соединяющей валы электрической машины и агрегата, ток
разветвляется на машину и агрегат (рис. 15.1).
Другими, более редкими причинами возникновения паразитных
токов являются: а) пробой на корпусе в роторе при наличии
заземления в его внешней цепи; б) электростатический заряд ротора.
Вследствие трения о воздух ремня, шкива или самого ротора между валом
и подшипником возникает разность потенциалов, при определенной
величине которой становится возможным заряд через масляную
пленку в подшипнике.
Разность электрических потенциалов между валами и
подшипниками может возникнуть не только в электрических машинах.
Причинами могут быть вращение деталей механизмов с различной
магнитной полярностью; высокочастотные колебания, создаваемые, на-
Рис. 15.1. Схема циркуляции паразитных токов в турбогенераторе (а) и системе
электродвигатель - зубчатый редуктор - фундамент {б):
1 - турбина; 2 - генератор; 3 возбудитель; 4 - электродвигатель; 5 редуктор;
6 - фундаментная плита электродвигателя; 7 подшипник (впоследствии изолированный
от фундаментной плиты)

Защита деталей машин от паразитных токов
281
Рис. 15.2. Кратеры, образованные паразитными токами на поверхности качения
подшипникового кольца
пример, радионавигационной аппаратурой; искусственно
подведенное напряжение, как, например, при катодной защите корпусов
судов, и другие трудно поддающиеся учету явления.
Паразитными токами повреждаются подшипники качения и
скольжения, зубчатые и червячные колеса, входящие в цепь этих токов.
Уже при разности потенциалов в зоне подшипника качения выше
0,4 В происходит пробой смазочной пленки в местах контакта тел
качения. Электрическая искра вызывает высокий местный нагрев
металла, его вторичную закалку и эрозию. На поверхности качения
со временем образуются небольшие кратеры (рис. 15.2), а иногда даже
крупные язвины. В подшипниках скольжения уже при плотности тока
менее 1 А/см2 происходит электрохимическое разложение масла,
сопровождающееся ухудшением его свойств. Отчетливое потемнение
отдельными пятнами поверхности вкладыша может наступить уже
через несколько часов работы при наличии паразитных токов. При
плотности тока свыше 1 А/см2 между поверхностями вкладыша и
цапфы, а также между галтелью вала и сопрягающимся с ним торцом
вкладыша образуются микроскопические электрические дуги,
разъедающие оспинами эти поверхности и вызывающие перегрев
подшипника вплоть до подплавления антифрикционного слоя вкладыша,
повышенный износ и намазывание баббита на цапфу.
В паровых турбогенераторах валы турбины, генератора и
возбудителя образуют одну линию. Паразитный ток может ответвиться в
турбину стационарной установки только через общий для всего
агрегата железобетонный рамный фундамент (см. рис. 15.1). Поэтому
большой силы ток будет циркулировать через подшипники генератора или
возбудителя, электрически соединенные металлической плитой, на
которой они установлены, и их повреждение будет наиболее
значительным. Не исключается и возможность повреждения подшипников
турбины. Известно также, что ток, ответвляясь через червячную пару
привода регулятора турбины, может вызвать эрозию рабочей
поверхности бронзового венца колеса. Если червячная пара правильно
собрана и хорошо смазывается, то разряд может происходить в
моменты входа и выхода зуба колеса из зацепления. В отличие от язвинок

282
ЗАЩИТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН ОТ ПАРАЗИТНЫХ ТОКОВ
контактной усталости, кратерообразные углубления на колесах
окружены обыкновенным пригаром масла.
В практике эксплуатации дизель-генераторов, в том числе и
главных на речных дизель-электроходах, отмечены повреждения
паразитными токами не только подшипников генераторов, но и рамовых
подшипников дизелей; повреждения имели такой размер, что
вынуждали преждевременно ставить двигатели на средний ремонт.
Схема протекания паразитных токов в электродвигателе и
приводимом им в движение цилиндрическом редукторе показана на рис.
15.1 б. В установке с двигателем мощностью 750 кВт при 720 об/мин и
шевронном редукторе было зафиксировано на концах вала
электродвигателя переменное напряжение до 0,75 В, а между концами валов
шестерни и колеса - до 0,4 В. Эти измерения, предпринятые в связи с
появлением многочисленных очагов выкрашивания зубьев,
подтвердили электроэрозионный характер изъязвления.
Хорошим средством для ослабления действия паразитных токов
на рабочие поверхности деталей является шунтирование их малым
сопротивлением (рис. 15.3): параллельно цепи вал - червячное
зацепление - корпус подшипника образована цепь вал - угольная или мед-
но-графитовая щетка, скользящая по нему, - подшипник.
Радикальным способом борьбы с паразитными токами служит
размыкание цепи, по которой они протекают. Это достигается
полным изолированием от фундаментной плиты стойки одного из
подшипников электрической машины или стоек обоих подшипников,
включая болты и установочные штифты, маслопроводы в случае
циркуляционной смазки и водопроводы при водяном охлаждении
подшипников. При необходимости изолируют также возбудители. Если
машина имеет подшипниковые щиты, что затрудняет изоляцию
подшипников, то паразитные токи, протекающие через подшипники,
можно существенно уменьшить наложением на оба конца вала
щеток из медной сетки достаточной площади, соединенных между
собой проводником большого сечения.
Изоляционную прокладку рекомендуется не обрезать по
контуру основания корпуса подшипника, а делать шире (до 15 мм на
крупных машинах), чтобы случайно скопившаяся у основания угольная
или металлическая пыль не замкнула
электрическую цепь.
Иногда изолируют электрически
один из двух подшипников двухопор-
ного ротора, если можно ожидать
электростатического заряда его.
Наконец, можно указать на способ борьбы
с отрицательным воздействием
паразитных токов путем заземления валов
при помощи насаженных на них колец,
токосъемного щеточного устройства и
заземляющего кабеля.
Рис. 15.3. Схема защиты червячной
пары привода регулятора паровой
турбины от паразитных токов:
/ - червяк; 2 ~ червячное колесо;
3 - передний подшипник турбины;
4 - щетка; 5 - щеткодержатель

Глава 16. УЧЕТ ЛЕГКОСТИ РЕМОНТА
ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ МАШИН
Длительность и стоимость ремонта машин данного типоразмера
одной и той же изношенности зависит от объема монтажно-демон-
тажных работ, от возможности повторного использования
изношенных деталей, от наличия сменно-запасных деталей, от возможности
быстрого восстановления рабочих поверхностей деталей и тому
подобных факторов. Поэтому вопросы технологичности машины с
точки зрения ремонта должны учитываться при разработке ее
конструкции и технологии производства. Конструкция должна быть
технологичной как в основном производстве, так и в условиях ремонта.
Требования к технологичности конструкции с точки зрения
ремонта можно свести к следующим.
1. Возможность монтажа и демонтажа узлов машин без их
разборки. Этому требованию удовлетворяет блочность конструкции,
позволяющая сократить не только цикл изготовления узлов и
агрегатов машины и продолжительность общей сборки, но и время на ее
ревизию и ремонт.
2. Возможно большая доступность в узлах к парам трения,
детали которых нуждаются в периодическом ремонте, и быстросменность
и долговечность элементов.
3. Возможность и экономическая рентабельность ремонта
деталей. Ремонт часто оказывается практически невозможным при
отсутствии в детали соответствующего запаса на обработку, что показано
на одном вале весом 250 кгс (рис. 16.1), изготовленном из стали 45, с
опорами на бронзовых втулках. Диаметры шеек вала равны
наружным диаметрам консольных шлицевых участков. Уже при
незначительном износе шеек возникают серьезные трудности ремонта вала.
Проточка шеек требует для сохранения зазора уменьшения
внутреннего диаметра втулок, но ввиду неразъемности подшипников,
последние по условиям монтажа не могут быть меньше наружного
диаметра шлицевого участка вала. Проточка же шлицев наружного
диаметра требует соответствующего изменения размеров у сопрягаемых
деталей. Данная конструкция неремонтноспособна, нетехнологична в
Рис. 16.1. Вал экскаватора

284 УЧЕТ ЛЕГКОСТИ РЕМОНТА ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ МАШИН
условиях ремонта. Ремонтно-способной она может быть при
диаметре шеек, большем номинального наружного диаметра шлицев.
Безусловно, ремонтно-нетехнологичной является деталь, не
входящая в номенклатуру сменно-запасных частей, рабочая поверхность
которой, упрочненная термической или термохимической
обработкой, износится за время между капитальными ремонтами машины на
полную или близкую к ней глубину упрочнения (цементацией или
поверхностной закалкой). Дальнейшее использование детали
сопряжено с резкой потерей износостойкости пары.
4. Применение сменных элементов. Выполнение
изнашивающейся части детали или рабочего органа машины съемной позволяет со
сравнительно небольшими затратами восстановить их
работоспособность и намного удлинить срок их амортизации. Сменные элементы
распространены в рабочих органах многих машин, это зубья ковшей
экскаваторов, режущие элементы почвенных фрез и т.д.
Экономически целесообразным оказывается выделить из конструкции
автомобильной шины протекторную часть, выполнив ее в виде съемных
колец из дорогостоящей резины высокого сопротивления изнашиванию;
покрышку же достаточно изготовить из прорезиненной кордной
ткани большого сопротивления усталостному повреждению.
Ниже приведены два примера использования сменных деталей
(втулок и плит) в узлах машин.
Гусеницы тракторов состояли из звеньев, соединенных
последовательно при помощи цементованных пальцев. Звенья литые из
высокомарганцовистой аустенитной стали, не поддающейся
механической обработке. Основным недостатком такой конструкции является
невозможность ремонта гусеницы, срок службы которой не
превышал обычно одного сезона. Чтобы не вводить дополнительные
производственные мощности для изготовления звеньев, нужно было
переконструировать гусеницу. Решение было найдено в посадке в
звенья разрезных втулок, удерживаемых в отверстиях силами
упругости. По мере износа втулок они заменялись новыми.
На рис. 16.2 показан модернизированный узел ползуна холодно-
высадочного автомата. До модернизации ползун 3 (из стали 35), на
суппорте которого установлен пуансон, перемещался по стальным
закаленным планкам 4, имея в качестве одной из вертикальных
направляющих поверхность боковой стенки станины. При ремонтах,
связанных с шабровкой этой стенки, ползун перемещался в ее
сторону. Чтобы не нарушалась соосность пуансона с матрицей в
горизонтальной плоскости, приходилось смещать матрицу, что требовало
большой затраты времени ввиду взаимосвязанности положений
матрицы и механизмов автомата. Реконструкция выразилась в
установке сменной плиты 2, залитой со стороны рабочей поверхности
сплавом ЦАМ 10-5. Кроме того, для большей сохранности нижних
направляющих ползуна и для предупреждения задиров планки 4 были
тоже залиты мягким металлом.

Учет легкости ремонта при конструировании машин
285
4 й)
Рис. 16.2. Ползун холодновысадочного Рис. 16. 3. Червячное колесо с односторон-
автомата: ним износом:
1 - клин; 2 - плита; 3 - ползун; а - изношенная деталь; б - перевернутая
4 - направляющая планка деталь
Примеры установки втулок на прессовых или переходных
посадках в деталях пар трения скольжения общеизвестны. Остановимся
только на одном обстоятельстве, для чего рассмотрим зубчатое
колесо на бронзовой втулке, свободно вращающееся на оси. Иногда
конструктор не задает жесткого допуска на неконцентричность
наружной поверхности втулки относительно внутренней, ограничиваясь
указанием на чертеже развернуть отверстие в запрессованной втулке
до нарезания зубьев. Нарезание зубьев на заготовке, насаженной на
оправку по отверстию втулки, обеспечит концентричность
делительной окружности относительно отверстия даже при разностенности
втулки. При замене втулки, когда возможность произвести
растачивание отверстия, базируясь по роликам на делительную окружность,
почти исключается, начинается биение колеса.
5. Возможность повторного использования деталей за счет
переноса нагрузки с одной поверхности трения на другую. На рис. 16.3
приведено червячное колесо с односторонним износом зубьев,
обращенным к торцу А. Симметричность ступицы относительно средней
плоскости зубьев не позволяет перевернуть колесо. Если бы
конструкция ступицы была симметричной и имела дополнительно
распорное кольцо (рис. 16.3 б), то повторное использование колеса не
встретило бы затруднений. Возможность переворачивания и
перестановки зубчатых колес при ремонте должна быть предусмотрена, если в
силу условий службы колеса изнашиваются неравномерно, как,
например, в тракторных коробках передач. Перестановку зубчатых
колес можно производить и в крупных силовых установках. Так, из
опыта эксплуатации корабельного турбозубчатого агрегата имеется
пример перестановки с правого борта на левый и обратно шестерен,
передающих движение гребному валу. Рабочей поверхностью стали
малоизношенные поверхности зубьев, работавшие ранее на
задний ход.

286 УЧЕТ ЛЕГКОСТИ РЕМОНТА ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ МАШИН
Прядильное кольцо, хотя и подвергается цементации, является
быстроизнашивающейся деталью. Срок службы его на
шелкопрядильных машинах около 2 месяцев, а на прядении шерсти - от 3 до 6
месяцев. Выход кольца из строя происходит из-за изнашивания буртика.
Кольцо с двумя буртиком после износа одного буртика может быть
перевернуто. Стоимость кольца с двумя буртиками по сравнению с
одним буртосом выше всего на 2%.
6. Увеличение запаса на износ. Это требование имеет в виду
повышение долговечности и облегчение ремонта детали. Облегчение
ремонта увеличением запаса на износ целесообразно в тех случаях,
когда износ снижает прочность и может привести к разрывам
деталей, например проушин.
7. Создание специальных базовых направляющих,
предназначенных для ремонта и контроля (предложение А.С. Проникова). По этим
направляющим во время эксплуатации станка (или другой машины)
не происходит перемещения подвижных узлов, но при помощи их
можно точно отремонтировать на месте рабочие направляющие,
используя переносные шлифовальные приспособления. Для базовых
направляющих могут быть предусмотрены специальные
поверхности или использованы нерабочие плоскости рабочих направляющих.
Базовые направляющие во время эксплуатации должны быть
защищены от загрязнения и повреждения.
8. Компенсация износа - это восстановление работоспособности
узлов по мере износа их деталей, осуществляемое при помощи
контрольно-регулировочных операций во время эксплуатации машины и
при ее ремонте. Восстанавливают нормальные зазоры в
подшипниках, между зубьями колес, в клапанном газораспределительном
механизме, между тормозными поверхностями, в направляющих и т.п.,
приводят в норму взаимное положение осей и поверхностей деталей.
Компенсация износа производится вручную или автоматически.
В технологическом оборудовании, где для обеспечения точного
перемещения деталей станка по направляющим допустимы весьма
малые зазоры, с целью компенсации износа вручную применяют
регулировочные клинья и планки. Для компенсации размерных
изменений деталей вследствие износа в подшипниках скольжения
предусматривают регулировочные зазоры уменьшением толщины
прокладок между вкладышами, применением установочных болтов (как,
например, в упорных подшипниках для осевого перемещения
сегментов), осевым перемещением подшипниковой втулки с внутренней или
наружной конической поверхностью, использованием клиньев и
другими способами.
Износ шарниров цепей, вызывающий ослабление натяжки
ведомой ветви, компенсируют при помощи специального натяжного
устройства, позволяющего перемещать одну из звездочек, или
посредством натяжной звездочки.

Учет легкости ремонта при конструировании машин
287
Рис. 16. 4. Передача винт - гайка
в приводе стола фрезерного станка
В простейших случаях
автоматическая компенсация износа
производится непрерывно силами упругости
одной из деталей (например
поршневым кольцом) или специально
устанавливаемого элемента (браслетные
пружины в уплотнениях валов,
прижимные пружины щеток
электрических машин и т.п.). Более или менее
автоматические устройства
встречаются в ходовых винтах и гайках. В
передаче винт - гайка,
осуществляющих рабочее движение и нагруженных значительными усилиями, где
осевая "игра" возрастает с течением времени, а также в передачах с
повышенной точностью возникает необходимость в устранении
мертвого хода. Для этой цели гайку делают из двух частей, с разрезом
вдоль ее оси. Одну часть скрепляют с поступательно перемещаемой
деталью, другая часть служит для регулировки. Пример такой
конструкции в приводе стола фрезерного станка приведен на рис. 16.4. Гайка
2 скреплена со столом 7. Гайка 3 снабжена зубцами, входящими в
зацепление с рейкой 4, на торец которой давит пружина. Плоские
зубцы на торце гайки 3 упираются в такие же зубцы на гайке 2.
Поворачиваясь, гайка 3 скользит по зубцам гайки 2 и смещается вправо до
полного выбирания "игры" в резьбе гаек 2 и 3.
9. В последние годы разработаны методы безразборного
восстановления изношенных машин и механизмов, например, двигателей
внутреннего сгорания автомобилей. Методы с применением
простейших приспособлений позволяют в короткий срок без разборки
двигателя восстановить зазоры в сочленениях машины, снизить
содержание СО при работе двигателя, восстановить компрессию в
цилиндрах. Конструктор обязан знать технологию безразборного
восстановления данной машины, обеспечить более простые подходы к
отдельным узлам машины и снабдить ее простейшими приспособлениями
[1,2,4,6].

ЛИТЕРАТУРА
К введению и Главе 1. Материалы для трущихся деталей
1. Альшиц И.Я., Анисимов И.Ф., Благов Б.Н. Проектирование деталей из
пластмасс. М.: Машиностроение, 1969. 246 с.
2. Белый В.А., Свириденок А.И. Подбор материалов для трущихся деталей.
//Трение, изнашивание и смазка. Справочник, кн. 1. М.:
Машиностроение, 1978. С. 127-159.
3. Бойм А.Г., Левина 3-М. Влияние видов направляющих на точность
позиционирования узлов в станках с ЧПУ. // Станки и инструмент, № 9,1981.
С. 47-51.
4. Воронков Б.Д. Подшипники сухого трения. Л.: Машиностроение, 1979.
220 с.
5. Воронков Б.Д., Шадрин В.Г., Петрова И.В. Состояние и перспективы
использования эффекта избирательного переноса при трении в
химическом оборудовании. ЦИНТИхимнефтемаш, М., 1985. 35 с.
6. Влияние газовой среды на антифрикционные свойства композиционных
материалов на основе фторопласта-4. / Ю.К. Машков, Н.Н. Сухарина,
Л.М. Гадиева и др. // Вестник машиностроения, 1985, № 2.
С. 40-42.
7. Гаркунов Д.Н., Польцер Г., Марчак Р. Две триботехники, одна цель. //
Эффект безызносности и триботехнологии, № 1, 1993. С. 21-39.
8. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985. 424 с.
9. Германчук Ф.К. Долговечность и эффективность тормозных устройств.
М.: Машиностроение, 1973. 176 с.
10. Горшков А.А., Волощенко М.М. Литые коленчатые валы. М.:
Машиностроение, 1964. 212 с.
11. Гречко В.О. Разработка медьсодержащих антифрикционных покрытий
на основе волокон политетрафторэтилена. Автореферат диссертации на
соискание ученой степени канд. техн. наук. Новочеркасск, 1983 г.
12. Долговечность трущихся деталей машин. Сб. научных статей под ред.
д.т.н. Гаркунова Д.Н. М.: Машиностроение. Вып. 1, 1986,263 с; Вып. 2,
1987, 302 с; Вып. 3, 1988. 270 с; Вып. 4, 1990, 351 с; Вып. 5, 1990,354 с.
13. Защита от водородного износа в узлах трения. / Под ред. А.А.
Полякова. М.: Машиностроение, 1980. 129 с.
14. ЗельбетБ.М., Фомина В.М. Влияние металлургических факторов на
свойства подшипниковой стали. // Металловедение и термическая
обработка металлов, 1981,№ 10. С. 8-10.
15. Ивенс К., Флетли М. Подшипники для работы в вакууме. Конструкция
и материалы сепараторов. Пер. с англ. // Конструирование и
технология машиностроения, т. 85. сер. В, № 2. ВИНИТИ АН СССР, 1963.
16. Исследования пар трения в условиях вакуума и космоса. Обзор
иностранной литературы. //Вопросы ракетной техники, 1964. С. 18-34.

Список литературы
289
17. Кугель Р.В. Основные задачи проблемы надежности машин // Вестник
машиностроения, 1981, № 11. С. 49-55.
18. Куранов ВТ. О проблеме изнашивания и проводимости в слаботочном
контакте // Эффект безызносности и триботехнологии, № 3-4, 1992.
С. 28-34.
19. Машков Ю.К. Комплексный метод повышения триботехнических
характеристик несмазываемых пар трения //Тезисы докладов Всесоюзной
научной конференции "Износ в машинах и методы защиты от него".
М.: 1985. С. 86.
20. Нугличек Ф. Подшипники скольжения из пластмасс. М: Машгиз, 1960.
145 с.
21. Ордженикидзе С.К. Разработка керамических двигателей в Японии.
// Научно-технический прогресс в Японии. М.: Наука, 1984. С. 89-95.
22. Орлов П.И. Основы конструирования. М.: Машиностроение, 1967.
567 с.
23. Основы трибологии (учебник для вузов). Коллектив авторов. Под
редакцией А.В. Чичинадзе. М.: Центр "Наука и техника ", 1995. 777 с.
24. Попилов Л.Я. Новые материалы для судостроения. / Под ред. В.В.
Мещерякова. Л.: Судостроение, 1966. 540 с.
25. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла.
М.: Машиностроение, 1982. 209 с.
26. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин.
Киев: Наукова думка, 1979. 169 с.
27. Смазка оборудования текстильной и легкой промышленности.
Справочник под редакцией к.т.н. Н. Е. Денисовой. Москва, Легпромиздат,
1994.448 с.
28. Спришевский А. И. Подшипники качения. М.: Машиностроение, 1969.
631с.
29. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей
машин. М.: Машиностроение, 1967. 394 с.
30. Трение и износ материалов на основе полимеров. / В.А. Белый,
А.И. Свириденок и др. Минск: Наука и техника, 1976. 430 с.
31. Трение и износ материалов на основе полимеров / Белый В.А.,
Свириденок А.И., Петроковец М.И. и др. Минск: Наука и техника, 1976. 432 с.
32. Физико-механические свойства материалов на основе ПТФЭ. / Т.Ф.
Замятина, Ю.К Машков, В.И. Суриков и др. // Пластические массы, 1985,
№8. С. 56-57.
33. Федорченко И.М., Крячек В.М., Паниоти И.И. Современные
фрикционные материалы. Киев: Наукова думка, 1975. 334 с.
34. Чичинадзе А.В., Браун Э.Д. Фрикционные устройства. // Трение,
изнашивание и смазка. Справочник, кн. 1. М.: Машиностроение, 1979.
С. 230-256.
35. Эффект безызносности и триботехнологии. Международный научно-
технический журнал, №№ 1-4, 1992;№№ 1,2,1993;№№ 1-4, 1994; №3-4,
1996; №№1-4, 1997 г.
19-2039

290
ЛИТЕРАТУРА
К главе 4. Жесткость узлов, податливость и специальная
конфигурация деталей как факторы повышения
износостойкости пар трения
1. Тескер Е.И., Иваниди СБ. Повышение долговечности шестерен коробок
передач путем изменения геометрии торцов зубьев // Вестник
машиностроения, 1984, № 1. С. 19-20.
2. Целиков А.И., Перель Л.Я. Основные направления в повышении
работоспособности подшипниковых опор металлургического оборудования
//Вестник машиностроения, 1980, № 1. С. 7-8.
3. Шульц В.В. Форма естественного износа деталей машин и инструментов
Л.: Машиностроение, 1990. 206 с.
К главе 5. Плавающие детали
1. Альшиц И.Я., Голубев А.Н. Пути совершенствования подвижных
контактных уплотнений // Вестник машиностроения, 1980, № 7. С. 32-36.
К главе 6. Принцип взаимного дополнения качества
1. Панфилов Е.А., Самсаев Ю.А. Высокоскоростные совмещенные опоры.
М.: Машиностроение, 1985. 208 с.
2. Ромащенко В.А. Исследование эффективности нового способа твердой
смазки ходовых колес кранов // Вестник машиностроения, 1982, № 3.
С. 44-45.
3. Трушко П.В., Зубченко О.И., Атаманский П.И. Повышение
долговечности шестеренных насосов // Вестник машиностроения, 1982, № 6.
С. 10-11.
К главе 7. Замена внешнего трения внутренним трением
упругого элемента
1. Гольд Б.В. Конструирование и расчет автомобиля. Машгиз, 1962.420 с.
2. Григорьев Е.Т. Расчет и конструирование резиновых амортизаторов.
Машгиз, 1960. 245 с.
К главе 8. Разгрузка рабочих поверхностей
1. Проников А.С. Повышение долговечности станочного парка. М.:
"Высшая школа", 1961. 264 с.
К главе 9. Замена в узлах трения скольжения
трением качения
1. Левина З.М., Котляренко Л.Б., Бойм А.Г. Расчет и конструирование
направляющих с роликовыми опорами. Рекомендации. М.: ЭНИМС, 1974.
47 с.
2. Левина З.М. Направляющие качения // Детали и механизмы
металлорежущих станков. Т. 1. Под ред. Д. Н. Решетова. М.: Машиностроение,
1972. С. 344-438.

Список литературы
291
3. Панфилов Е.А., Самсаев Ю.А. Высокоскоростные совмещенные опоры.
М.: Машиностроение, 1985. 208 с.
К главе 13. Смазка деталей машин
1. Авдуевский В.С., Броновец М.А., Буше Н.А. и др. Теоретические и
прикладные аспекты современной трибологии // Первая международная
конференция "Энергодиагностика". Сборник трудов, т. 1, М., 1995.
С. 31-61.
2. Автоматизированные смазочные системы и устройства. / Колл. авторов.
М.: Машиностроение, 1982. 175 с.
3. Бабель В.Г. Повышение термоокислительной стабильности масел ме-
таллоплакирующими присадками. Международный конгресс "Защита
- 95". Москва, ноябрь 1995. Академия нефти и газа им. И.М. Губкина.
4. БончевП. Комплексообразование и каталитическая активность. М.: Мир,
1975.270 с.
5. Влияние содержания воды в жидкости ПГВ на износостойкость оловяни-
стых бронз. /Л. И. Куксенова, Л. М. Рыбакова, В. М. Самылкин и др. //
Вестник машиностроения, 1981, № 2. С. 30-31.
6. Кужаров А.С., Онищук Н.Ю. Свойства и применение металлоплакирую-
щих смазок. Тематический обзор // Центральный
научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, 1985.
58 с.
7. Онищук Н. Ю. Разработка медьсодержащих пластичных смазок с комп-
лексообразующими присадками. Дисс. канд. техн. наук. Новочеркасск:
Новочеркасский политехнический институт им. Серго Орджоникидзе,
1983. 120 с.
8. Панфилов Е.А. Влияние на контактную усталость стали металлоплаки-
рующих смазочных материалов // Трение, износ и смазочные
материалы. Труды международной научной конференции. Ташкент, Труды
ТашПИ. Т. 2, 1985. С. 324-326.
9. Повышение износостойкости на основе избирательного переноса
/ Под ред. Д.Н. Гаркунова. М.: Машиностроение, 1977. 215 с.
10. Ревнивцев В.И., Маринич Т.Л., Мальцева Е.Г.
Микрогидродинамические представления избирательного переноса // Трение, износ и
смазочные материалы. Труды международной научной конференции. 1985.
Т. 1.
11. Фодор Дж., Колимар Дж. Снижение износа и трения в двигателях
внутреннего сгорания с помощью улучшения очистки масла и воздуха и
внедрения новых антифрикционных присадок //Трение, износ и смазочные
материалы. Труды международной научной конференции. Ташкент,
Труды ТашПИ. Т. 2. 1985. С. 344-348.
12. НосЫетрегаШг - ЗсЬппегГеП. "МазсЬ. - Ап1о§. + УегГаЬг", 1980, № 2,17
(нем).
19*

292
ЛИТЕРАТУРА
К главам 14,15,16. Защита рабочих поверхностей
пар трения от загрязнений, защита деталей машин
от паразитных токов, учет легкости ремонта
при конструировании машин
1. Антонов В.Н. Некоторые рекомендации по повышению ресурса
двигателей личных автомобилей // Эффект безызносности и триботехнологии,
№3-4, 1992. С. 68-69.
2. Балабанов В.И. Восстановление работоспособности ДВС в процессе
эксплуатации. //Автомобильная промышленность, № 8, 1996. С. 16-18.
3. Голубев Г.А. и др. Контактные уплотнения вращающихся валов. М.:
Машиностроение, 1976. 264 с.
4. Носихин П.И. Повышение качества и ускорение обкатки
отремонтированных дизелей на основе современных достижений триботехники.
Автореферат диссертации на соискание ученой степени докт. техн. наук,
МГАУ им. В. П. Горячкина, 1997. 34 с.
5. Проников А.С. Повышение долговечности станочного парка. М.:
Высшая школа, 1961.
6. Радин Ю.А., Суслов П.Г. Безызносность деталей машин при трении.
Л.: Машиностроение, 1989. 227 с.
7. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей
машин. М.: Машиностроение, 1967. 394 с.
ПО ЭФФЕКТУ БЕЗЫЗНОСНОСТИ
(ИЗБИРАТЕЛЬНОМУ ПЕРЕНОСУ ПРИ ТРЕНИИ)
I. Исследования физического механизма эффекта
безызносности
1. Бабель В.Г., Байрамуков М.Д. Об использовании композиций,
содержащих галогениды металлов переменной валентности и исследование
механизма их смазочного действия. // Сб. Долговечность трущихся
деталей машин. Вып. 2. М., Машиностроение. 1987. С. 7-19.
2. Бородай А.В., Турченюк Т.Г., Статешная Е.С. О многофункциональной
модели фрикционного взаимодействия тел в режиме избирательного
переноса // Эффект безызносности и триботехнологии. 1998, № 2.
С. 12-24.
3. Васильев Ю.Н., Горбунов А.Д., Польцер Г. и др. Единичный контакт при
трении с граничной смазкой в режиме избирательного переноса //
Эффект безызносности и триботехнологии. 1992, № 3-4, С. 41-46.
4. Гаркунов Д.Н., Поляков А.А. О механизме избирательного переноса при
трении меди и медных сплавов в среде глицерина // Контактное
взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. М.: Наука, 1968.
С. 63-72.
5. Гаркунов Д.Н., Польцер Г. Анализ изнашивания и избирательный
перенос при трении // Эффект безызносности и триботехнологии. 1992, № 1.
С. 9-11.
6. Любимов Д.Н., Чигаренко Г.Г., Иванов А.Е. Особенности
избирательного переноса при сухом трении металлополимерных систем // Эффект
безызносности и триботехнологии 1992, № 1. С. 16-20.

Список литературы
293
7. Куксенова Л.И., Рыбакова Л.М. Структура поверхности твердых тел и ее
роль в реализации избирательного переноса // Долговечность трущихся
деталей машин. Машиностроение. Вып. 1, 1996. С. 13-39
8. Макаров С, Королев Н., Худых М. Механизм избирательного переноса
как кооперативное взаимодействие компонентов гетерогенной системы
//Эффект безызносности и триботехнологии. 1994, № 3-4. С. 76-88.
9. Марчак Р. Физико-химические аспекты избирательного переноса //
Эффект безызносности и триботехнологии. 1993, № 1. С. 42-49.
10. Пичугин В.Ф. Влияние электронного строения металлов в смазочном
материале на трение и изнашивание стальных пар // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1993, № 2. С. 3-10.
11. Поляков А.А. Безызносность при трении на основе когерентного
взаимодействия дислокаций и вакансий // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1992, № 1. С. 12-17.
12. Поляков А.А. Трение на основе самоорганизации // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1996, № 3 - 4. С. 47-122.
13. Поляков А.А. Некоторые аспекты развития эффекта безызносности //
Эффект безызносности и триботехнологии. 1994, № 1. С. 3-18.
14. Поляков А.А. Опыт исследования диссипативной структуры
избирательного пееноса в металлической пленке при трении // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1996, № 3-4. С. 30-46.
15. Поляков А.А. О свойствах смазочных систем материалов в закрытой и
открытой термодинамических системах // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1997, .№ 1. С. 40-45.
16. Поляков А.А. К вопросу о синергетике, деформации, износе и энтропии
металлических материалов // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1997,№2.С.З-11.
17. Ригни Д.А. Физические аспекты трения и изнашивания // Трибология:
Исследования и приложения (опыт США и стран СНГ) / Под ред.
В.А. Белого, К. Лудемы, Н.К. Мышкина. М.: Машиностроение, 1993.
454 с.
18. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. О рентгеноструктурном исследовании
поверхностных слоев металла при трении в условиях избирательного
переноса // Эффект безызносности и триботехнологии. 1992, № 2.
С. 46-56.
19. Савенко В.И. Роль эффекта Ребиндера в реализации режима
безызносности в триботехнике. Обзор // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1994, №3-4. С. 26-38.
II. Конструкционные материалы, работающие
в режиме избирательного переноса
1. Акулич Н.В. Композиционные полимерные материалы, работающие в
режиме избирательного переноса // Материалы семинара МДНТП. М.,
1972. С. 202-208.
2. Голуб М.В. Твердосплавные износостойкие материалы для торцевых
уплотнений валов центробежных насосов.// Повышение
износостойкости на основе избирательного переноса. М.: Машиностроение, 1977.
С. 113-118.

294
ЛИТЕРАТУРА
3. Голуб М.В. Износостойкие композиционные материалы на основе
карбида вольфрама, меди и никеля. Технология получения, исследование и
применение. // Эффект безызносности и триботехнологии. 1994, № 1.
С. 24-39.
4. Грискин Е.Н. Новый способ получения износостойкой и
антифрикционной поверхности и ее экономическая эффективность.// Материалы
семинара. МДНТП, 1972. С. 183-188.
5. Грискин Е.Н. Износостойкий материал для торцевых уплотнений
электробуров. // Повышение износостойкости на основе избирательного
переноса. М.: Машиностроение, 1977. С. 107-113.
6. Дякин СИ., Филатова В.В., Титов В.В. Исследование конструкционных
и смазочных материалов на трение и изнашивание в тяжелонагружен-
ных шарнирах. //Долговечность трущихся деталей машин. Вып. 3,1988.
С. 144-157.
7. Куксенова Л.И., Вячеславова Л.А., Рыбакова Л.И. Структурные
изменения в поверхностных слоях алюминиевой бронзы при трении в смазках
на основе углеродного масла М9С.//Эффект безызносности и
триботехнологии. 1993,№1.С. 3-9.
8. Куранов В.Г. Фрикционная непроводимость слаботочных контактов.
Саратовский государственный технический университет, 1996. 57 с.
9. Кольцов Л.А. Манжетные уплотнения из композиционного
полиуретана, работающие в режиме избирательного переноса.// Долговечность
трущихся деталей машин. Вып.1, 1996. С. 54-71.
10. Мельников В.Г. Избирательный перенос при трении металлостеклян-
ных материалов в растворах щелочей и управление этим процессом //
Эффект безызносности и триботехнологии. 1992, № 2. С. 20- 26.
11. Мельников В. Г. Опыт разработки и применения антифрикционных
порошковых материалов с активными и нейтральными наполнителями //
Эффект безызносности и триботехнологии. 1994, № 3-4. С. 19-25.
12. Петросянц А.А. Проявление избирательного переноса в парах трения
стекло-стекло // Повышение износостойкости на основе
избирательного переноса. М., Машиностроение, 1977. С. 120-127.
13. Рабинович Л.В., Казакова Н.Н., Бергман Т.П. Использование явления
переноса золота в узлах трения приборов // Материалы семинара.
МДНТП, 1972. С. 229-236.
III. Смазочные материалы, обеспечивающие
режим избирательного переноса
1. Гаврилюк М.Р., Чукмарев А.С, Васильков О.А. Повышение
эффективности смазочных материалов // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1994, №1. С. 40-42.
2. Гаевик Д.Т. Пути улучшения использования и уменьшения расхода
смазочных материалов // Эффект безызносности и триботехнологии. 1993,
№1. С. 47-51.
3. Гарновский А.Д., Бушкова Е. Влияние металлокомплексных и комплек-
сообразующих добавок на свойства смазочных материалов // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1992, № 1. С. 49-54.
4. Гребенюк М.Н„ Терегеря В.В., Лаптева В.Г. Исследование жидких
смазочных материалов с металлорганическими присадками Гретерин //
Эффект безызносности и триботехнологии. 1993, № 2. С. 41-46.

Список литературы
295
5. Денисова Н.Е., Гаркунов Д.Н., Гонтарь Г.О. и др. Теоретическое
обоснование количественного выбора наполнителя - антифрикционного
металла в металлоплакирующей смазке // Долговечность трущихся
деталей машин. Вып. 4, 1990. С. 160-169.
6. Дякин СИ. Опыт повышения надежности и ресурса узлов трения с
использованием металлоплакирующих смазочных материалов // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1994, № 3-4. С. 3-9.
7. Кожаева Н.,Носенко Н., Иванкина Э. и др. Многофункциональный
пакет металлоплакирующих присадок "Трибокор'У/ Эффект
безызносности и триботехнологии. 1997, № 1. С. 46-48.
8. Кужаров А.С. Физико-химические основы смазочного действия в
режиме избирательного переноса // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1992, №2. С. 3-14.
9. Некрасов С.С., Стрельцов В.В. Применение масел с металлоплакирую-
щими присадками в карбюраторных двигателях // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1997, № 2. С. 66-71.
10. Потапов Г.К., Балабанов В.И., Быстрое В.Н. Обоснование
концентрации металлоорганических присадок к моторным маслам // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1997, № 2. С. 55-59.
11. Прокопенко А.К., Францев В.Н., Хомяк О.Н., Кот А.Н. Повышение
долговечности механизма вязания замочных трикотажных машин
применением металлоплакирующего смазочного материала // Долговечность
трущихся деталей машин. Вып.4, 1990. С. 186-189.
12. Чигаренко Г.Г., Пономаренко А.Г., Бурлов А.С. Участие
координационных соединений переходных металлов в формировании смазочного
слоя.// Доклады XI Всесоюзного симпозиума по механохимии и меха-
ноэмиссии твердых тел. АН СССР, Чернигов, 1990. С. 119.
13. Чигаренко Г.Г., Пономаренко А.Г., Бурлов А.С. и др. Исследование три-
бохимических реакций, приводящих к формированию смазочного слоя
при избирательном переносе // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1994, №3-4.С. 64-75.
14. Цыпцин В.И., Стрельцов В.В. Исследование свойств сверхтонких
порошков металлов, добавляемых в смазочные масла для реализации
эффекта избирательного переноса при трении // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1994, № 3-4. С. 39-47.
IV. Финишная антифрикционная безабразивная
обработка (ФАБО) поверхностей стальных
и чугунных деталей
1. Балабанов В.И. Финишная антифрикционная безабразивная отработка
деталей дизелей // Тракторы и сельхозмашины. 1996, № 12. С. 23-25
2. Балабанов В.И., Мамыкин СМ. Специальная антифрикционная
механическая обработка поверхностей катания колесной пары // Железные
дороги. 1997, №6. С. 3-5.
3. Быстрое В.Н., Прокопенко А.К. Финишная антифрикционная
безабразивная обработка в металлоплакирующих средах // Трение, износ и
смазочные материалы. Труды Всесоюзной конференции. Ташкент, 1985. Т.5.
С. 8-9.

296
ЛИТЕРАТУРА
4. Виниченко И.В., Гриденок С.С., Ляшенко А.В. Исследование влияния
фрикционного латунирования на приработку цилиндропоршневой
группы судовых дизелей // Тезисы докладов на научно-техническом
семинаре. М.,1976. Госстандарт СССР. Т.1. С.116-122.
5. Гаркунов Д.Н..Лозовский В.Н. Влияние фрикционного бронзирования и
латунирования на качество поверхности // Труды семинара по качеству
поверхности.1961,№5. С. 386-391.
6. Греков Г.М., Гриденок С.С., Евдокимов В.Д. Уменьшение заедания в
резьбовых соединениях путем нанесения латуни фрикционным методом //
Вопросы судостроения. Вып. 13, 1981. С. 59-62.
7. Гриденок С.С., Снитковский М.М., Гаркунов Д.П. Применение
фрикционного латунирования для повышения сопротивления фреттинг-уста-
лости прессовых соединений // Избирательный перенос при трении и
его экономическая эффективность. МДНТП, 1972. С. 91-93.
8. Гриденок С.С., Снитковский М.М. Фрикционное латунирование
теплостойких и нержавеющих сталей // Избирательный перенос в узлах
трения. М., 1971. С.33-35.
9. Куксенова Л.И., Назаров Ю.А., Рыбакова Л.М. Оценка трибологичес-
кой эффективности покрытий после финишной антифрикционной
безабразивной обработки // Тезисы докладов на международном
конгрессе "Защита - 95". Академия нефти и газа им. Губкина, 1995. С. 158.
10. Намагонов В.В., Кисель В.В., Лялякин В.П. Повышение долговечности
гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания способом ФАБО //
Долговечность трущихся деталей машин. Вып. 4, 1990. С. 139-144.
11. Польцер Г., Мюллер, Ланге И. и др. Использование трения для
нанесения покрытий на рабочие поверхности цилиндров двигателей
//Долговечность трущихся деталей машин. Вып.1, 1996. С. 88-96.
12. Польцер Г., Фирковский А., Ланге И. Финишная антифрикционная
безабразивная обработка (ФАБО) и избирательный перенос //
Долговечность трущихся деталей машин. Вып. 5, 1990. С. 86-122.
13. Прокопенко А.К. Технологические методы повышения срока службы
узлов трения машин на основе эффекта безызносности // Тезисы
доклада на Международном конгрессе "Защита - 95". Академия нефти и газа
им. И.М. Губкина, 1995. С. 172.
14. Потапов Г.К., Балабанов В.И. Финишная антифрикционная
безабразивная обработка (ФАБО) гильз цилиндров и шеек коленчатых валов
двигателей // Эффект безызносности и триботехнологии. 1994, № 3-4.
С. 48-53.
15. Румянцев Г.И. Фрикционное латунирование деталей топливной
аппаратуры // Повышение износостойкости на основе избирательного
переноса. М.: Машиностроение, 1977. С. 155-159.
16. Рыбакова Л.М. Реализация избирательного переноса в парах трения
обработанных способом ФАБО // Тезисы доклада на Международном
конгрессе "Защита - 95". Академия нефти и газа им. И.М. Губкина, 1995.
С.177.
17. Руководство по применению ФАБО деталей и технологического
состава металлоплакирующей присадки "Велап" при капитальном ремонте,
обкатке и эксплуатации ДВС. РТМ. Россия 01.0018-92. Министерство
сельского хозяйства РФ.

Список литературы
297
18. Терешкин С.А., Чекулаев В.И. Фрикционное латунирование деталей
двигателей // Повышение износостойкости на основе избирательного
переноса. М., Машиностроение, 1977. С. 152-155.
19. Турчков Е.В. Финишная антифрикционная безабразивная обработка
поверхностей трения // Фрикционное взаимодействие твердых тел с
учетом среды. Иваново: Ивановский политехнический институт, 1982.
С. 135-138.
V. Применение избирательного переноса
в узлах трения машин
1. Асташкевич Б.М., Булюк А. Исследование изнашивания цилиндровых
втулок из чугунов, легированных медью //Эффект безызносности и три-
ботехнологии. 1997, № 1. С. 27-32.
2. Асташкевич Б.М. Повышение сопротивления задиру и изнашиванию
деталей цилиндропоршневой группы тепловозных дизелей методами
избирательного переноса // Долговечность трущихся деталей машин.
Вып. 1,1996. С. 40-53.
3. Бурумкулов Ф.Х., Андреева А.Г., Кулаков А.Т. Сравнительная оценка
износостойкости двигателя КАМАЗ-740 //Эффект безызносности и три-
ботехнологии. 1993, № 1. С. 51-56.
4. Быстров В.Н. Избирательный перенос при трении - новые перспективы в
изготовлении и эксплуатации машин // Эффект безызносности и трибо-
технологии. 1992, №2. С. 15-20.
5. Гаркунов Д.Н., Бондюгин В., Быченков В. Вопросы и ответы по
триботехнике // Эффект безызносности и триботехнологии. 1992, № 1.
С. 55-69.
6. Гаркунов Д.Н., Снитковский М.М., Соломко В.А. О применении
избирательного переноса в узлах трения судовых механизмов и устройств //
ЦБНТИ Минморфлота СССР. 1975. 31 с.
7. Голуб М.В. Опыт конструирования, производства и эксплуатации
износостойких уплотнений валов насосов магистральных нефтепроводов //
Эффект безызносности и триботехнологии. 1992, № 3-4. С. 54-63.
8. Козлов Л.К. Опыт применения избирательного переноса в узлах трения
судовых машин и механизмов // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1992, № 3-4. С. 22-27.
9. Кремешный В.М., Беляков А. Технологическое обеспечение
эксплуатационной надежности и ресурса узлов трения авиационной техники
//Эффект безызносности и триботехнологии. 1994, № 3-4. С. 10-18.
10. Кремешный В.М. Новые способы повышения износостойкости тяжело-
нагруженных узлов трения машин. Обзорная информация. Рига:
Госплан Латвийской ССР. 1987. 48с.
11. Кремешный В.М., Тепляшин А. Повышение износостойкости стальных
сферических шарниров // Эффект безызносности и триботехнологии.
1992, №1. С. 18-37.
12. Машков Ю., Баранов Г., Иссерт И. Исследование и перспективы
применения избирательного переноса при трении в изделиях
микрокриогенной техники // Эффект безызносности и триботехнологии. 1997, № 2.
С. 60-65.

298
ЛИТЕРАТУРА
13. Мелкумян С.А. Повышение долговечности плунжерных пар насосов на
основе эффекта безызносности // Эффект безызносности и триботехно-
логии. 1992, № 3-4. С.47-51.
14. Суранов Г. Повышение долговечности деталей цилиндропоршневой
группы двигателей применением избирательного переноса при трении
// Эффект безызносности и триботехнологии. 1997, № 1. С. 20-26.
VI. Отдельные издания по избирательному переносу
при трении
1. Безызносность. Межвузовский сборник. Ростов-на Дону. Ростовский
институт с.-х. машиностроения / Под ред. д.т.н. проф. А.С. Кужарова.
Вып.1, 1990. 175 с; Вып. 2, 1992. 197 с.
2. Гаркунов Д.Н., Дякин СИ., Курлов О.Н. и др. Избирательный перенос в
тяжелонагруженных узлах трения. М.: Машиностроение, 1982. 204 с.
3. Избирательный перенос в узлах трения. Материалы семинара. МДНТП.
М., 1971.99 с.
4. Избирательный перенос при трении. Сб. статей под ред. д.т.н. проф. Д.Н.
Гаркунова и д.х.н. Ю.К Симакова. Наука, 1975. 87 с.
5. Избирательный перенос при трении. Водородное изнашивание /
Библиографический указатель опубликованной литературы за 1956-1985 гг. Изд.
3-е дополненное. Библиотека по естественным наукам. Отдел БЕН
Института Машиноведения им. Благонравова АН СССР. 1986. 293 с.
6. Избирательный перенос при трении и его экономическая эффективность.
Труды семинара. МДНТП. М., 1972. 249 с.
7. Новые пластичные смазочные материалы для тяжелонагруженных узлов.
Рига, Госплан Латвийской ССР. 1986. 57 с.
8. Надежность и контроль качества. № 4. Приложение к журналу
"Стандарты и качество", 1988. 63 с.
9. Повышение срока службы машин и оборудования бытового
обслуживания на основе триботехники. Сборник научных трудов. Московский
технологический институт Минбыта РСФСР / Под ред. к.т.н.
Прокопенко А. К. М., 1989. 115 с.
10. Применение избирательного переноса в узлах трения машин. Тезисы
докладов на научно-техническом семинаре. Москва, 1976. Гостандарт
СССР. Т.1, 183 с; ТII, 137 с.
11. Прокопенко А.К. Избирательный перенос в узлах трения машин
бытового назначения. М., Л егпромбытиздат. 1987. 101 с.
12. Электрохимические процессы при трении и использование их в борьбе с
износом. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической
конференции. Одесса. ВСНТО. Раздел "Избирательный перенос в трущихся
деталях. 1973. С. 129-189.
13. МеШодеп ипё УегГоЬгеп гиг Уег5сЫе1Рттс1егип§. 8е1ек11Уе 1Лэег1ха§ип§.
(Уог1га§е ёез 1п1егпа(юпс1еп РгоЫет - зеттагз, 1989 ш 2мскаи). ТеИ I,
100з;ТеП11,200з.
14. РЯОВЬЕМУ "ВЕ22и2УС10\УЕ ОО ТАКС1А" \У МА52УЫАСН
МАТЕКУАЬУ КОКРЕКЕЫСУ) ЫЕ, КАООМ 12-13 та;|, 1993
\УУБА\УМСТ\УО \У51 КАВОМ, 204з.

Список литературы
299
15. ЕгЬбЬш1§ ёег Уег5сЫе1р1ез1:1§кеН аиГ с!ег Огипё1а§е дег зе1ек1луеп
ЦЪег1га§ип§. ЕгагЪеке! уоп етет Аи1:огепко1екиу УЕВ УЕКЬАОТЕСН1К
ВЕКХШ, 1981, 191з.
16. РоЬег С, Ри-коттек! А., Ьап§е «I. Кеф-ВезсЫсЬ^еп ипд 8е1ек11уе ЦЬеПга§ип§.
Вепгкз-Ыеиегег ~2еп1гит Оега. 1992.
17. Литвинов В.Н., Михин Н.М., Мышкин Н.К. Физико-химическая
механика избирательного переноса. М.: Наука, 1979. 187 с.
18. Поляков А.А., Рузанов Ф.И. Трение на основе самоорганизации. М.:
Наука, 1992. 135 с.
19. Гаркунов Д.Н., Крагельский И.В., Поляков А.А. Избирательный
перенос в узлах трения. М.: Транспорт. 1969. 104 с.
УЦ. Названия докторских и кандидатских диссертаций,
в которых проводились исследования
по избирательному переносу
Докторские диссертации
1. Балабанов В.И. Повышение долговечности двигателей внутреннего
сгорания сельскохозяйственной техники реализацией избирательного
переноса при трении. М.: Московский агроинженерный университет им.
В.П. Горячкина, 1999. 35 с.
2. Голуб М.В. Основы комплексного решения проблемы повышения
износостойкости, надежности и долговечности уплотнений насосов
магистральных нефтепроводов. Гомель: Институт металлополимерных систем
БАН, 1992.53 с.
3. Ерохин М.Н. Процессы повышения надежности и эффективности
эксплуатации сельскохозяйственной техники, М.: Московский гос.
агроинженерный университет им. В.П. Горячкина, 1994. 75 с.
4. Стрельцов В.В. Ускорение приработки деталей во время стендовой
обкатки отремонтированных двигателей внутреннего сгорания (на
примере ЗМЗ-53 и ЗИЛ-130). М.: Московский гос. агроинженерный
университет им. В.П. Горячкина, 1993. 41 с.
5. Шпеньков Г.П. Электрофизические явления и процессы переноса при
контактном взаимодействии твердых тел. Томск: Институт физики
прочности и материаловедения Сибирского отделения АН СССР, 1990. 39 с.
Кандидатские диссертации
1. Авагян Ю.Г. Повышение износостойкости пары трения резина-металл в
высокоминерализованных буровых растворах. М.: Московский
институт нефти и газа им. И.М. Губкина, 1982. 23 с.
2. Антонов В.Н. Повышение надежности транспортных средств
обслуживания на базе автомобиля "Москвич"-2140 введением металлорганичес-
ких соединений в смазочное масло. М.: Московский гос.
агроинженерный университет им. В.П. Горячкина, 1994. 15 с.
3. Балабанов В. И. Повышение ресурса дизелей фрикционным
латунированием шеек коленчатых валов в ремонтном производстве. М.:
Московский гос. агроинженерный университет им. В.П. Горячкина, 1992. 17 с.

300
ЛИТЕРАТУРА
4. Бортник Г.И. Исследование и разработка технологических методов
повышения износостойкости деталей на основе эффекта избирательного
переноса. Минск: Физико-технический институт АН БССР, 1980. 23 с.
5. Грибайло А.П. Исследование трения и износа в передаче ходовой винт-
гайка скольжения в условиях избирательного переноса. Брянск:
Брянский институт транспортного машиностроения, 1978. 20 с.
6. Дубняков В.Н. Исследование начальной стадии избирательного
переноса. М.: Московский институт нефти и газа им. В.П. Губкина. 1978. 20 с.
7. Елисеев Н.Ю. Исследование трения и изнашивания стальных пар в ме-
таллосодержащих смазочных средах. М.: Академия нефти и газа им.
В.П.Губкина, 1997.23 с.
8. Красиков С.Г. Исследование износостойкости узлов трения бытовых
машин и повышение их долговечности с использованием эффекта
избирательного переноса. М.: Московский технологический институт Минбыта
РСФСР, 1972. 25 с.
9. Кривашин А.Ю. Восстановление работоспособности плунжерных пар
топливных насосов дизельных двигателей триботехническим
нанесением покрытий. Челябинск, Челябинский гос. агроинженерный
университет, 1992. 15 с.
10. Курганский П.М. Исследование, разработка и стандартизация
конструкционных и технологических методов повышения износостойкости
металлообрабатывающего оборудования с автоматизированными
смазочными системами на основе избирательного переноса. М.:
Всесоюзный НИИ по нормализации в машиностроении, 1981. 26 с.
11. Лозовский В.Н. Фрикционное латунирование как метод повышения
антифрикционных свойств стальных деталей авиационной техники. Киев:
Киевский институт гражданской авиации, 1961. 19 с.
12. Макаров Ю.Ф. Исследование процессов трения и изнашивания серых
чугунов. Калинин: Калининский политехнический институт, 1980. 16 с.
13. Макаров СЮ. Повышение работоспособности направляющих валич-
ных тканепечатных машин с использованием эффекта безызносности.
Кострома: Костромской технологический институт, 1989. 17 с.
14. Мельниченко И.М. Исследование некоторых физико-химических
закономерностей избирательного переноса. Томск: Томский гос.
университет, 1989. 17 с.
15. Погонышев В.А. Повышение износостойкости восстановленных узлов
трения сельскохозяйственных машин фрикционным нанесением
пластичных металлов. Калинин: Калининский политехнический институт,
1990. 16 с.
16. Скуратовский В. И. Исследование повышения надежности и
долговечности деталей ступицы колеса автомобиля путем применения металло-
плакирующих смазок. Киев: Киевский автомобильно-дорожный
институт, 1975.23 с.
17. Соинова М. Н. Повышение долговечности деталей машин при
получении избирательного переноса с помощью поверхностно-активных
веществ. М.: Московский технологический институт Минбыта РСФСР,
1971. 17 с.
18. Турчков Е.В. Исследование эксплуатационной надежности ткацких
станков АТ-1005М и разработка некоторых методов ее повышения.
Иваново: Ивановский текстильный институт. 1974. 22 с.

Список литературы
301
19. Романов В.И. Исследование с целью реализации избирательного
переноса в тяжелонагруженных опорах скольжения. Брянск: Брянский
институт транспортного машиностроения, 1981. 20 с.
20. Хохлов В.М. Технологическое обеспечение шероховатости и
износостойкости поверхностей трения в условиях избирательного переноса.
Брянск: Брянский институт транспортного машиностроения, 1976.23 с.
21. Францев В.Н. Повышение срока службы трикотажных машин
реализацией избирательного переноса в узлах трения. М.: Московский
технологический институт Минбыта РСФСР, 1987. 24 с.
22. Задошенко Е.Г. Трибологические и физико-химические особенности
самоорганизации при трении в режиме безызносности. Радом: Донской
технический университет и Институт эксплуатации транспортных
средств и машин (Высшая инженерная школа г. Радома), 1996. С. 26.

ЧАСТЫ1
ТРИБОТЕХНИКА
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
МАШИН

ОБЩИЕ АСПЕКТЫ
В задачи технологии входит получение материалов и заготовок
с заданными свойствами, изготовление деталей требуемой формы и
надлежащей точности, упрочнение рабочих поверхностей деталей, их
сборка в агрегаты и испытание узлов и машин.
Для изготовления деталей машин и оборудования могут
использоваться уже известные материалы, удовлетворяющие техническим
условиям, получаемые с наименьшими затратами, и вновь
создаваемые, удовлетворяющие тем или иным специфическим условиям
службы.
Изыскание новых материалов протекает непрерывно, как в силу
повышения к ним требований в связи с разработкой новых
конструкций машин и модернизацией старых, так и ввиду необходимости
замены дефицитных материалов и удешевления процессов
переработки сырья в изделие. Это подтверждается значительным расширением
в последние годы номенклатуры антифрикционных сплавов и
пластмасс и появлением новых износостойких и фрикционных
материалов.
Создание материала с малым рассеиванием показателей его
свойств должно начинаться с соблюдения стабильного состава
исходных материалов определенного качества, например шихты.
Нарушение этого положения зачастую не может быть в дальнейшем
скомпенсировано. Известно, что чугуны обладают наследственными
свойствами: в то время как из одних доменных чугунов в составе шихты
при плавке в вагранках или печах можно получать отливки желаемой
структуры, из других чугунов того же химического состава это
делать затруднительно или невозможно. В
алюминий-железо-никелевой бронзе с содержанием 4 % железа и 4 % никеля увеличение
содержания алюминия с 10... 11 % резко снижает сопротивление
изнашиванию пары бронза-сталь.
При выборе состава сплава для узлов трения необходимо
учитывать условия работы пары трения и, в особенности, коррозионные
свойства среды. Так, для реализации режима избирательного
переноса (эффекта безызносности) в паре трения сталь-бронза
решающее значение имеет состав медного сплава и смазочного материала.
При этом режиме на поверхности бронзы наблюдается эффективный
диффузионный поток атомов, сопровождающийся обеднением
поверхностного слоя сплава легирующими элементами и образованием
пластифицированой тонкой пленки меди толщиной от долей
микрометра до нескольких микрометров. Сплав Си + 5 % Зп +
+ 25 % РЬ при трении в водно-глицериновой гидравлической
жидкости (ПВГ) и с комплексом присадок изменяет свой состав в сторону
уменьшения содержания олова и свинца в приповерхностном слое, и
90 — 9.030

306
ОБЩИЕ АСПЕКТЫ
на поверхности формируется пленка меди. Изменение коррозионных
свойств смазочной среды вследствие добавления в нее присадок
приводит к подавлению избирательного растворения анодных
компонентов сплава, что увеличивает интенсивность изнашивания сплава
на порядок [2].
Технологический процесс получения материала в виде сырья или
заготовок, будь то металлургический или любой иной процесс,
должен быть тщательно продуман и изучен с тем, чтобы можно было
придерживаться оптимальных параметров. Например, подогрев
чугуна для получения отливок определенной структуры должен быть
различным для малых и для крупных отливок. Получение прочно
сцепляющегося с металлом покрытия из поликапролактама на
стали 30 достигается фосфатированием стальной поверхности и
нагревом детали до температуры 280...300 °С ко времени напыления
пластмассы частицами размером 140...260 мкм.
Для иллюстрации чувствительности свойств материала к
технологическому процессу его получения приведем следующий пример.
Цилиндровые втулки судового двигателя отливали в сухие земляные
формы буртом вниз, причем центровой литьевой стержень
облицовывали литыми чугунными холодильниками толщиной 30 мм.
Отливку охлаждали в форме в течение 8 ч. На другом заводе втулки того же
двигателя отливали в такие же формы, но буртом вверх, а центровой
стержень выполнялся без холодильников. Отливка находилась в
форме не более 4 ч. Ни на одной из 60 втулок в последующем не
наблюдалось задиров, как это было на втулках, отлитых по первой
технологии.
Структура пластмасс зависит от величины и содержания в них
кристаллитов. Существенное влияние на структуру оказывают
скорость процесса охлаждения расплавленной массы полиамида и вид
термообработки. Чем больше в пластике кристаллической
структуры, тем он более износостоек. Опыт показал, что шестерня из
заготовки, отлитой в форму с температурой 20 °С, имела уже через
несколько тысяч оборотов значительный износ зубьев, а шестерня, при
изготовлении которой литейная форма была нагрета до 60 °С,
проработала несколько миллионов оборотов без заметных следов износа.
Замедленное охлаждение способствует увеличению содержания
кристаллической составляющей.
Литье под давлением, обработка отлитой детали в водяной
ванне при температуре +80 °С и последующая закалка при -40 °С дает
мелкозернистую структуру полимеров с незначительным количеством
аморфного вещества. Спеченный полимер имеет почти однородную
кристаллическую структуру. Отлитые детали могут оказаться
покрытыми оболочкой чисто аморфного вещества меньшей твердости, чем
твердость сердцевины. Эта оболочка быстро изнашивается, обычно
во время приработки детали. Износ в процессе приработки можно
снизить, если деталь изготовить из медленно охлажденной заготовки
путем механической обработки при минимальных усилиях резания.

Общие аспекты
307
Способ получения заготовки оказывает прямое влияние на
износостойкость и контактную усталость детали, не говоря об общей
прочности ее.
Ориентация волокон металла влияет на прочность. Характерны
в этом отношении опыты А.С. Шейна над прямоугольными
образцами из стали ШХ15 (рисунок, а). Режим термообработки: закалка при
температуре 850 °С, отпуск при 150 °С. Волокнистость структуры
обусловлена заметной карбидной структурной полосчатостью.
Соотношение величин предела прочности при изгибе образцов в
порядке их изображения на рисунке, а — 1,0 : 0,72 : 0,56. Значительно
меньшая прочность при торцевой ориентировке волокон
объясняется, по-видимому, увеличением глубины и количества дефектов,
выходящих на поверхность.
а)
Рис. Различная ориентация волокон в образцах (а) и кольцах (б) подшипника
Внутренние кольца подшипников качения можно изготовить из
горячекатаной штанги на горизонтально-ковочных машинах.
Волокна в этом случае (рисунок, б) выходят под разными углами к дорожке
качения, имея местами ориентацию, близкую к торцевой. Если
заготовку кольца выполнить из короткой трубы с выкаткой желоба в
горячем состоянии, то волокна расположатся под небольшим углом к
рабочей поверхности. Испытания подтвердили большую
долговечность подшипников с внутренними кольцами, изготовленными
последним способом. Эти результаты логичны, если учесть, что
внутреннее кольцо по контактной прочности является наиболее слабым
элементом шарикоподшипника.
Влияние текстуры при формообразовании рабочей поверхности,
даже в том случае, когда термообработка детали полностью снимает
наклеп, можно показать на примере правок к нитенамоточным
автоматам. Правки работают при трении без смазки и высокой скорости
перемещения нити по направляющей канавке. Предложенное

308
ОБЩИЕ АСПЕКТЫ
Ю.Г. Шнейдером выдавливание канавок роликом вхолодную
повысило износостойкость правок в несколько раз по сравнению с
правками, имеющими нарезные канавки.
Заготовками ходовых колес мостовых кранов могут быть
чугунные либо стальные отливки, поковки, штамповки без реборд и
штамповки с прокатанной беговой дорожкой. Если исключить чугунные
колеса, не применяющиеся в силу ряда причин, то наиболее выгодно
в условиях массового производства колес использовать штамповки с
прокаткой не только из-за минимальных потерь металла в окалину и
отходов в стружку и наименьшей трудоемкости изготовления колес,
но и потому, что на их беговой дорожке и ребордах образуется при
этом весьма благоприятное в отношении износостойкости круговое
направление волокон.
В ремонтной практике встречается наплавка баббитов с
помощью ацетиленокислородного или водородно-кислородного пламени
для восстановления частично поврежденного антифрикционного
слоя. Были также попытки наплавлять бронзу на поверхность
трения. Неоднородность структуры с преобладанием крупнозернистос-
ти и загрязненность металла окислами отрицательно отражаются на
долговечности наплавленных баббитом и бронзой поверхностей
вкладышей, втулок и букс.
Даже хорошо известный технологический процесс необходимо
варьировать применительно к конкретному изделию. Это можно
проиллюстрировать на примере искусственного старения серого чугуна.
Низкотемпературный отжиг чугуна применяют для снятия
внутренних напряжений. Отливку для отжига загружают в холодную или
нагретую не свыше 200 °С печь. Отжигать рекомендуется при
температуре 550...600 °С с выдержкой 2 ч при скорости нагрева 100 °С в час.
Имеется рекомендация проводить выдержку от 1 до 8 ч в
зависимости от размеров и конфигурации изделия. Ряд заводов отжигает мас-
лоты поршневых колец при температуре 600 °С независимо от
химического состава чугуна. Наряду с этим некоторые технологические
разработки предписывают отжигать маслоты и индивидуальные
заготовки колец при температуре 200 °С в течение 6 ч. Естественно,
возникает вопрос — какой режим предпочтительней?
При длительном воздействии на чугун высокой температуры
происходит частичная коагуляция цементита в перлите, возможна его
миграция к границам зерен, намечается переход от пластинчатого
перлита к зернистому. В особенности это явление характерно для
тонкостенных отливок. Перечисленные дефекты снижают
износостойкость чугуна. Положение может ухудшаться при изготовлении
поршневых колец, заготовки которых подвергают вторичному нагреву
при термофиксации. На кольцах были обнаружены пересекающиеся
трещины, расчленяющие местами металлическую основу на
отдельные микрообъемы.

Общие аспекты
309
Вероятно, что шестичасовая выдержка отливок серого чугуна при
температуре 200 °С или двухчасовая при 450 °С в ряде случаев
достаточна для снятия внутренних напряжений. В первую очередь это
относится к поршневым кольцам, которые изготовляют методом
термофиксации и подвергают последующему нагреву при температуре
600...620 °С.
Технологическое обеспечение заданной формы, точности,
размеров и качества обработанных поверхностей деталей заключается в
выборе способов и режима обработки, а также геометрии режущего
инструмента. Эти факторы при резании металлов стабильных
структур влияют на долговечность в связи с глубиной и степенью наклепа
материала и геометрией обработанной поверхности. На
определенных режимах резания металлов нестабильных структур возможны в
поверхностном слое структурные изменения и фазовые превращения,
в результате которых в металле возникает одна из разновидностей
технологических концентраторов напряжений. Возможно
образование шлифовочных трещин. Особенно опасны, вследствие трудности
обнаружения, трещины, образующиеся под слоем хрома.
Последовательность операций и режимы обработки деталей
непосредственно влияют на их износостойкость. Так, валки холодной
прокатки могут обрабатываться по двум вариантам технологической
последовательности:
1) обтачивание, закалка бочки с индукционным нагревом,
грубое шлифование, чистовое шлифование, доводка поверхности до
шероховатости не ниже Ка= 0,16 мкм;
2) то же плюс дополнительная операция предварительного
шлифования перед закалкой. Как показали А.С. Венжега и М.Я. Белкин,
по второму варианту поверхность бочки валка имеет более
однородную структуру, что повышает усталостную контактную прочность.
Одну и ту же поверхность можно обрабатывать различными
методами. Так, методами чистовой обработки прямолинейных
направляющих могут быть шабрение, тонкое строгание, тонкое
фрезерование, шлифование чашечным кругом, шлифование периферией
круга; направляющие можно наклепать шариками. Опыты
показывают, что скорость изнашивания направляющих зависит от
сочетания методов обработки сопрягаемых поверхностей. М.О. Якобсоном
было установлено, что более износостойкими являются пары
скольжения, у которых нижние образцы, имитирующие станину,
обработаны наклепом шариками, а верхние — шабрением, тонким
фрезерованием и шлифованием торцом круга.
Опытных данных пока еще не достаточно для назначения
режимов резания при выборе оптимального способа обработки,
обеспечивающих одновременно наиболее высокую производительность и
(с точки зрения долговечности) качество поверхности.
К уменьшению надежности работы деталей в эксплуатации
может привести нестабильность формы и размеров изделий, не связан-

310
ОБЩИЕ АСПЕКТЫ
ная с размером поверхностей. Остаточное изменение формы и
размера детали в эксплуатации в условиях нормальной температуры
среды, при обкатке или даже при хранении бывает обусловлено
распадом структурных составляющих, переходом одной модификации
составляющей материала в другую, релаксацией остаточных
напряжений и взаимодействием материала со средой. В закаленных стальных
изделиях сохраняется после закалки некоторое количество аустени-
та, который превращается затем при отпуске, обработке холодом или
при холодной деформации в мартенсит либо в троостит. Однако
после этих операций может сохраниться остаточный аустенит, который
со временем распадается. В плунжерных парах, подшипниках
качения и других деталях увеличение объема в местах распада
остаточного аустенита может уменьшить зазоры, повысить нагрузку на тела
качения и привести к временному или полному зависанию
плунжеров. Коробление станин, цилиндров, правленных валов — результат
релаксации остаточных напряжений.
Влагопоглощение и разбухание при контакте с жидкостями
большинства антифрикционных пластмасс вызывает изменение
геометрических размеров изделий. Стабилизация размеров полиамидных
подшипников может быть достигнута термообработкой их в масле.
В соответствии с принципом взаимного дополнения качества
материалов применяют следующие технологические способы
повышения долговечности и надежности работы трущихся деталей:
пластическое деформирование; термическую, химико-термическую и
химическую обработку рабочих поверхностей деталей; гальванические
покрытия; металлизацию напылением и наплавку поверхностей;
электроискровое упрочнение и др. Независимо от способа обработки или
наращивания поверхностного слоя, задача процесса заключается в
придании высокой износостойкости или хорошей прирабатываемос-
ти рабочей поверхности детали при тех или иных условиях внешней
среды. Эта задача наиболее четко выражена в классификации
покрытий, которые разделяются на износостойкие и приработочные.
Один и тот же технологический процесс может образовывать
поверхности с полярными свойствами. Так, при гальваническом
осаждении металлов можно получить износостойкое либо приработочное
покрытие. Первое дает, например, электролитическое хромирование,
а второе — индирование (нанесение слоя индия). Аналогично этому,
химическое никелирование и оксидирование могут выполнять
разные функции — обеспечивать износостойкие покрытия или
приработочные.
Выбор способа обработки поверхности должен решаться
конструктором совместно с технологом после всестороннего обсуждения
и, возможно, после выполнения технико-экономических расчетов, в
особенности для изделий массового производства. Так,
поверхностная закалка или азотирование могут оказаться нецелесообразными,
если поверхностный слой детали быстро срабатывается, а деталь,

Общие аспекты
311
пригодная по остальным показателям, в дальнейшем подлежит
восстановительному ремонту. Так же обстоит дело, когда при
форсированных режимах работы трактора тонкий рабочий слой закаленной с
нагревом ТВЧ поверхности цилиндра двигателя изнашивается и
вступает в работу более мягкий слой с пониженной износостойкостью. В
данном случае целесообразнее добиться требуемой твердости и
структуры поверхности цилиндра в состоянии отливки, хотя это
усложняет механическую обработку. Вопрос должен решаться с учетом
себестоимости продукции в основном производстве, стоимости ремонта
и потерь в связи с простоями оборудования.
Хромирование направляющих металлорежущих станков,
безусловно, повысило бы их срок службы. Для нанесения на них слоя
хрома требуются гальванические ванны и генераторы большой
мощности, что может быть рентабельным только при определенных
масштабах производства.
Поверхностная закалка, более простая по выполнению и более
производительная, затрудняет последующую механическую
обработку, в которой нет необходимости при размерном хромировании.
В производстве крупных машин и ремонтном деле большой объем
имеют пригоночные работы. Тщательность пригонки подвижных
соединений определяет не только величину начального износа и
необходимую длительность обкатки, но и надежность работы в
начальный период. Хотя опыт слесарной пригонки весьма значителен, все
же не исключены крупные изъяны в планируемой технологии
пригонки, как это видно из следующего примера. Цапфы валов и пальцы
поршней пригоняются к вкладышам подшипника "на краску". При
сборке в результате затяжки соединительных болтов корпусов
подшипников возможно искажение формы рабочей поверхности
пригнанного вкладыша, что может привести к преждевременному
износу пары трения. Шабрение вкладышей с контролем "на краску" при
фиксированной затяжке болтов и соответствующей затяжке при
сборке ускоряет доведение узла до работоспособного состояния.
Специализация производства позволяет разработать и
реализовать наиболее рациональные технологические процессы, начиная с
получения материалов и заготовок и заканчивая обкаткой или
испытанием узлов машин. Там, где полная специализация невозможна,
технологическая культура повышается созданием
специализированных участков.
В практике изготовления машин и оборудования накоплено
много технологических способов повышения износостойкости
деталей. Поскольку каждый метод состоит из отдельных
технологических операций с большим разнообразием режимов, то конструктору и
даже технологу трудно определить для данного изделия метод
упрочнения поверхности и, особенно, режим технологического процесса.
Преодоление этих трудностей возможно путем стандартизации
способов повышения износостойкости деталей машин; стандартизация

312
ОБЩИЕ АСПЕКТЫ
должна быть комплексной, учитывать особенности технического
обслуживания, ремонта и т.п., а также новейшие научно-технические
достижения в данной области, т.е. ориентироваться на так
называемые опережающие стандарты.
Технологические способы повышения износостойкости деталей
являются составной частью триботехники — науки о трении, износе
и смазке машин [1, 3-8].

Глава 1 . О КАЧЕСТВЕ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
И ТОЧНОСТИ ИХ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ
В СВЯЗИ С ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ ДЕТАЛЕЙ
1. Шероховатость поверхности
При трении скольжения, независимо от изменения в
относительно широких пределах исходной шероховатости рабочих
поверхностей тел, к концу приработки устанавливается для каждой из
поверхностей пары скольжения определенная, свойственная данному
сочетанию материалов и условиям трения шероховатость, сохраняющая
стабильность при дальнейшем постоянном режиме трения
("оптимальная шероховатость" [3] или "равновесная шероховатость" [4]).
На рис. 1.1 приведена
принципиальная схема определения
шероховатости поверхности
при изнашивании металлов,
разработанная П.Е. Дьяченко.
По вертикальной оси от 0 до B
откладывается величина
износа металла, а от 0 до Т — время
испытания. По горизонтальной
оси откладывается величина
неровностей Нск. Верхняя кривая
1-1 показывает, как
изнашивается металл при больших
давлениях и недостаточной смазке
(тяжелые условия трения).
Минимальный износ получается
при определенной
шероховатости поверхности в точке 3. При
более легких условиях работы
(кривая 2-2) минимум износа
сдвигается в область менее
шероховатых поверхностей. В
нижней части схемы показано
изменение шероховатости
трущихся поверхностей в
зависимости от времени
изнашивания Т.
Из диаграммы следует, что при минимальном износе (верхняя
половина диаграммы) устанавливается оптимальная шероховатость
(т. 6), к которой стремится исходная шероховатость (т. 4 или 5)
поверхностей трения после их обработки.
Рис. 1.1. Связь между количеством
изношенного металла (?, временем
изнашивания и шероховатостью поверхности Н

314
О КАЧЕСТВЕ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Таким образом, независимо от вида трения, в процессе
приработки исходная шероховатость поверхностей переходит в
эксплуатационную, т.е. ту, при которой длительно работают эти
поверхности.
Если бы удалось механически обработать контактирующие
поверхности так, чтобы по микрогеометрии и другим показателям они
совпали с приработанными поверхностями при некоторой
характерной кинематике относительного движения и заданном режиме
трения, то не было бы необходимости в приработке пары трения для
перехода в установившуюся стадию изнашивания. Опыт показывает,
что продолжительность приработки тем короче и объем
изношенного металла тем меньше, чем ближе исходная шероховатость
трущихся поверхностей к шероховатости их после приработки.
Поскольку к установившейся стадии изнашивания одинаковые
пары трения приходят с соответственно одинаковыми
шероховатостями поверхностей, то при прочих равных условиях скорость
установившегося изнашивания должна быть одной и той же. Влияние
исходной шероховатости поверхности на интенсивность изнашивания
ограничивается стадией приработки.
На рис. 1.2, где представлены
кривые износа одной и той же пары
трения, кривая 1 относится к
исходной шероховатости поверхности,
требующей приработки меньшей
длительности гг Начиная с момента /„
течение кривых параллельное:
скорости изнашивания равны, но
сохраняется постоянная разность износов Л1/,
обусловленная большей скоростью
изнашивания на приработке по
кривой 2. Влияние этой разницы
заметнее при меньшей установившейся
скорости или интенсивности
изнашивания. Исходная шероховатость
поверхностей влияет на величину износа
только во время приработки.
Чрезмерно гладкие поверхности
или чрезмерно грубые по отношению
к их оптимальной шероховатости
отрицательно сказываются на
износостойкости детали. Грубые
поверхности контактируют на сравнительно
небольшом числе пятен с малой
общей площадью при высоких удельных нагрузках. В связи с
необходимостью удаления значительных неровностей поверхностей в
процессе приработки начальный износ возрастает и может потребоваться
Рис. 1.2. Влияние исходной
шероховатости поверхности на
интенсивность изнашивания

Шероховатость поверхности
315
больше времени на приработку; не исключается образование
крупных частиц износа, которые могут вызвать задиры. Слишком
гладкие поверхности в меньшей степени адсорбируют смазочные
материалы. Это, например, подтверждает нерастекаемость олеиновой
кислоты на полированной стальной поверхности и плохая смачиваемость
маслами полированной поверхности гладкого хрома. Более
обстоятельно это доказывается методом центрифугирования.
Худшая адсорбция смазочного материала повышает возможность
схватывания поверхностей. С другой стороны, из-за большей
фактической площади контакта гладких поверхностей скорость их
изнашивания невелика и может оказаться недостаточной для такого
срабатывания сопряженных поверхностей, которое необходимо для
предупреждения опасной концентрации напряжений. Последние
возникают в связи с изменениями во взаиморасположении поверхностей
вследствие всевозрастающих в процессе приработки температурных
деформаций и нагрузки. В результате может произойти заедание пары
трения даже после длительной работы.
Определение оптимальной шероховатости, свойственной
поверхностям трения деталей в условиях нормальной эксплуатации,
должно служить конструктору основой для назначения шероховатости
трущихся поверхностей.
При рассмотрении вопроса об оптимальной шероховатости
имелось в виду определенное соотношение шероховатостей двух
сопряженных поверхностей, которому соответствует наибольшая
надежность и наименьшая скорость изнашивания пары трения во время
приработки. Однако может быть и так, что оптимум шероховатости
одной из поверхностей будет располагаться в относительно широком
интервале. Опытами В.В. Пузанкова на Горьковском автозаводе по
приработке шеек вала из стали 45, закаленной с поверхности до
твердости НКС 55...60, и подшипниковыми вкладышами из
свинцовистого баббита обнаружено, что исходная шероховатость поверхности
вкладышей, полученной протягиванием, не влияет на
продолжительность и другие параметры процесса приработки.
Численных параметров шероховатости поверхности
недостаточно для оценки эксплуатационных качеств ее микрогеометрии;
немаловажным фактором является направление следов механической
обработки. Различные виды последней при одинаковой высоте
микронеровностей сообщают им не только различную конфигурацию по
высоте, но и различное расположение на поверхности. Волочение и
притягивание дают, например, штрихи по образующей цилиндра,
шлифование с продольной подачей и алмазное точение создают
спиральные штрихи на цилиндрической поверхности, а суперфиниш —
синусоидальные риски. Казалось бы, что с точки зрения прирабаты-
ваемости поверхностей наиболее рационально направление штрихов,
параллельное направлению скорости скольжения поверхностей. Од-

316
О КАЧЕСТВЕ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
нако это не может служить общим правилом. Наиболее выгодное
расположение обработочных рисок на сопрягающихся поверхностях
с учетом направления скорости зависит от удельной нагрузки,
режима смазки, трущихся материалов и величин шероховатостей.
По этому вопросу можно высказать лишь некоторые общие
соображения, основанные на наблюдениях и относительно
ограниченном числе опытных исследований. При трении без смазки и больших
удельных нагрузках обработочные штрихи на обеих поверхностях
способствуют заеданию. Известно, например, что если при
слесарной пригонке шпонки штрихи на ее поверхности оказываются
продольными, т.е. того же направления, что и обработочные риски
канавки, то шпонку невозможно потом выбить из канавки.
Предупредить заедание можно взаимно перпендикулярным расположением
штрихов на сопряженных поверхностях. Такое же расположение
рисок рекомендуется при трении поверхностей малой шероховатости с
граничной смазкой. При трении без смазки и небольших удельных
нагрузках или трении при граничной смазке и относительно
большой шероховатости поверхности (Ка= 2,5... 1,25 мкм) целесообразна
параллельность обработочных штрихов в направлении движения.
Опытными исследованиями О.М. Якобсона [8] установлено, что
в условиях смазки веретенным маслом наибольший износ имеют те
чугунные направляющие прямолинейного движения, сопрягаемые
поверхности которых обработаны одним и тем же способом, а следы
обработки имеют одинаковое направление.
В наличии оптимального способа отделки поверхностей для
достижения наилучшей прирабатываемое™ пары трения убеждают
исследования М.М. Хрущова, проведенные над цапфами вала из стали
40 нормальной твердости (НКС 21...40) и высокой поверхностной
твердости (НКС 55...57). При работе цапф высокой твердости с
баббитами Б83, БМН и БСТ1, а также цапф высокой твердости с
алюминиевым сплавом АЖ-6,5 наилучшей отделкой цапф является
суперфиниш; для цапф нормальной твердости при работе по свинцовистой
бронзе БрСЗО наилучшей отделкой служит полирование. Судя по
времени начала заедания, менее чувствительными к шероховатости
поверхности цапфы оказались баббиты, в особенности марки Б83.
На величину приработочного износа более существенное
влияние может оказать шероховатость поверхности со следами
обработки в направлении скольжения, а не в поперечном направлении. Во
многих случаях целесообразно регламентировать также
шероховатость поверхностей в направлении их относительной скорости
скольжения.
При рассмотрении вопросов приработки и несущей способности
поверхностей трения нельзя ограничиваться эффектами увеличения
площадей касания и лучшего удержания смазочного материала
поверхностями. Помимо площадей касания, необходимо учитывать
механизм изменения поверхностных слоев трущихся деталей, а также
изменение прочих физико-химических параметров.

Шероховатость поверхности
317
При абразивном изнашивании трущихся деталей их приработка
непродолжительна, и метод их окончательной обработки должен
выбираться исходя из технико-экономических соображений.
Сведения о шероховатости поверхностей в связи с классами точности
приведены в [5].
Эксплуатационная шероховатость поверхностей при трении
качения может зависеть от исходной.
Выполненные Н.Н. Герасимовой испытания
шарикоподшипников [2] с разной шероховатостью обработанных поверхностей
желобов колец показали, что при исходной шероховатости ниже /?а=0,08
мкм микрогеометрия работающей поверхности улучшается,
исходная шероховатость /^=0,08...0,04 мкм сохраняется в работе,
шероховатость поверхности^=0,04...0,02 мкм повышается. Относительная
средняя долговечность при исходной шероховатости поверхности
дорожек качения от Ла=0,63 до /?д=0,04 мкм включительно
составляет 1:4:9:12, причем средняя долговечность подшипников с желобами,
поверхность которых обработана до шероховатости Лй=0,63...
0,32 мкм, принята за единицу. Следы от шлифовочных рисок на
поверхности колец подшипников после финишной операции
значительно снижают долговечность подшипников. Большая высота выступов
микронеровностей на рабочих поверхностях подшипников качения
увеличивает сопротивление вращению.
Согласно опытам Ю.А. Мишарина, на роликовых подшипниках
при качении с небольшим проскальзыванием период приработки у
твердых сталей невелик, а эксплуатационная шероховатость
поверхностей, определяющая их контактную выносливость, зависит от
условий работы материала в контакте и исходной шероховатости
поверхности. Для повышения нагрузочной способности зубчатых
колес из твердых сталей необходимо при прочих равных условиях
придать их рабочим поверхностям малую шероховатость при
изготовлении. У среднетвердых сталей шероховатость их поверхностей к
концу приработки зависит от исходной шероховатости. Одна и та же
шероховатость у каждой из контактирующих поверхностей
устанавливается примерно при одинаковом числе циклов нагружения.
Поэтому в зубчатых передачах с колесами из сталей средней твердости
или мягких сталей зубья шестерни приобретут во время обкатки
меньшую шероховатость. Не успевшие выгладиться зубья колеса своими
неровностями будут концентрировать нагрузку. Поэтому при
изготовлении зубчатых колес из этих сталей целесообразно, как
указывает Г.К. Трубин [7], рабочие поверхности зубьев колеса выполнять
более гладкими, чем зубьев шестерни.
2. Волнистость поверхности
При обработке поверхностей трения деталей абразивными
брусками (суперфиниш, хонингование) при определенных условиях
может преобладать резание металла абразивными зернами или же пла-

318
О КАЧЕСТВЕ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
стическое деформирование неровностей. При первом процессе
достигается точность обработки, а при втором — малая шероховатость
поверхности (/?я= 0,08... 7?2= 0,05 мкм). Оба эти процесса оказывают
разное влияние на структуру и свойства поверхностного слоя
материала детали.
Исследованиями З.И. Кромеля, В.В. Медведева и В.Н. Дугина
установлено, что при обработке закаленной стали преимущественно
резанием возникают остаточные напряжения сжатия 200...400 МПа, а
при полировании — 700...900 МПа. Глубина напряженного слоя
составляет 5.,. 15 мкм, причем наибольшие остаточные напряжения
зафиксированы на глубине I... 1,5 мкм. Микротвердость
поверхностного слоя закаленной стали при хонинговании увеличивается с 6000 до
7100...7200 МПа и снижается при повышении давления и зернистости
брусков хона, т.е. при преобладании резания. При полировании с
повышением давления на бруски с 0,4 до 1,6 МПа микротвердость
может повыситься с 8500 до 9460 МПа.
В связи с изложенным для достижения максимальных
сжимающих остаточных напряжений и степени упрочнения поверхностного
слоя детали рекомендуется заканчивать операции хонингования и
суперфиниширования в режиме трения — полирования, для чего
необходимо повысить окружную скорость детали или хонинговальной
головки до 70...80 м/мин, а затем увеличить давление на абразивные
бруски до 0,6...0,8 МПа при суперфинише и до 1...2 МПа при
отделочном хонинговании. Машинное время обработки в режиме
трения полирования должно составлять 25...30 % общего времени
обработки.
Волнистость поверхности уменьшает площадь фактического
контакта сопрягаемых поверхностей и повышает удельную нагрузку.
Последнее обстоятельство определяется в основном изменением
характера контакта. Поясним это на примере плоских поверхностей,
которые для упрощения изложения полагаем без шероховатости. Если
под нагрузкой контакт нигде не нарушается, то фактическая площадь
касания равна номинальной. Наличие волнистости в корне меняет
ситуацию: взамен плоских контактируют кривые поверхности со
свойственными им значительными напряжениями на малых площадках
взаимного касания. Волнистость цилиндрической поверхности шипа
в сопряжении его с подшипником повышает напряжение в контакте
вследствие большей, чем у шипа с гладкой поверхностью, кривизны
вершины волны.
Влияние волнистости стальных поверхностей на износостойкость
пар трения скольжения исследовалось П.Е. Дьяченко и В.Э. Вайнш-
тейн в лабораторных условиях на образцах из баббита Б83 и бронзы
БрСЗО, а в условиях стендовых испытаний — на поршневых пальцах
и втулках (БрОЦ 10-2). М.И. Палей проводил аналогичные
исследования на шатунных шейках коленчатых валов тракторных
двигателей и тонкостенных вкладышах со слоем свинцовистой бронзы. Л а-

Волнистость поверхности
319
бораторными исследованиями было установлено, что при наличии
волнистости на чисто- или тонкошлифованной поверхности
термически обработанной стали 45 (НКС 57) скорость изнашивания менее
твердого материала пары трения возрастает линейно с увеличением
высоты волн. Это имеет место не только в период приработки, но и
при установившейся скорости изнашивания.
Стендовые испытания поршневых пальцев двигателя
проводились в основном при его пятичасовой работе, контрольные — на двух
двигателях с их разборкой через 5, 60, 200 и 260 ч работы. Основные
испытания валов и подшипников проводились на трех двигателях,
работавших после 60-часовой обкатки 240 ч. В результате испытаний
установлено, что в среднем скорость изнашивания пальцев, втулок
шатунов и шеек валов возрастает с увеличением высоты волн. При
срабатывании волнистости в процессе приработки разница
скоростей изнашивания волнистых и гладких поверхностей уменьшается.
Скорость изнашивания зависит от шага волны и в значительно
меньшей степени — от ее высоты.
Возрастание интенсивности изнашивания с увеличением высоты
волны М.И. Палей объясняет так. Рассматривая волнистую
поверхность на цилиндре или плоскости как синусоидальную и учитывая,
что при постоянном периоде (шаге) синусоиды радиус кривизны ее
вершины убывает с увеличением амплитуды, легко заключить, что с
ростом высоты волны увеличивается контактное напряжение.
Проследить влияние шага волнистости на износостойкость соединения
сложнее. Анализ упрощается в случае волнистых плоских
поверхностей. Здесь влияние шага двоякое. С его увеличением убывает опорная
поверхность, так как вершины волн неровностей отстоят дальше друг
от друга, и удельная нагрузка возрастает. Однако с ростом шага
увеличивается также радиус кривизны вершин волн, что уменьшает
контактное напряжение. Суммарное влияние на износостойкость
поверхности радиуса кривизны волны и расстояние между волнами
зависит от результирующего влияния этих факторов. В общем,
интенсивность изнашивания может изменяться как в большую, так и в
меньшую сторону с увеличением шага волны.
Несмазанные поверхности, имеющие волнистость, менее стойки
к заеданию, а смазанные проявляют большую стойкость, поскольку
волнистая поверхность способна удерживать большее количество
смазочного материала благодаря наличию дополнительного объема
впадин между волнами, превосходящего объем микрогеометрических
неровностей. Иногда намеренно выполняют волнистыми рабочие
поверхности прямолинейных направляющих типа параллелей для
повышения их надежности.
Волнистость поверхностей трения отрицательно влияет на
служебные свойства деталей, работающих в условиях качения или
качения со скольжением [2]. Волнистость на дорожках качения или на
рабочих поверхностях тел качения снижает срок службы подшипников

320 О КАЧЕСТВЕ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
и повышает их шумность с увеличением высоты волны. При
заданной высоте контактное сопротивление усталости повышается с
увеличением шага волны. Нередко на дорожках качения колец
встречается огранка с наложенной на нее волнистостью. При наличии
огранки с точки зрения прочности также более благоприятна малая
высота и большой шаг волны. Работа подшипников при заметной
волнистости на рабочих поверхностях сопровождается вибрацией,
снижается жесткость подшипника, возрастает момент силы трения, может
повыситься рабочая температура подшипника и уменьшиться
предельная частота вращения.
Рис. 1.3. Полосчатость на косозубых цилиндрических колесах

Волнистость поверхности
321
Волнистость поверхности кулачков может при определенных
окружных скоростях усилить вибрацию механизма, нарушая его
нормальную работу. Порок косозубых цилиндрических колес в виде
полосчатости обязан особому виду регулярной волнистости боковых
профилей зубьев: вершины и впадины волн располагаются на всех
без исключения зубьях в сечениях, параллельных оси колеса, образуя
равноотстоящие продольные полосы (рис. 1.3).
Циклические погрешности зубчатых колес в виде волн на
боковой поверхности зубьев можно обнаружить при помощи зубоизмери-
тельного инструмента или тщательным осмотром. Полосчатость
наблюдается даже после непродолжительной работы колеса в
зацеплении. Для измерения волнистости на зубьях используют специальные
волномеры.
При наличии волнистости на рабочих профильных
поверхностях зубьев колеса и шестерни контактирование их происходит как по
вершинам, так и по впадинам волнистости поверхности. В отдельные
моменты зацепления резко возрастает нагрузка на какой-либо зуб,
другие зубья разгружаются вплоть до полного разрыва контакта,
после чего под действием крутящего момента снова наступает
силовое замыкание контактирующих зубьев с резким возрастанием
динамической нагрузки на зуб. В итоге возникают крутильные и
поперечные колебания валов и связанных с ними масс других деталей. Эти
вибрации имеют звуковую частоту, что служит причиной
повышенного шума при работе зубчатой передачи под нагрузкой.
В процессе приработки зубчатой пары шестерня изнашивается
более интенсивно. Поэтому выступы волн поверхности зубьев
колеса, имеющих полосчатость, вырабатывают впадины на зубьях
шестерни и, в свою очередь, образуют на них полосчатость.
При наличии больших циклических погрешностей рабочих
поверхностей сводятся на нет все преимущества косозубых колес перед
прямозубыми. Появление циклических погрешностей значительной
величины должно быть предупреждено при подготовке к зубонареза-
нию. Обнаруженная полосчатость зубьев может быть исправлена
перенарезанием колеса на вполне исправном станке или слесарной
обработкой.
3. Влияние макрогеометрических отклонений и отклонений
во взаимном расположении осей на долговечность
деталей
Отклонение отдельной поверхности от заданной формы считают
макрогеометрическим. Погрешности во взаимном расположении осей
и поверхностей, которые по природе своей являются тоже макрогео-
метрическими, относят, однако, к особой группе отклонений, что
оправдано как с метрологической точки зрения, так и тем, что
контролироваться может взаимное расположение геометрических
объектов, принадлежащих различным деталям. Примером может служить
"М _ ото

322
О КАЧЕСТВЕ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
проверка параллельности плоскости стола и оси шпинделя
фрезерного станка. Обе группы отклонений, независимо или накладываясь друг
на друга, отражаются на условиях контактирования поверхностей и
их взаимодействии.
Поскольку полная компенсация отклонений одной поверхности
исходными отклонениями сопряженной поверхности является
случаем редким и почти невероятным, то такие отклонения ухудшают
условия контактирования поверхностей: уменьшается номинальная
площадь контакта, линейное касание переходит в точечное, как,
например, при бочкообразном шипе и цилиндрическом подшипнике.
Макрогеометрические отклонения уменьшают минимальную
толщину прослойки смазочного материала при гидродинамической
смазке. Может качественно измениться само протекание трения: так,
овальность шипа приводит даже при постоянной нагрузке и
равномерном вращении вала к периодическому изменению толщины
смазочного слоя в подшипнике при жидкостной смазке.
Отклонение основного шага эвольвентного зубчатого
цилиндрического колеса от номинального, погрешность окружного шага,
отклонение бокового профиля зуба от эвольвенты и эксцентричность
основной окружности относительно посадочной поверхности
колеса — причины кинематических ошибок в работе передачи и
возникновения дополнительных динамических нагрузок. Технологическое
отклонение зуба от заданного направления, непараллельность и
перекос осей колес обусловливают главным образом концентрацию
нагрузки по длине зуба.
Погрешности кривошипно-шатунного механизма
многоцилиндрового двигателя таковы: 1) смещение осей цилиндров в продольной
плоскости; 2) искривление осей цилиндров и отступления от
цилиндрической формы; 3) несоосность отверстий коренных опор
коленчатого вала, их овальность и конусность; 4) неперпендикулярность осей
цилиндров к базовой плоскости; 5) скрещение и перекос осей
шатунной шейки относительно оси коленчатого вала; 6)
макрогеометрические отклонения шеек; 7) перекос оси шатунного подшипника
относительно оси шатуна; 8) скрещение осей головок шатуна; 9)
конусность поршневого пальца; 10) неперпендикулярность оси отверстия
под поршневой палец к оси поршня и т.д.
Первичные отклонения кривошипно-шатунного механизма —
неперпендикулярность осей цилиндров к базовой плоскости, перекос и
скрещение осей шеек коленчатого вала, головок шатуна, конусность
поршневого пальца и шатунной шейки — приводят, как установлено
В.С. Семеновым, к ошибке положения оси поршня, т.е. к перекосу
его в продольной плоскости двигателя и к повороту вокруг своей оси
[6]. Перекосы поршней сами по себе или в сочетании с их
паразитными поворотами во время движения являются одной из причин зади-
ров поверхностей поршней и цилиндров.
Узел верхней шатунной головки мощных двухтактных дизелей
работает в тяжелых условиях качательного движения при высоких

Влияние макрогеометрических отклонений на долговечность деталей
323
удельных нагрузках и является наиболее слабым звеном кривошип-
но-шатунного механизма. По данным фирмы Фиат (Италия),
относящимся к крупным судовым двигателям, и по результатам
исследований Э.А. Блауга и Д. Герина для обеспечения наибольшей несущей
способности шатунного подшипника, работающего при трении с
полужидкостной смазкой, прилегание поверхностей цапфы к
подшипнику должно быть по возможности наиболее совершенным на дуге
касания, а шероховатость поверхности цапфы должна быть порядка
Ло=0,08...0,04мкм.
Допустимая величина макрогеометрических отклонений
трущихся поверхностей иногда связана со способностью приработки
поверхностей сопряженных деталей. Цементированные, закаленные,
азотированные, хромированные и вообще твердые поверхности трудно
прирабатываются. К таким поверхностям поэтому предъявляются
повышенные требования точности формы. В подтверждение этого
можно сослаться на случай, когда отклонения шейки коленчатого вала
более 0,01 мм как по овальности, так и по конусности
систематически приводили к задирам опытных хромированных втулок главного
шатуна звездообразного авиационного двигателя небольшой
мощности. Достаточно было уменьшить эти отклонения, доведя их
до 0,005 мм, чтобы задиры прекратились.
Представления качественного порядка еще не дают
возможности количественно увязать предельно допустимые отклонения
взаимного расположения деталей со сроком их службы или надежностью.
Для поверхностей вращения отклонения от правильной формы
задают в пределах поля допуска на неточность размера, в долях
допуска, или сообразуясь с экономически целесообразной точностью.
Что касается отклонений во взаимном расположении осей и
поверхностей деталей, то в технологических машинах в соответствии с
требованиями к точности выпускаемой продукции нормируют
отклонения положения исполнительного органа отностительно базы
установки заготовки или, иначе, нормируют интегральную ошибку. Что же
касается первичных ошибок, то их определяют при помощи решения
размерных цепей. Часто трудно увязать допуски на продукцию с
отклонениями в узлах машины, поскольку под действием рабочих
усилий и температуры происходят перемещения, которые по влиянию
могут превысить вышеуказанные отклонения. В этих и иных случаях
отклонения нормируют, сообразуясь с традицией и
технологическими возможностями.
Кроме отклонений, связанных с неточностью обработки,
следует учитывать отклонения, вызванные неравномерной затяжкой
резьбовых соединений и короблением базисных литых и сварных
деталей. Особенно деформируются тонкостенные отливки (блоки
цилиндров двигателей, картеры коробок и др.). Неравномерность затяжки
резьбовых соединений значительно влияет на перекосы. Такое же
воздействие оказывает и неравномерная температурная деформация.
В итоге таких деформаций геометрия цилиндров двигателей внутрен-
Л 1 Не

324
О КАЧЕСТВЕ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
него сгорания и взаиморасположение их деталей настолько
искажаются, что нарушается герметичность посадки клапанов в гнездах.
Не подвергнутые старению или прошедшие старение без
соблюдения правильного режима отжига литые и сварные базовые детали
деформируются (коробятся) при хранении. Релаксация напряжений
может произойти и во время эксплуатации агрегата, причем за
короткий срок под действием повышенных температур.
Несоосность валов агрегатированных машин — источник
дополнительных нагрузок на подшипники, иногда повышения нагрева,
изнашивания компенсирующих муфт и их вибрации. Независимо от
того, установлены ли глухие соединительные муфты или муфты,
компенсирующие смещение осей валов, перекос их осей или то и другое,
важно, чтобы несоосность не превышала определенной величины, так
как иначе даже компенсирующие муфты будут сильно изнашиваться.
Требования к точности деталей подшипников качения очень
высоки. Например, наружный диаметр роликов подшипников
измеряется с точностью 0,10...0,15 мкм. Шероховатость поверхности
беговых дорожек колец подшипников достигает К2= 0,05...0,025 мкм и
выше. Детали контролируются в помещении с колебаниями
температуры в течение года от 0,3 до 0,5 °С. Припуски на обработку
рекомендуются для чернового шлифования 0,2...0,5 мм, для чистового 0,02...
0,1 мм, для тонкого 0,01...0,02 мм и для доводки 0,001...0,003 мм.
В связи с требованиями обеспечения высокой надежности и
долговечности прецизионных станков станкостроительные заводы и
фирмы значительно ужесточают допуски на параллельность и
плоскостность сопряженных деталей, что требует иногда их ручной
обработки. Так, швейцарская фирма СИП выпускает станки, у которых
прямолинейность и плоскостность зеркала стола размерами 1000 х
1500 мм находится в пределах 2 мкм и даже менее. При этом
окончательная обработка зеркала стола производится широким резцом
(зеркало не шабрится) с напаянной твердосплавной пластиной,
закрепленным на бабке шпинделя станка. Резец движется при помощи
приспособления от электродвигателя (плоским ремнем и винтом). Пазы
стола имеют допуск на непараллельность 2 мкм. Отверстия в корпусе
шпиндельной бабки доводят вручную; точность по конусности,
соосности допускается не более 1 мкм, при машинной доводке — 2 мкм.
Опорные, посадочные шейки шпинделей и валов, наружные и
внутренние конусы подвергаются тонкому шлифованию специальными
шлифовальными кругами до шероховатости К2= 0,1...0,025 мкм. Все
это обеспечивает биение, конусность, соосность ответственных мест
шпинделей и валов в пределах до 1 мкм на диаметре 100 мм.
4. Влияние точности размера детали на ее долговечность
Во вращательных парах скольжения срок службы их при
правильно установленном гарантированном зазоре уменьшается с
увеличением допусков на диаметр, так как при этом начальный зазор ближе

Влияние точности размера детали на ее долговечность
325
к предельному. В подшипниках качения из-за разноразмерности по
диаметру тел качения одного комплекта тела большего диаметра
перегружаются. Укажем, что разнораз мерность тел качения — одна из
причин шумности в работе подшипников.
При неодинаковом шаге правых и левых пластин в
пластинчатых цепях валики перекашиваются, и в шарнирах имеет место
кромочное контактирование поверхностей. Обеспечение одинакового
шага для тех и других пластин с жестким допуском и соосности
посадочных поверхностей на валиках — одно из непременных условий
долговечной работы цепей.
Из несопрягающихся деталей остановимся на ходовых колесах.
При разных диаметрах окружности качения колес, сидящих на одной
оси, качение по рельсу сопровождается проскальзыванием. В связи с
этим величины допусков должны быть ограничены.
5. Влияние остаточных напряжений в деталях
на их долговечность
По одним данным наличие остаточных растягивающих
напряжений является благоприятным фактором с точки зрения
уменьшения изнашивания деталей. П.Е. Дьяченко объясняет это образованием
в поверхностных слоях в процессе изнашивания напряжений сжатия,
в результате чего напряжения разного знака складываются, и это
снижает скорость изнашивания. Опыт показывает, что напряжения
сжатия полезны при изнашивании поверхности качением и скольжением
при наличии свободных абразивных частиц. Вместе с тем имеются
утверждения, что остаточные напряжения, возникающие в
поверхностных слоях при механической обработке, полностью устраняются в
начале приработки и в дальнейшем не оказывают влияния на износ.
По-видимому, остаточные напряжения в обработанных
резанием поверхностях влияют на износ только во время приработки. Что
касается остаточных напряжений, возникающих при упрочняющей и
термохимической обработке поверхностей, то совместное влияние на
износ структуры металла и напряжений усложняет вопрос об их роли.
Растягивающие остаточные напряжения могут оказаться
полезными в деталях, подвергаемых циклическому напряжению сжатия.
Если же элемент должен удовлетворять также условиям общей
прочности при наличии растягивающих напряжений от рабочей нагрузки
(как, например, зубья колес, валки холодной прокатки), то
растягивающие напряжения не могут быть полезны.
6. Влияние наводороженности поверхности
на ее износостойкость
Наличие водорода в поверхностном слое детали снижает ее
износостойкость [1]. В.Я. Матюшенко и М.А. Андрейчинком
установлено, что в процессе технологических операций происходит усилен-

326
О КАЧЕСТВЕ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ное наводороживание металлических деталей. Технологически
приобретенный водород локализуется в приповерхностном слое, где
содержание его более чем в 20 раз выше, чем в сердцевине детали.
Авторами установлено также, что при токарной обработке без
применения СОЖ в поверхностном слое содержится водорода 0,4 см3/100 г,
а с применением СОЖ — 5,6 см3/100 г. В процессе термообработки по
следующей схеме: закалка, отпуск, цементация, отжиг, закалка,
обработка холодом, отпуск и старение, — содержание водорода после
каждой операции составляло соответственно 13,7, 15, 14, 19, 18, 17 и
15см3/100г.
Одним из методов удаления водорода из поверхностного слоя
детали является полирование (последняя технологическая операция).
При полировании верхние слои металла, в которых имеется
наибольшее количество водорода, помимо их незначительного удаления,
нагреваются, и деталь подвергается своеобразной термической
обработке. Поскольку максимум температуры при полировании
находится на обрабатываемой поверхности, водород диффундирует к
поверхности и десорбируется.
7. Влияние травления на износостойкость деталей
В машиностроении для выявления шлифовочных прижогов на
обработанных поверхностях в некоторых случаях применяют
травление поверхности раствором азотной кислоты. Исследованиями
П.И. Ящерицина показано, что при травлении снимается некоторый
слой металла, при этом, если травление производят в течение не
более 30 с, то шероховатость поверхности уменьшается примерно на
один класс. При более продолжительном травлении шероховатость
начинает расти и если травление длится более 2 мин, она уже
превышает исходную шероховатость на один класс.
При травлении происходит наводороживание поверхности, что
резко уменьшает сопротивление усталости деталей, особенно у
подшипников качения. Травление также снижает контактную усталость
поверхностей подшипников. Сравнительные испытания на
контактную усталость стальных роликов показали, что на травленых
участках питтингообразование проявлялось через 11,5 ч, а на
нетравленых — через 13 ч 50 мин после начала обкатки.
Травление, несмотря на процесс наводороживания, повышает
износостойкость сверл, разверток, метчиков и другого инструмента
примерно в 1,5 раза. Травление в описанном случае производилось
раствором 5% медного купороса, 10% серной и 5% азотной кислот на
1 л воды. По мнению П.И. Ящерицина, повышение износостойкости
объясняется тем, что травленая поверхность имеет устойчивую окис-
ную пленку, уменьшающую коэффициент трения скольжения. При
этом значительно ослабляется явление схватывания поверхностей.

Глава 2. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ [16]
1. Цементация
Цементация — процесс насыщения углеродом поверхностного
слоя деталей из малоуглеродистой (до 0,3 % С) стали с целью
придания ему большей твердости при достаточно вязкой сердцевине
детали. В зависимости от среды, в которой протекает процесс,
различают цементацию в твердом, газообразном и жидком
карбюризаторах.
Цементацию в твердом карбюризаторе проводят при
температуре 900.. .950 °С в плазменных или электрических печах, в ящиках, где
предварительно упакованы послойно детали, пересыпанные
карбюризатором и закрытые асбестовой крышкой, обмазанной шамотной
глиной. Наилучшими считаются карбюризаторы состава: 14...22%
углекислого бария ВаС03,4 % углекислого натрия Ка2С03,2 %
углекислого кальция СаСОэ, 6 % патоки или крахмала, влаги — не более
5 %, остальное — древесный уголь твердых пород с размером зерен
7... 12 мм. Углекислые соли служат ускорителями процесса, а патока
или крахмал связывают эти соли с поверхностью угля. В ходе
процесса образуется фаза. Углекислые соли при высЬкой температуре
разлагаются по реакциям:
Ыа2С03 = №20 + С02;
ВаС03=ВаО + С02.
Двуокись углерода неустойчива и при температуре цементации
в присутствии углерода (в данном случае — древесного угля)
образует окись углерода:
С02 + С^2СО
Последняя диссоциирует по уравнению
2СО -> САТ + СО,
Непрерывно выделяющийся атомарный углерод диффундирует
в аустенит (у-железо) или вступает с железом в химическую реакцию,
образуя цементит Ре3С.
После цементации ящики с деталями охлаждают на воздухе.
Глубина цементации деталей 0,5...2,3 мм, средняя скорость
науглероживания 0,08...0,10 мм/ч. Процесс ускоряется, если вести его при
температурах 950...980 °С. Так ведут обработку сталей, содержащих титан

328 ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
и ванадий, которые предохраняют сталь от перегрева во время
выдержки при этих температурах.
В соответствии с изменением содержания углерода по глубине
цементированный слой можно разделить на три зоны: первая — заэв-
тектоидная, состоит из перлита и тонкой сетки цементита
(оптимальное содержание углерода 1,0.. Л, 1 %); вторая — эвтектоидная,
содержит около 0,85 % углерода и состоит из одного перлита; третья —
доэвтектоидная, переходная к основному металлу, состоит из
перлита и феррита [7].
Детали, прошедшие цементацию в твердом карбюризаторе,
подвергают термической обработке, виды и режим которой
определяются маркой стали, глубиной цементации, назначением детали и ее
конфигурацией. Чтобы растворить цементитную сетку, снижающую
вязкость цементированного слоя, и ликвидировать возможную круп-
нозернистость сердцевины, производят нормализацию или закалку в
масле при температуре 800...950 °С. Нормализация с высоким
отпуском необходима для облегчения дальнейшей механической
обработки деталей из сталей, получающих подкалку при охлаждении после
цементации в ящиках. Чтобы придать цементированному слою
высокую твердость, а также ускорить нагрев от первой закалки, детали
вторично закаливают при температуре 760...820 °С в воде или масле с
последующем низкотемпературным отпуском.
Технологический процесс газовой цементации осуществляют в
основном в электрических вертикальных шахтных печах или в печах
непрерывного действия с радиационным нагревом.
Карбюризаторами служат естественный, светильный и другие газы, содержащие
углеводородные предельные СпН2п+2 и непредельные СпН2п, а также газы,
получаемые непосредственно в"рабочей камере печи из пиробензола,
бензола, керосина или веретенного масла. Жидкий карбюризатор,
поступающий, например, в реторту шахтной печи, испаряется и,
разлагаясь, образует смесь из этилена, метана, окиси и двуокиси углерода
и других газов. Образующийся в результате диссоциации окиси
углерода и углеводородов атомарный углерод вступает в реакцию с
железом поверхностного слоя деталей, загруженных в реторту. Ход
химических реакций и процесса диффузии углерода в у-железо при
наличии в газовой смеси окиси углерода, метана СН4 и этилена С2Н4
можно представить в виде:
С,Н4^СН4 + САТ;
СН4^2Н2+САТ;
2СО + ЗРе = Ре3С + С02;
СН4+ЗРе = Ре3С + 2Н2;
2Н2+2СО=С02+СН4;
САТ + Ре = Ре~з7(С)

Цементация
329
Детали, прошедшие газовую цементацию, чаще всего
подвергают одинарной закалке непосредственно из печи после подстужива-
ния до температуры закалки.
Преимущества газовой цементации перед цементацией в твердом
карбюризаторе состоят в следующем:
а) меньшая в 1,5.. .2 раза длительность процесса;
б) более низкая себестоимость производства;
в) возможность регулирования глубины цементированного слоя
и содержания углерода в нем за счет не только длительности
выдержки при высокой температуре, но и изменения количества и состава
газа;
г) возможность механизации процесса.
Газовая цементация все шире внедряется в крупносерийное и
массовое производство. Новейшим методом является ее проведение
с нагревом деталей ТВЧ. Этот метод позволяет повысить
температуру процесса до 1000... 1050 °С, сократить его длительность до 45...
60 мин и автоматизировать процесс.
Жидкостную цементацию производят в расплавленных солях,
содержащих активные добавки 51С или ИаСК; температура процесса
в зависимости от состава ванны 820...900 °С. Цементированный слой
толщиной 0,1...0,2 мм получают за 20...40 мин; при увеличении
длительности процесса до двух часов глубина цементации
увеличивается до 0,6 мм. Процесс применяют для мелких деталей. Его
недостатком является неравномерность глубины цементации.
Преимущества жидкостной цементации:
а) возможность производить закалку деталей непосредственно
после цементации;
б) отсутствие окалины и процесса обезуглероживания
закаленных деталей.
Процессу закалки изделий сопутствует образование в них
значительных остаточных напряжений, возникающих в результате
неравномерного распределения температуры по сечению деталей и
неодинакового изменения объема различных зон. Превращение аустени-
та — фазы с наиболее плотной упаковкой атомов в решетке в
мартенсит происходит при температуре около 250 °С с увеличением
удельного объема. При этом удельный объем в незакаленной части почти
не изменяется, а в закаленной увеличивается, притом неравномерно:
чем выше концентрация углерода в мертенсите, тем больше
возрастает удельный объем. В итоге совместного действия температурных
и структурных напряжений в цементированном слое возникают
напряжения сжатия, а в сердцевине — напряжения растяжения.
Величина температурных напряжений зависит от условий охлаждения
детали при закалке. Закалка в масле, которой подвергают
цементированные изделия из легированных сталей, не создает значительных
температурных напряжений.

330 ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
О величинах остаточных напряжений в закаленном слое можно
судить по экспериментам Л.С. Мороза и С.С. Шуракова. Осевые
напряжения сжатия на поверхности закаленного цементованного
бруска размером 12 х 12 х 100 мм из стали 45Х достигают 450 МПа, а для
бруска 14 х 14 х 100 мм из стали 45Х — 940 МПа.
а) Ф Ф
Рис. 2.1. Эпюры напряжений в сечении цилиндрического образца после закалки:
а - осевых остаточных (после закалки); б - изгибных; в - суммарных нормальных
Остаточные напряжения вызывают деформацию изделий, иногда
весьма значительную, и непосредственно влияют на прочность детали
в эксплуатации. На рис. 2.1. представлены эпюры осевых остаточных
напряжений в сечении цилиндрического образца после закалки (эпюра
а). Заметим, что тангенциальные (кольцевые) напряжения о( имеют
тот же знак и примерно ту же величину, что и осевые напряжения.
Допустим, что стержень нагружен в пределах упругости изгибающим
моментом (эпюра б). Суммарные напряжения ск представятся эпюрой
<?. Наибольшее сжимающее напряжение становится выше напряжения
от приложенной нагрузки, а наибольшее растягивающее
напряжение — ниже. Прочность материала при сжатии значительно больше,
чем при растяжении (о чем можно судить хотя бы по тому, что излом
зубьев колес всегда начинается на растягиваемой стороне, несмотря
на большую напряженность на сжимаемой стороне), поэтому
снижение максимума растягивающих напряжений на периферии
повышает сопротивление усталости материала детали. Вообще
наложение остаточного напряжения сжатия на напряженное
состояния материала с неравномерным распределением напряжений
по поперечному сечению от рабочей нагрузки (изгиба, кручения)
увеличивает сопротивление усталости.

Цементация
331
Цементация является наиболее ответственной операцией
технологического процесса изготовления цементированных деталей.
Поэтому большое значение имеет выбор марки стали и изыскание
оптимальных, с точки зрения износостойкости, режимов термической
обработки деталей после цементации.
Пластическая деформация подкоркового слоя под нагрузкой
создает свою систему остаточных напряжений, деформирующую
изделие. В случае цементированных и закаленных зубьев колес боковой
профиль зуба искажается из-за остаточной деформации, и при
работе зубчатой передачи возникают дополнительные динамические
нагрузки, которые совместно с рабочей нагрузкой могут привести к
быстрому износу рабочих поверхностей или даже к излому зубьев.
Предупредить подобное можно только повышением предела
текучести материала сердцевины, для чего состав стали, в частности
содержание углерода, необходимо подбирать в зависимости от рабочей
нагрузки.
Роль режимов термообработки можно показать на примере
применения стали 18Х2Н4В для изготовления тяжелонагруженных
зубчатых колес. Эта сталь в ее цементированном слое (цементация в
твердом карбюризаторе) подвергалась металло- и
рентгенографическому исследованию и лабораторным испытаниям на контактную
прочность. Работами Ф.Я. Иохелеса и В.А. Старцева установлено, что из
трех режимов термической обработки с предварительным
охлаждением стали после цементации оптимальным является режим
ступенчатой закалки. Последовательность его: высокий отпуск после
цементации, нагрев и выдержка в течение 25 мин при температуре
810...820 °С, выдержка в течение 5 мин в масляной ванне с
температурой 160...170°С и последующее охлаждение на воздухе, низкий
двукратный отпуск при температуре 150 °С с выдержкой в течение 2 ч и
охлаждение на воздухе. Микроструктура — мелкоигольчатый
мартенсит с равномерно распределенными карбидами, остаточный аус-
тенит в пределах 12... 16 %; твердость НЯС 57...59. Другая группа
авторов (Г.Н. Баканин, А.П. Любченко) пришла к выводу о
целесообразности резкого охлаждения стали от температуры цементации, хотя
при этом количество остаточного аустенита может возрасти до 50 %
и более.
Цементации подвергают детали различных размеров. Некоторые
изготовители тяжелых зубчатых редукторов цементируют зубья
колес диаметром более 1 м. Долговечность цементированных деталей
увеличивается в несколько раз.
2. Азотирование
Азотирование — процесс насыщения азотом поверхностного слоя
деталей, изготовленных из черных металлов. Азотированная
поверхность имеет большую твердость и обладает устойчивостью против
коррозии на воздухе, в пресной воде, в паровоздушной среде, а при

332 ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
соответствующем подборе состава сплава — ив газовой среде. В
зависимости от назначения различают два вида азотирования — твер-
достное и антикоррозийное [6].
Твердостное азотирование. Молекулярный азот весьма слабо
реагирует с железом; значительно большую активность проявляет ато-
марый азот, получающийся в результате диссоциации
азотсодержащих соединений. В качестве такого соединения используют обычно
аммиак, который после обезвоживания подают непосредственно в
муфель печи на подвешенные детали или в герметичный ящик с
уложенными либо подвешенными деталями. Диссоциация аммиака
протекает по реакции
2ЫН^2Ы +ЗН9
3 ат 2
Атомарный азот, диффундируя в поверхность металла, образует
следующие фазы:
1) а-фазу или твердый раствор азота в железе — азотистый
феррит;
2) у-фазу или нитрид железа Ре4Ы с содержанием азота 5,9 %;
3) е-фазу или нитрид железа Ре2М;
4) 5-фазу или азотистый аустенит при температуре свыше 595 °С
и содержании азота 2,75 %.
При азотировании детали увеличиваются в размерах, а в ряде
случаев деформируются (коробятся). Азотируемые участки деталей
подвергают либо полированию, которому они хорошо поддаются,
либо размерному шлифованию.
Качество азотированного слоя определяется соотношением
структурных фаз, зависящих от состава стали, температуры азотирования,
времени выдержки и степени диссоциации аммиака.
Диссоциация аммиака и скорость диффузии азота тем выше, чем
выше температура. Разложение аммиака на азот и водород с
большей интенсивностью протекает при температуре свыше 500 °С, а
процесс насыщения азотом начинается с температуры нагрева 470 °С. С
другой стороны, нитриды железа начинают распадаться при нагреве
до температуры 600 °С. По этим причинам, а также для получения в
слое мелкой структуры нитридов железа и легирующих элементов
твердостное азотирование производят при температуре 520...560 °С.
Более высокая температура, хотя и обеспечивает при той же
выдержке большую глубину азотирования, сопровождается снижением
твердости поверхности. Аммиак пропускают с такой скоростью, чтобы
только часть его B0...25 %) подвергалась разложению при
непрерывном процессе азотирования. Это вызвано тем, что водород при
значительном его количестве препятствует хорошему взаимодействию
азота с металлом.
Легирующие элементы, такие, как алюминий, хром, молибден и
ванадий, образуют с азотом твердые и стойкие нитриды, причем нит-

Азотирование
333
риды молибдена и ванадия сохраняют большую стойкость при
температурах свыше 600 °С. Из легирующих элементов наибольшую
твердость азотируемому слою придает алюминий, однако он
способствует повышению хрупкости слоя и деформируемости изделия.
Молибден тормозит рост хрупкой фазы и, подобно хрому, устраняет круп-
нозернистость, свойственную алюминиевой стали. Азотированию
подвергают стали, содержащие в качестве легирующих элементов по
крайней мере алюминий и хром. Азотируемыми, к примеру,
являются стали: хромоалюминиевая 35ХЮА, хромомолибденоалюминиевая
38ХМЮА. Твердость поверхностного слоя после азотирования
изделий из сталей этого класса достигает НУ 1200.
Азот при температуре 500 °С диффундирует в глубь детали в
среднем на 0,01 мм в час; для получения азотируемого слоя толщиной
0,6. ..0,7 мм требуется 60...70 ч. Длительность азотирования может
быть уменьшена применением ступенчатого процесса, который
обеспечивает минимальную деформацию изделия по длине и
предупреждает появление хрупкости слоя при изготовлении изделий из хромоа-
люминиевой стали (без легирования молибденом).
При высоких требованиях к механическим свойствам
сердцевины детали до азотирования подвергают закалке с высоким отпуском.
Благодаря высокой твердости азотированного слоя и наличию в
нем остаточных напряжений сжатия предел выносливости детали, в
особенности имеющей концентраторы напряжений, существенно
повышается. Начало усталостного разрушения материала приходится
на границу азотированного слоя с неазотированной сердцевиной,
поэтому сопротивление усталостному разрушению детали тем выше,
чем толще азотированный слой.
В последние годы Ю.М. Лахтиным, Я.Д. Коганом [5]
разработана технология азотирования с повышенной в 1,5...2 раза скоростью
процесса за счет применения различных электрических газовых
разрядов. Распространение получает процесс азотирования
ионизированным азотом в плазме тлеющего разряда. Сущность метода
состоит в том, что в разреженной азотсодержащей атмосфере между
катодом (деталью) и анодом возбуждается разряд, и ионы азота,
бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до температуры насыщения.
Температура азотирования 470...580 °С, разрежение 130... 1300 Па,
рабочее напряжение колеблется от 400 до 1100 В, продолжительность
процесса — от нескольких минут до 24 ч. Разработанная установка
ионного азотирования предназначена для упрочнения коленчатых и
распределительных валов, цилиндров двигателей, зубчатых колес,
режущего и штампового инструмента и других деталей.
Помимо сталей, твердостному азотированию для повышения
износостойкости можно подвергать чугуны, легированные
алюминием. Твердостное азотирование применяют для изделий, требующих
высокой циклической прочности, твердости при повышенных
температурах в сочетании с устойчивостью против коррозии, а также вы-

334 ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
сокой износостойкости. К таким изделиям относятся коленчатые валы
двигателей внутреннего сгорания, цилиндры авто- и авиадвигателей,
поршневые кольца, седла клапанов двигателей, шестерни
авиационных редукторов, шпиндели расточных, шлифовальных и других
станков, зубчатые рейки, борштанги, эксцентрики.
Износостойкость шеек азотированных коленчатых валов по
долговечности превосходит амортизационный срок службы двигателя.
Азотирование стальных гильз и чугунных цилиндров уменьшает
скорость их изнашивания от 8 до 20 раз. Зубчатые рейки станков,
изготовленные из стали 40Х с твердостью после азотирования НКС 56...58,
в 4...5 раз долговечнее реек из стали 20Х, цементированных и
закаленных до твердости НКС 60...62 [8].
Азотирование успешно применяют для редукторных передач
большой мощности. Фирма "Броун-Бовери" изготовляла редукторы
мощностью до 35 000 кВт с азотированными зубьями шестерен
первой и второй ступеней и колес первой ступени. Окружная скорость
колес — до 150 м/с. Зубчатые венцы и шестерни после чернового
нарезания подвергают отпуску при температуре выше температуры
азотирования, что уменьшает вероятность поводки зубьев в дальнейшем.
Азотированные зубчатые венцы насаживают на центры с нагревом
ТВЧ. Зубья не шлифуют. Несмотря на относительно небольшую
глубину азотирования @,5 мм), многолетняя эксплуатация таких
передач протекает без повреждения рабочего слоя зубьев.
Азотированный измерительный и контрольный инструмент
долговечнее обычного (кроме хромированного) в несколько раз.
Чтобы деталь хорошо сопротивлялась усталостным
повреждениям, требуется твердость азотированного слоя НУ 650...700. Для
обеспечения высокой износостойкости при невысокой общей
напряженности детали твердость азотированного слоя должна быть
доведена до НУ 900... 1100.
По сравнению с цементацией и закалкой, твердостное
азотирование протекает при меньшей температуре, что является его
преимуществом; азотированная поверхность имеет более высокую твердость,
большую коррозионную и износостойкость, лучшую полируемость.
Свойства азотированной поверхности сохраняются практически
неизменными при повторных нагревах вплоть до температуры
500...600 °С, в то время как при нагреве цементированной и
закаленной поверхности до 225...275 °С твердость ее снижается.
Антикоррозийному азотированию подвергают отожженные
углеродистые и легированные стали и чугуны. Температурный режим
500...850 °С, длительность процесса от 10 мин до 3 ч. При
температуре азотирования 650 °С глубина азотированного слоя при выдержке
3 ч составляет примерно 0,5 мм. Азотирование чугуна при прочих
равных условиях требует удлинения процесса в 1,5...2 раза по
сравнению с азотированием стали.

Азотирование
335
Преимущества кратковременного азотирования для защиты от
коррозии в промышленной атмосфере и в воде по сравнению с
гальваническими покрытиями состоят в следующем:
а) простота процесса;
б) обеспечение высокой прочности сцепления защитного слоя;
в) получение беспористого слоя;
г) возможность азотирования деталей любой конфигурации при
однородности слоя и увеличении размеров не свыше 2 мкм.
Антикоррозийное азотирование повышает также
износостойкость стали и увеличивает на 50...60 % сопротивление усталостному
разрушению конструкционной углеродистой стали; величины
относительного удлинения и относительного сужения при разрыве
заметно снижаются, еще значительнее снижается ударная вязкость.
3. Цианирование
Цианирование заключается в одновременном насыщении
поверхности деталей азотом и углеродом. Процесс может осуществляться
в жидкой или газовой среде. В зависимости от ее температуры
цианирование разделяется на низкотемпературное E30...650 °С) и
высокотемпературное (800...930°С) [1].
Жидкостное цианирование проводят в ваннах, содержащих в
качестве активной соли преимущественно цианистый натрий КаСН и
цианистый калий КСК, а в качестве нейтральных солей —
поваренную соль ЫаС1, кальцинированную соль №2С03, хлористый барий
ВаС12 и хлористый калий КС1. В расплавленной ванне через зеркало
ее поверхности происходит окисление цианистого натрия в цианит,
который проникает в глубь ванны или, окисляясь с поверхности,
выделяет окись углерода и азота.
Общий ход реакций:
2№СЫ + О,^ 2ЫаСЫО;
4№С>Ю -> 2ЫаСК + Ыа,С03 + СО + 2И;
2ЫаС>Ю + О, -> №2Сб3 + СО + 2И.
Окись углерода и азота реагирует с металлом так:
ЗРе + 2СО = Ре3С + С02;
N + тРе = Ре N.
т
Скорость разложения цианистых солей увеличивается с
повышением температуры, при этом растет скорость диффузии углерода в
сталь и тормозится внедрение в нее азота. При рабочей температуре
около 900 °С сталь незначительно насыщается азотом, и процесс
цианирования приближается к цементации.

336 ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Низкотемпературное цианирование мало отличается по своей
сущности от азотирования. Низкотемпературное жидкостное
цианирование получило широкое распространение для повышения
стойкости режущего инструмента из быстрорежущей стали и ее
заменителей (сверл, разверток, метчиков, фрез, дисковых пил и др.).
Цианированию подвергают полностью термически и механически
обработанный инструмент. Низкотемпературный режим предупреждает
избыточный отпуск инструмента и, в отличие от азотирования, не
вызывает обезуглероживания поверхностного слоя. Цианирование
повышает поверхностную твердость инструмента на НУ 100...200 (при
замерах с нагрузкой 10 Н). Увеличивается также красностойкость, что
в совокупности приводит к повышению износостойкости на
100...200 %. Глубину цианированного слоя для инструмента
назначают 0,01...0,06 мм. Средняя скорость цианирования составляет
0,001 мм/мин.
Низкотемпературное кратковременное цианирование
углеродистых и хромистых сталей с последующим охлаждением на воздухе или
в воде повышает весьма значительно предел их выносливости. Почти
двукратное увеличение сопротивления усталости углеродистой
стали достигается цианированием в ванне с содержанием 30 % и выше
цианистых солей с последующим охлаждением в воде. Детали после
цианирования преобретают матовый красный цвет, поэтому процесс
применяют иногда для получения декоративного покрытия.
Высокотемпературному жидкостному цианированию (местному
или по всей поверхности) подвергают разнообразные детали из
низко- и среднеуглеродистой стали, а также легированной стали с
содержанием углерода до 0,4 % (болты, гайки, втулки, зубчатые колеса,
вилки механизмов переключения коробок передач, ролики и т.п.).
Глубину слоя назначают от 0,05 до 0,25 мм в зависимости от условий
работы детали. Так, шестерни с большой удельной нагрузкой
требуют, во избежание быстрого выкрашивания рабочей поверхности
зубьев, большей глубины цианированного слоя. Скорость
цианирования по глубине составляет 0,25...0,30 мм/ч. Непосредственно из
ванны детали подвергают закалке с последующим отпуском при
температуре 800...830 °С в течение 1,5 ч или при температуре 900...930 °С
более 1 ч, но в связи со значительным ростом зерна деталь после
цианирования подстуживают на воздухе или в масле, после чего ее
нагревают до требуемой температуры для закалки. Твердость
поверхностного слоя после закалки может быть получена НКС 55 и выше.
Недостатки жидкостного цианирования:
1) высокая стоимость цианистых солей;
2) выделение из цианистых ванн вредных испарений;
3) необходимость особых мер предосторожности при
транспортировке и хранении цианистых солей и обезвреживание цианистых
отходов;
4) недостаточная гибкость регулирования насыщения
поверхностного слоя углеродом и азотом по отдельности;

Цианирование
337
5) затрудненность автоматизации процесса.
Газовое цианирование лишено этих недостатков. Стоимость его
ниже жидкостного цианирования в два раза.
Газовое цианирование или нитроцементацию проводят в
газовой среде, состоящей из цементирующего и нитрирующего газов в
отношении 4:1 или 3:1. Цементирующими газами служат светильный
газ, пропан, бутан, продукты пиролиза керосина или веретенного
масла; для насыщения азотом служит аммиак. При
высокотемпературной нитроцементации глубина слоя за время выдержки 6...7 ч
достигает 1,8 мм. Максимальная концентрация азота при рабочей
температуре 950 °С составляет 0,20 %, а при 860 °С - 0,25 %.
Последовательность термообработки такая же, как и при жидкостном
цианировании. Режим нитроцементации разработан термической
лабораторией ЦНИИ МПС. При соответствующем технологическом
процессе твердость поверхностного слоя доводят до НКС 60 и выше.
Преимущества цианирования по сравнению с цементацией и
азотированием — большие скорость процесса и упрочняющий эффект.
4. Термодиффузионное хромирование
Термодиффузионное хромирование — процесс насыщения
поверхности стальных деталей хромом, осуществляемый при высоких
температурах (950... 1300 °С) путем диффузии хрома в железо.
Существуют три метода термохромирования: твердое, жидкостное и
газовое [4].
Твердое хромирование проводят аналогично цементированию.
Детали перед хромированием упаковывают в ящик со смесью
измельченного феррохрома, каолина и хлористого аммония. Каолин (либо
другое инертное вещество) предназначен для предотвращения
прилипания феррохрома к деталям и частиц друг к другу. Хлористый
аммоний служит для ускорения процесса, протекающего следующим
образом.
При реакции разложения аммония
щр-^кНз + на
образуется хромоводород, который реагирует с порошком
феррохрома:
2НС1 + Сг -» СгС12 + 2Н2.
Хлорид хрома, в свою очередь, взаимодействует с железом
детали, при этом происходит обменная реакция с выделением
атомарного хрома:
2СгС1ч + 2Ре -> 2РеС1- + 2Сгдт.
3 3 АТ
22 - 2039

338 ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Выделяющийся на поверхности стали атомарный хром
диффундирует в глубь металла.
Жидкостное хромирование проводят в расплавленных солях
хлористого бария и хлористого натрия или кальция; в ванну вводят
феррохром, предварительно обработанный соляной кислотой или
хлоридом хрома. Преимущество процесса состоит в возможности
закалки деталей непосредственно из ванны. Недостаток заключается
в трудности получения глубокого хромированного слоя. Метод
может быть рекомендован для получения антикоррозионного и
износостойкого покрытия деталей, не требующего дальнейшей
механической обработки.
Один из способов газового хромирования заключается в
следующем. Осушенный водород пропускают через сосуд с дымящейся
соляной кислотой. Смесь из водорода и соляной кислоты пропускают
через печь, где, соприкасаясь с феррохромом, она образует
газообразные хлориды хрома, которые поступают в реторту с изделиями,
подлежащими хромированию.
По данным А.П. Гуляева и Г.Н. Дубинина, внешняя зона
хромированного слоя состоит из карбидов хрома. Непосредственно под
слоем карбидов расположена зона с повышенным содержанием
хрома и углерода. Необходимый для образования карбидов углерод
поступает в результате встречной диффузии его к хрому. По этой
причине под обогащенной углеродом и хромом зоной находится зона с
более низким содержанием углерода, чем в сердцевине.
При малом содержании углерода (<0,2 %) хромированный слой
не содержит карбидов и состоит только из твердого раствора хрома
в ос-железе.
Глубина хромирования зависит от температуры,
продолжительности процесса и содержания углерода в стали. Толщина
хромированного слоя стали 50 при выдержке в течение 7 ч при температуре
1100°С составляет около 0,08 мм. Скорость диффузии хрома резко
замедляется при содержании углерода в стали свыше 0,3 % .
Жидкостное хромирование требует значительно большего времени, чем два
других метода, но обеспечивает большую равномерность слоя.
Твердость хромированного слоя увеличивается с возрастанием
содержания углерода. Для низкоуглеродистой стали она составляет
НУ 150... 180, для стали 15 - НУ 300 и для высокоуглеродистой стали
НУ 1300..Л350. Хромированный слой малоуглеродистой стали
обладает большой вязкостью, что позволяет подвергать хромированные
детали пластической деформации. Пределы текучести и прочности
стали, судя по испытаниям образцов из стали 20, после твердого
хромирования при температуре 1100 °С и выдержки в течение 3,5,7 ч
снижаются. Ударная вязкость уменьшается в несколько раз по
сравнению с вязкостью нормализованных образцов, предел выносливости
несколько повышается.
Хромированный слой типа твердого раствора или карбидной
структуры стоек к коррозии на воздухе и в морской воде.

Термодиффузионное хромирование
339
Термохромированию подвергают детали, изготовленные из
обыкновенной углеродистой стали и работающие в условиях
электрохимической или газовой коррозии, как, например, связи и керные
болты, клапаны компрессоров, лопатки газовых турбин.
Термохромирование не нашло широкого применения для образования
износостойкого покрытия, что объясняется малой толщиной слоя при
большой длительности и сложности процесса и возможностью колебания
размеров детали при хромировании и последующей механической
обработке.
Известно применение термодиффузионного хромирования для
повышения износостойкости плунжера или втулки топливного
насоса и иглы распылителя форсунки в тракторных дизельных
двигателях.
5. Борирование
Борирование предназначается для повышения твердости, изно-
со-, жаро- и коррозионной стойкости следующих деталей машин и
инструмента [2, 3]:
- деталей машин и механизмов, работающих в условиях
абразивного изнашивания (гусеничных тракторов, различных
транспортеров, цепей и т.п.);
- деталей литейных машин и пресс-форм для литья под
давлением цветных металлов и сплавов;
- машин и приспособлений, работающих в агрессивных
средах и при повышенных температурах (800...850 °С);
- вставок ввода клетей непрерывных
высокопроизводительных проволочных станов;
- втулок грязевых нефтяных насосов буровых машин и
другого оборудования нефтеперерабатывающей промышленности;
- сопел струйных мельниц тонкого помола руды;
- деталей технологической оснастки (зажимные и подающие
цанги, кондукторные устройства, кулачки и др.);
- гибочных, формовочных и вытяжных штампов, штампов
горячей штамповки.
При борировании износостойкость детали увеличивается в 2...
13 раз, окалиностойкость — в 1,5...2 раза, кислотостойкость — в 6...
10 раз. Твердость покрытия составляет НУ 1800...2000. При этом
достигается экономический эффект, обуславливаемый повышением
долговечности и применением более дешевых сталей. Например, для
штампов сталь Х12М заменяется сталью 45; стали Р18, Х12Ф1 и У8
заменяются сталью 40ХС.
Борирование поршней машин для литья под давлением
алюминиевых сплавов позволяет повысить их долговечность в 2,5 раза.
Борирование рабочей поверхности втулок буровых насосов
увеличивает их износостойкость в 4 раза по сравнению с износостойкостью
втулок, закаленных ТВЧ.

340 ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
При борировании необходимо учитывать, что:
а) толщина борированного слоя составляет 0,2...0,4 мм и при
наличии в стали ванадия уменьшается;
б) медь и ее сплавы можно борировать только после
предварительного нанесения гальванических покрытий.
Борирование разделяется на электролитическое и жидкостное (без
протекания электрического тока). Электролитическое борирование
заключается в электролизе расплавленной буры. Выделяющийся
элементарный бор диффундирует в сталь, образуя карбиды железа и
бора. Температура процесса 900...950 °С, плотность тока 0,2...0,25 А/
дм2, анодом служит графит, катодом — деталь; длительность
процесса 2...6 ч (Н.И. Лаухин). Жидкостное борирование представляет
собой обработку детали в расплавленной среде, содержащей буру и
карбид бора. Активный атомарный бор образуется при восстановлении
окислов бора углеродом карбида бора. Состав ванны для борирова-
ния: бура 70 %, карбид бора 20 %, карбид кремния 10 %. После бори-
рования детали подвергают закалке и отпуску.
При электролизном борировании в некоторых случаях в расплав
солей бора добавляют присадки, содержащие легирующие элементы
— хром, алюминий, цирконий. Такой способ применяют в
производстве силикатных изделий для повышения износостойкости
облицовочных плит пресс-форм, работающих при давлении прессования
до 20 МПа. В этом случае требуется твердый и прочный подслой
(Н.Н. Шемарин и др.), который создается путем предварительной
цементации облицовочных плит в твердом карбюризаторе при
температуре 910 °С на глубину 1,5 мм. Затем производят электролизное
борирование при температуре 960 °С в течение 3 ч и закалку в воде от
температуры 830 °С. Твердый подслой повышает срок службы плит
в 3..Л раза.
6. Силицирование
Силицирование деталей из стали, ковкого и высокопрочного
чугуна осуществляется с целью повышения износостойкости,
коррозийной стойкости в морской воде, кислотостойкости при различной
температуре в серной, соляной и азотных кислотах различной
концентрации, а также в целях повышения окалиностойкости. Сущность
процесса заключается в насыщении поверхности детали кремнием на
глубину 0,3...1,0 мм.
Разработаны следующие методы силицирования: в
порошкообразных смесях, в жидких средах, газовое и вакуумное (в паровой фазе).
Наибольшее распространение получило газовое силицирование.
Силицирование в порошкообразных смесях, состоящих из
ферросилиция или ферросилиция и шамота, или же ферросилиция,
шамота и хлористого аммония, осуществляется при температуре
1050...1200 °С в течение 2...12 ч. Выделяющийся при этом кремний

Силицирование
341
диффундирует в поверхностные слои детали, образуя твердый раствор
кремния в ос-железе. Силицирование в жидких средах производится в
расплаве, состоящем из хлористого бария, хлористого натрия и
ферросилиция при температуре 1000... 1050 °С.
Газовое силицирование осуществляется в различных средах и
различными способами. Наибольшее применение получило
силицирование в потоке хлора. В герметически закрытую сеть с ретортами
помещают детали и карбид кремния или ферросилиций (либо смесь
того и другого). Доводят температуру в печи до 950... 1050 °С, после
чего в реторту по трубке подают из баллона хлор. Охлаждение
деталей до температуры 100... 120 °С производят в потоке хлора вместе с
печью.
При силицировании углеродистых сталей и технически чистого
железа в твердой, жидкой и газовой средах в силицированном слое
образуются поры, через которые агрессивная среда может
проникнуть в сердцевину детали и разрушить ее. Во избежание этого
применяется пропитка силицированного слоя маслом при температуре
170...200 "С. Износостойкость силицированного слоя стали после
пропитки маслом в 1,4...1,6 раза выше износостойкости
цементированного слоя.
Вакуумное силицирование углеродистой стали позволяет
получить практически беспористый диффузионный слой, обеспечивающий
высокую кислотостойкость. Силицирование в вакууме
осуществляется при температуре 1180 °С и выдержке не менее 24 ч (В.М. Пере-
верзев и В.А. Короткое).
Силицирование применяется в химическом машиностроении,
электромашиностроении, судостроении, бумажной и других
отраслях промышленности при изготовлении деталей, работающих в
агрессивных средах. Примеры силицированных деталей: элементы
аппаратуры для химической промышленности; валы насосов,
арматура, крепежные детали нефтяного оборудования; трубы судовых
двигателей, подводящие и отводящие морскую воду; патрубки и другие
детали водяных насосов больших промышленных двигателей
внутреннего сгорания.
Применяя силицирование, необходимо учитывать, что предел
прочности, относительное удлинение и ударная вязкость стали при
этом понижаются. Силицированный слой хрупок и с трудом
обрабатывается резанием, размеры детали в процессе силицирования
увеличиваются.

Глава 3. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
1. Общие сведения
Поверхностную закалку применяют главным образом для
повышения износостойкости стальных и чугунных деталей; ограниченное
применение она имеет для увеличения их сопротивления усталости.
Это увеличение обязано как улучшению структуры на периферии
детали, так и образованию остаточных напряжений сжатия в
закаленном слое, который располагается на наиболее напряженном участке
детали по длине. Поверхностной закалке можно подвергать изделия
из средне- и высокоуглеродистых сталей, ковкого перлитного
чугуна, серого (с содержанием не менее 0,6 % связанного углерода),
модифицированного и высокопрочного чугунов [2].
При поверхностной закалке совершаются те же поверхностные
превращения, что и при обычной объемной закалке, но только в
тонком поверхностном слое металла. Поверхностная закалка обладает
большими возможностями по сравнению с обычной. Объемная
закалка крупных изделий из углеродистой стали происходит только на
малую глубину, увеличение прокаливаемости стали достигается ее
легированием марганцем, хромом и никелем. Изделия, к которым
предъявляются требования высокой прочности и ударной вязкости,
подвергают закалке с последующим высоким отпуском. Однако
износостойкость их во многом случае оказывается недостаточной.
Поверхностная закалка позволяет получить слой высокой твердости
необходимой толщины на определенных участках детали,
изготовленной из углеродистой стали. Легированную сталь для силовых
деталей, закаливаемых на отдельных участках, целесообразно
применять, если это диктуется соображениями прочности не закаливаемых
зон [1].
Поверхностная закалка состоит из двух операций: нагрева слоя
под закалку и быстрого его охлаждения до комнатной температуры.
Для закалки некоторая зона детали, прилегающая к ее поверхности,
должна быть нагрета до температуры АС|. По способу нагрева
различают закалку с пламенным, контактным, высокочастотным нагревом
и нагревом в электролите.
Глубиной закалки условно называют расстояние от поверхности
до той зоны, где в структуре содержание мартенсита снизилось до
50 %. Глубину закалки назначают не менее 1,5...2,0 мм для деталей,
поверхность которых подвергается изнашиванию; глубину
увеличивают, если предполагается шлифование при ремонтах. При больших
удельных нагрузках для предупреждения продавливаемости
закаленного слоя глубину закалки назначают 4...5 мм и более. Закалку для
увеличения сопротивления усталости следует производить на глуби-

Общие сведения
343
ну, составляющую 10... 15 % диаметра детали. С целью улучшения
структуры (исключения трещин) производится предварительная
термообработка перед поверхностной закалкой.
Время нагрева при поверхностной закалке зачастую составляет
3...5 с, что, к примеру, для температуры нагрева 900 °С дает средние
скорости нагрева 180. ..300 град/с. При высокочастотной закалке
скорость нагрева в области структурных превращений может достигать
400 град/с и более. С увеличением скорости нагрева повышается
нижняя критическая точка и сужается интервал между нижней и верхней
критическими точками. В связи с этим температура нагрева под
поверхностную закалку отличается от таковой при нагреве в печи или в
ваннах. Так, если нагрев в печи стали 40 под закалку производится до
температуры 840...860 °С, то индукционный нагрев должен
производиться до температуры 930...980 °С. Чтобы процесс превращения
свободного феррита и перлита в однородный по составу аустенит мог
завершиться за малый промежуток времени без перегрева,
необходимо измельчить исходную структуру. В одних случаях для этого
может оказаться достаточно нормализации стали. Вообще же, сорбит
отпуска или даже зернистый перлит в исходной структуре наиболее
благоприятны для образования равномерного аустенита.
Крупнозернистая исходная структура стали способствует к тому же
образованию трещин при закалке. Таким образом, предварительная
термическая обработка является необходимым условием
удовлетворительной закалки.
Неравномерность структуры по сечению и по длине детали при
нагревании под поверхностную закалку и при последующем
охлаждении, а также структурные превращения в ограниченном объеме
поверхностного слоя, протекающие не одновременно, являются
причиной образования временных и остаточных напряжений. Система
временных напряжений почти не изучена. Однако они, вероятно, служат
причиной зарождения закалочных трещин, в частности, при закалке
феррито-перлитного серого чугуна, для которого температура нагрева
должна превышать 900 °С, температурные напряжения при быстром
охлаждении могут вызывать разрывы металлических зерен,
разобщенных графитовыми включениями относительно больших размеров. Это
относится как к объемной, так и к поверхностной закалке.
Перлитный чугун, для которого температура закалки ниже,
модифицированный чугун с мелкопластинчатым графитом и высокопрочный чугун с
шаровидным графитом менее склонны к образованию трещин при
закалке.
Правильный выбор температурного режима закалки
обеспечивает образование остаточных напряжений сжатия в поверхностном
слое, под которым располагается зона растягивающих напряжений.
Если закалке подвергается часть поверхности, то у мест обрыва
закаленного слоя на поверхность выходит зона с растягивающими
напряжениями (рис. 3.1). Наличие этих напряжений, достигающих

344
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 3.1. Распределение остаточных
кольцевых и осевых напряжений по
поверхности цилиндрического изделия при местной
закалке
150...200 МПа, при
ухудшении общей структуры около
закаленного слоя в
результате нагрева понижает
сопротивление усталости деталей.
Для уменьшения вредного
влияния остаточных
растягивающих напряжений на
поверхности, а также для
снижения общей величины
остаточных напряжений применяют
отпуск закаленных изделий
при температуре 120...200 °С в
случае газопламенной и при
180...240 °С при высокочастотной закалке или используют самоотпуск.
Последний при правильно выбранных режимах нагрева происходит
вследствие притока теплоты изнутри к поверхности изделия, если
прекратить охлаждение после того, как мартенситное превращение
полностью закончено. Отпуск и самоотпуск в два раза и более снижают
остаточные напряжения при уменьшении твердости закаленного слоя
примерно на 3...5 ИКС.
Причины снижения прочности в
области, примыкающей к закаленному
слою, должны учитываться при
выполнении поверхностной закалки. Так,
если закалку шейки коленчатого вала
производят с целью упрочнения, то,
принимая во внимание, что
наибольших рабочих напряжений можно
ожидать в галтелях, необходимо
подвергнуть закалке шейку и галтели с
прилегающими к ним участками щек. Если
же закалку производят с целью
повышения износостойкости, то в связи с
некоторыми затруднениями
совместной закалки шейки и галтелей
закаливают шейку на такой длине, чтобы
закаленный слой не доходил до галтелей
на 5...8 мм.
Другим примером может служить
высокочастотная закалка зубьев
шестерен (рис. 3.2). Лучшей формой
закаленного слоя является слой по обводу (рис.
3.2 а). Однако такая закалка для
шестерен с зубьями большого модуля
затруднена из-за необходимости подвода
Рис. 3.2. Форма закаленного при
высокочастотном нагреве слоя на
шестернях:
а - по ободу; б - по боковой
поверхности зуба; в - по впадине

Общие сведения
345
большой электрической мощности. В таких случаях ограничиваются
закалкой рабочих поверхностей зубьев (рис. 3.2 в). Схема закалки,
показанная на рисунке 3.2 б, снижает прочность зуба, так как область
действия остаточных растягивающих напряжений в поверхностном
слое совпадает с зоной наибольших растягивающих напряжений от
рабочей нагрузки. Такой метод закалки допустим, если напряжения
изгиба не лимитируют нагрузочную способность передачи. В
противном случае необходимо упрочнить и переходную часть зуба у корня,
что достигается способом закалки во впадине (рис. 3.2 в).
Восстановить или даже превысить исходную прочность в зоне обрыва
закаленного слоя можно, применив механическую упрочняющую
технологию.
Остаточные напряжения в изделии после закалки являются
причиной его деформации (коробления). Имеются примеры
равномерной закалки цилиндрической детали по всей боковой поверхности,
шестерни по ободу или двусторонней закалки симметричной
плоской детали, когда принципиально остаточная деформация
исключается. В реальных условиях она всегда имеется. Величина деформации
зависит от формы детали, конфигурации закаленного слоя,
равномерности его по толщине, размеров поперечного сечения детали,
способов закалки и качества выполняемых работ.
2. Газопламенная поверхностная закалка (ГППЗ)
При этом способе закалки детали нагревают пламенем,
образующимся при сгорании смеси горючих газов и кислорода.
Используют также керосиново-кислородное пламя. Форма нагревательного
пламени должна соответствовать форме закаливаемой поверхности.
Пламя формируется профилем многопламенного наконечника
горелки. Нагрев пламенем большой мощности, при котором к
поверхности изделия подводится значительно больше теплоты, чем отводится
вглубь благодаря теплопроводности, обеспечивает закалку с
меньшими затратами времени и тепловой энергии.
При достаточно интенсивном охлаждении структурные зоны
после закалки доэвтектоидной стали располагаются так: слой, нагретый
выше Асз, образует зону мартенсита; слой, нагретый до температур
интервала между АС1 и Асз, воспринимает неполную закалку и
образует зону переходных структур; ниже следует исходная феррито-пер-
литная структура.
Для охлаждения изделия после нагрева применяют, в
зависимости от содержания углерода в стали, воду комнатной температуры или
подогретую эмульсию, или сжатый воздух. Последний используется
в основном при ступенчатом охлаждении, когда воздух подается
между пламенем и струями воды. К такому охлаждению прибегают при
закалке на троостит и при сорбитизации сталей с содержанием
углерода 0,6 % и выше и низколегированных сталей. Разбрызгиватели,

346 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
назначение которых формировать линейный, полукольцевой,
кольцевой и сложного очертания профиль охлаждающих струй,
выполняются в виде отдельных устройств и в зависимости от способа ППЗ
могут присоединяться к наконечникам. В сопловых наконечниках
газовые, водяные и воздушные сопла устраивают в одном корпусе [3].
Циклические способы
Нагрев Охлаждение Нагреб Охлаждение
а) 6)
Непрерывные спаагбы
Рис. 3.3. Схемы циклических (а, б) и непрерывных (в — д) способов пламенной
поверхностной закалки:
а - стационарный; б - быстрого вращения; в - непрерывно-последовательный; г -
комбинированный кольцевой; д - комбинированный спиральный; 1 - изделие; 2 - горелка; 3 -
разбрызгиватель

Газопламенная поверхностная закалка
347
В зависимости от формы и размеров закаливаемой поверхности
и программы выпуска изделий закалку осуществляют циклическими
и непрерывными способами (рис. 3.3).
При циклических способах всю поверхность, подлежащую
закалке, нагревают до закалочной температуры, а затем охлаждают. При
стационарном способе закалки неподвижную деталь с малой
плоской или криволинейной поверхностью закалки (до 100 см3)
нагревают неподвижной горелкой. Способ применяют при закалке кулачков,
токарных центров, зубил, метчиков, сверл, зажимных губок, зубьев
звездочек и конических колес, концов рельсов, торцев толкателей,
пуансонов и т.д. Время нагрева определяется толщиной изделия и
мощностью пламени. Так, при использовании ацетиленокислородной
смеси, толщине изделия 120 мм и удельном расходе ацетилена 60 л/ч
на 1 см2 требуется на нагрев только 12 с. Время охлаждения
принимается равным времени нагрева или на 20 % более.
При способе быстрого вращения подлежащая закалке
цилиндрическая поверхность вращается с окружной скоростью 8...20 м/мин
и нагревается неподвижной горелкой. Способ применяется при
закалке цилиндрических поверхностей диаметром до 150 мм при
длине не выше двух диаметров (шейки прямых и коленчатых валов, оси,
поверхности отверстий), а также при закалке цилиндров диаметром
до 450 мм при длине до 100 мм (опорные катки, ролики и т.п.).
Изделия больших диаметров вращают вокруг вертикальной оси, а нагрев
производят несколькими горелками. Этим способом закаливают
также зубья колес с модулем до 8 мм. Способ быстрого вращения
обеспечивает закалку с равномерной твердостью и глубиной.
При непрерывных способах закалки горелка и изделие
вращаются друг относительно друга, а прикрепленный к наконечнику горелки
разбрызгиватель производит закалку поверхности, нагретой до
закалочной температуры. К непрерывным способам относятся
непрерывно-последовательный, комбинированный кольцевой и
комбинированный спиральный.
Непрерывно-последовательным способом производят закалку
деталей призматической и цилиндрической форм. Глубина и
структура закаленного слоя определяется мощностью пламени,
относительной его скоростью, толщиной изделия, интенсивностью охлаждения
и расстоянием между зонами нагрева и охлаждения. Закалку
призматических поверхностей осуществляют при поступательном
перемещении горелки со скоростью 50...250 мм/мин относительно
неподвижной детали либо при движении детали относительно неподвижной
горелки. Этим способом закаливают плоские и стальные накладные
направляющие различных станков длиной до 2 м и более, опорные
поверхности шаботов, прямозубые колеса с модулем более 8 мм. В
случае цилиндрических поверхностей диаметром свыше 150 мм и
длиной до 600 мм деталь вращают вокруг ее оси с окружной скоростью
50...250 мм/мин перед пламенем неподвижно установленной
линейной горелки. Закалка производится за один оборот детали.

348 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Этот способ используют также при закалке шеек крупных
коленчатых валов, обойм крупных подшипников, ходовых колес кранов,
опорных катков и роликов, бандажей, тормозных барабанов и т.д.
Недостаток непрерывно-последовательного способа закалки
применительно к цилиндрическим поверхностям заключается в том, что
начальный участок, совпадающий с концевым участком закаленной
поверхности, отпускается и имеет пониженную твердость.
Комбинированный кольцевой способ применяют при закалке
валов, осей, шпинделей, валков холодной прокатки, штанг,
трубчатых направляющих, плунжеров, внутренних цилиндрических
поверхностей и т.д.
Спиральный способ закалки осуществляют медленным
вращением детали, параллельно оси которой перемещается линейная
горелка, проходя за один оборот детали расстояние, равное своей ширине.
Окружная скорость детали такая же, как при
непрерывно-последовательном способе закалки. По спиральному способу закаливают валы,
оси, шпиндели, шнеки, канатные барабаны и т.п. Недостаток
способа заключается в наличии на поверхности детали после обработки
спиральной полоски пониженной твердости, соответствующей
прохождению границы пламени.
Способ закалки назначают исходя из соображений наибольшей
производительности и высокого качества изделия при данных
условиях производства. Комбинированный и циклические способы при
быстром вращении детали обеспечивают равную глубину и твердость
по всей закаливаемой поверхности.
Пламенная поверхностная закалка является механизированным
процессом. Промышленность выпускает установки, в том числе
автоматические, для закалки зубьев зубчатых колес; имеются
конструкции специализированных станков для закалки крановых колес,
катков и опорных роликов ходовой части гусеничных тракторов.
Закалочный пост комплектуется станком, генератором газа или рампой
ацетиленовых баллонов, рампой кислородных баллонов, запорной,
регулирующей и контрольно-измерительной аппаратурой,
газопроводами и системой охлаждения.
3. Поверхностная закалка с контактным нагревом
электрическим током
Метод предложен профессором Н.В. Гевелингом в 1931 г. При
этом способе закалки для нагрева используют переменный ток
промышленной частоты. Сущность метода заключается в следующем.
При помощи электрода, выполняемого в виде ролика, катящегося по
поверхности стальной детали, к ней подводится ток от понижающего
однофазного трансформатора, обычно сварочного. Для лучшего
контакта ролик прижимают к обрабатываемой поверхности; при
протекании тока в контакте выделяется теплота в количестве, пропорцио-

Поверхностная закалка с контактным нагревом .электрическим током
349
нальном квадрату силы тока, сопротивлению в контакте и времени
нагрева. По мере удаления от контакта количество выделяющейся
теплоты резко уменьшается. Время нагрева и величина подводимой
мощности определяют глубину и температуру нагрева. Установлено,
что при плотности тока 350...550 А на 1 мм ширины ролика и
скорости качения ролика 5...8 мм/с достигается закалка на глубину 2...3 мм.
Нагретый под закалку объем металла охлаждается эмульсией или
водой, подогретой до 25...60 С; крупные массивные детали не
требуют искусственного охлаждения, так как непрогретая масса детали сама
является активной закалочной средой.
При данном способе нагрева поверхностный слой металла
толщиной 0,05...0,2 мм остается незакаленным, так как его температура
не достигает критической вследствие интенсивного охлаждения
ролика, температура которого по соображениям стойкости не должна
быть выше 400...450°С. Незакаленный слой, имея толщину меньше
припуска на шлифование, удаляется при этой операции. Наличие
тонкого незакаленного слоя предупреждает образование закалочных
трещин. Этого слоя может не быть, если применять ролик из медно-
вольфрамового сплава, допускающего высокий нагрев.
Способов поверхностной закалки с контактным нагревом
электрическим током два: закалка роликом шириной до 100 мм по всей
ширине обрабатываемой поверхности и ленточная закалка. По всей
ширине поверхности закаливают рельсы, бандажи колес, шейки
валов, направляющие станин и т.п. Ленточная закалка
предназначается для длинных цилиндрических поверхностей. Изделию при
помощи специального привода придают вращение, ролику сообщают
поступательное движение с величиной подачи на один оборот изделия,
примерно на 30 % меньшей ширины ролика, при этом закаленные
полосы частично перекрывают друг друга. В зоне перекрытия металл
подвергается повторной закалке, а в некоторой части — отпуску, в
результате чего поверхность получается неоднородной по твердости,
4. Высокочастотная закалка
Метод предложен В.П. Вологдиным. Это — поверхностная
закалка при нагреве металла индуцируемым в нем переменным током
высокой частоты. Пропускаемый через нагреватель-индуктор ток
создает переменное магнитное поле, под действием которого в
электропроводном теле, установленном в индукторе с малым зазором,
возбуждается ток. Вследствие так называемого поверхностного эффекта
индуцированный ток оттесняется к поверхности тела, где плотность
тока оказывается наибольшей. Быстрота снижения плотности тока
характеризуется глубиной к его проникновения, под которой
понимают глубину, где плотность тока падает в е = 2,7 (е — основание
натурального логарифма) раз по сравнению с ее значением на
поверхности. В пределах глубины к выделяется свыше 85 % всей джоулевой

350 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
теплоты. Глубина к обратно пропорциональна квадрату частоты тока.
При температуре выше температуры магнитного превращения в
железе глубина к увеличивается в 10... 15 раз.
Процесс индукционного нагрева протекает так: в начальной
стадии тепловыделение сосредотачивается в тончайшем поверхностном
слое, по мере потери сталью магнитных свойств глубина
проникновения тока увеличивается, и область тепловыделения непрерывно
возрастает; вне этой области нагрев происходит за счет
теплопроводности. Распределение температуры по глубине характеризуется
малым градиентом в слоях с температурой выше температуры
магнитного превращения и крутым спадом на большой глубине.
Устройство для закалки состоит из лампового или машинного
генератора высокой или повышенной частоты, конденсаторной
батареи, понижающего (закалочного) трансформатора, к выводам
вторичной обмотки которого подключается индуктор, станка,
измерительной и автоматической аппаратуры управления и системы
охлаждения. Нагрев производят на звуковой или радиочастоте до 1000 кГц.
Закалку деталей сложной формы выполняют токами двух частот.
Расход мощности при индукционном нагреве под закалку обычно
0,5..Л,0 кВт на 1 см2 поверхности детали. Ламповые генераторы,
трансформаторы, конденсаторы и другие элементы закалочных
устройств, в которых в процессе работы выделяется теплота потерь,
интенсивно охлаждаются водой. Для охлаждения деталей после
нагрева индукторы снабжают душевой камерой, куда закалочная жидкость
под давлением при определенной температуре поступает через
автоматически управляемые краны.
Индукторы изготавливают обычно из медных трубок кругового
или прямоугольного сечения. От конструкции индуктора, главным
образом от его формы и размеров, во многом зависит качество закалки.
Высокочастотная закалка осуществляется способами
одновременной закалки, последовательным и непрерывно-последовательным.
По первому способу поверхность детали, подлежащую закалке,
нагревают целиком до достижения необходимой температуры на
заданной глубине слоя. Для закалки некоторых высоколегированных
сталей достаточно охлаждения на воздухе. Иногда охлаждение
производят в масляной ванне, куда деталь сбрасывается из
индуктора. Преимущественное распространение получила система
душевого охлаждения; в воду добавляют эмульсол, глицерин и марганце-
вокислый калий. Способом одновременной закалки закаливают
широкий круг изделий — швейные иглы, винты, сверла, метчики,
оси, прямые и коленчатые валы, кулачковые и шлицевые валы,
шестерни, рычаги переключения коробок передач и т.д. Если площадь
закаливаемой поверхности значительна и одновременная закалка
неосуществима или экономически невыгодна, то применяют другиешособьк
При последовательном способе поочередно нагревают и
закаливают отдельные участки. Таким способом, например, закаливают
шестерни большого модуля — каждый зуб в отдельности.

Высокочастотная закалка
351
По непрерывно-последовательному способу закаливают валки
холодной прокатки, правильные валки, шейки крупных валков, оси,
цилиндры, крупногабаритные кольца, станины станков, траки
гусениц (беговые дорожки), лемехи плугов и т.д.
Микроструктура зоны полной закалки доэвтектоидной
углеродистой стали — мелкоигольчатый мартенсит; для
высокоуглеродистых эвтектоидных и заэвтектоидных сталей характерна структура
безыгольчатого мартенсита.
5. Поверхностная закалка с электронагревом
в электролите
Метод предложен И.З. Яснопольским. Сущность его состоит в
следующем. Если металлическую ванну, наполненную электролитом
в виде раствора кальцинированной соды или поташа, подключить к
положительному полюсу электрической цепи, а стальной стержень,
погруженный в электролит, присоединить к отрицательному
полюсу, то при достаточно большой силе тока стержень быстро нагреется
до высокой температуры. Это объясняется в основном тем, что
выделяющийся на катоде водород образует на погруженной поверхности
стержня оболочку с большим электрическим сопротивлением.
Одновременно оболочка служит тепловым экраном, предохраняющим
стержень от охлаждения при циркуляции электролита. Если необходимо
предохранить кромки торцев детали от перегрева, то торцы
экранируют; вращая вал, можно равномерно нагреть шейки. Нагрев
кулачков происходит неравномерно по глубине. Для устранения этого
явления применяют автоматическое устройство, регулирующее силу
тока по отдельным участкам рабочей поверхности. Описанный
метод используется для закалки штанг толкателей, стержней клапанов,
поводковых пальцев, штифтов, торцевых винтов и т.д.
6. Сравнение методов поверхностной закалки
Высокочастотная закалка имеет следующие преимущества:
- большая гибкость; можно закаливать слой толщиной от
сотых долей миллиметра до 10 мм и более на мелкозернистую без
перегрева структуру;
- самая высокая производительность по сравнению с
другими методами закалки;
- благоприятные условия труда;
- возможность автоматизировать процесс и включать его в
поточные и автоматические линии.
Высокочастотная закалка получила широкое распространение
как метод поверхностного упрочнения стальных изделий в массовом
или крупносерийном производстве.

352 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Расстояние
от поверхности
Поскольку распространение
теплоты в глубь изделия при
нагреве пламенем происходит благодаря
теплопроводности материала, то
для быстрой передачи теплоты
внутрь изделия его поверхность
приходится нагревать до более
высокой температуры, чем при
индукционном нагреве (рис. 3.4). В
результате этого после закалки в
приповерхностном слое может
образоваться крупноигольчатый
мартенсит при наличии значительного
количества остаточного аустенита.
Преимуществами пламенной
поверхностной закалки являются
простота оборудования и аппаратуры и
малая стоимость закалочной
установки (в 10... 15 раз меньше, чем
установки для закалки с нагревом
ТВЧ). Пламенной закалке можно
подвергать крупные детали без
перемещения их к закалочной
установке. Экономически она
эффективнее высокочастотной закалки в мелкосерийном производстве, а
также при ремонте оборудования.
Контактная закалка, для выполнения которой требуется простое
и сравнительно недорогое оборудование, может быть использована
в единичном и серийном производстве, а также в ремонтных целях
для поверхностной закалки цилиндрических и плоских деталей.
Закалка с нагревом в электролите не требует сложного
оборудования. Недостатками ее являются невозможность контроля нагрева
закаливаемой поверхности, ограниченный сортамент деталей,
которые можно обработать по этому методу, и опасность коррозии на
участках нагрева.
Рис. ЗА Распределение температур
I по сечению детали (расстоянию / от
поверхности), нагретой под
поверхностную закалку:
1 - при нагреве автогенным пламенем;
2 - при индукционном нагреве; 3 - при
контактном электронагреве
7. Обработка паром
Метод состоит в обработке стальных и чугунных деталей в атмосфере
пара при температуре 500...600 °С, давлении пара до 0,1 МПа и
выдержке 1 ...2 ч. Метод прост, не требует сложного дорогостоящего
оборудования и не вреден для обслуживающего персонала. Обработке подвергают
поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания и компрессоров,
инструмент из быстрорежущей стали и другие изделия. Образующаяся в
процессе обработки детали окисная пленка способствует приработке,
уменьшает вероятность возникновения задиров и увеличивает
износостойкость деталей. Метод может рассматриваться как приработочный.

Глава 4. ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
1. Химическое никелирование [4]
Никелевые осадки, получаемые электрохимическим способом,
находят применение только как защитно-декоративные. Твердость и
свойства этих осадков делают их непригодными в качестве
износостойкого или антифрикционного покрытия. Этих недостатков
лишено никель-фосфорное покрытие. Сплав никель-фосфор может быть
получен как электрохимическим, так и химическим способом.
Последний основан на возможности выделения металлов из водных
растворов их солей с помощью химических
препаратов-восстановителей. Одним из сильных восстановителей является соль фосфорнова-
тистой кислоты (гипофосфит). Химический способ получения осадка
никель-фосфорного состава известен как процесс химического
никелирования. По сравнению с электрохимическим способом он
производительнее, требует меньших затрат на оборудование и меньших
производственных площадей. Так как восстановление никеля
происходит на поверхности изделия, то толщина осадка на всех, в том
числе на внутренних участках поверхности, получается одинаковой
независимо от конфигурации изделия.
Химическое никелирование, которому поддаются сталь, чугун,
бронзы оловянистая и фосфористая, алюминий и его сплавы и
некоторые другие металлы, производят в кислых и щелочных растворах,
в состав которых входят соли никеля. Температура ванны зависит от
ее состава и не превышает 95 °С. Получаемое покрытие содержит
92...95% никеля и 8...5% фосфора. Структура — метастабильная,
аморфная, микротвердость 45...60 МПа. Значительно большая
твердость по сравнению с электролитическим никелевым покрытием
объясняется насыщением никеля фосфором. При нагреве покрытия
до 300 °С и выше структура его переходит в равновесное состояние с
образованием соединения №3Р. Коррозионная стойкость покрытия
выше, чем электролитического никелевого.
Прочность сцепления никель-фосфорных покрытий с основным
металлом, их твердость, коррозие- и износостойкость, могут быть
улучшены термообработкой. При этом необходим нагрев детали до
200 °С для снижения весьма значительных остаточных напряжений,
которые могут вызвать отслаивание покрытия от основного
металла. Твердость покрытия возрастает с повышением температуры
термообработки, достигая наибольшего значения НМH0 = 95... 100 МПа
при температуре 350...400 °С и выдержке 15...20 мин. Более
длительная выдержка не повышает твердости. Увеличение времени
термической обработки до 40...60 мин улучшает прочность сцепления
покрытия и его антикоррозионные свойства. При температуре 600 °С

354
ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
микротвердость покрытия составляет 65...70 МПа, что выше
твердости хромового покрытия. Улучшение защитных свойств покрытия
после термообработки связано с уменьшением его пористости.
Никель-фосфорное покрытие хорошо прирабатывается в паре
трения с металлами. Так как покрытие в точности воспроизводит все
неровности покрываемой поверхности, то во время приработки в силу
хорошей текучести покрытие переходит с выступов во впадины,
заполняя их и выравнивая поверхность. Особенно быстро происходит
приработка покрытия при удельных нагрузках порядка 5 МПа и выше.
Лабораторные испытания на износ никель-фосфорного
покрытия толщиной 0,1 мм на стали 45 в паре трения с серым чугуном,
бронзой БрСЗО и баббитом Б83 при скорости скольжения 0,47 м/с и
удельной нагрузке р = 2,5 МПа показали, что термообработанное при
температуре 350...450 °С покрытие сравнимо по износостойкости с
электролитическим хромовым покрытием и закаленной сталью. Другие
испытания при обедненной смазке, выполненные при режимах
К= 0,6 м/с,р = 10 МПа и V- 4,5 м/с,р = 5 МПа, показали,что никель-
фосфорное покрытие имеет меньшую износостойкость, чем
хромовое, но сопряженная поверхность — сталь ЗОХГСА (НКС 32)
изнашивается меньше.
В практике машиностроения встречаются детали из дуралюми-
на, работающие в паре трения друг с другом. Лабораторными
исследованиями установлено, что химическое никелирование одной из
деталей увеличивает износостойкость соединения в несколько раз.
Способность никель-фосфорного покрытия противостоять
действию циклических контактных нагрузок слабая.
Химическое никелирование с толщиной слоя порядка 0,1 мм
можно рекомендовать как защитное покрытие для деталей, работающих
в атмосферных условиях и в среде нефтепродуктов, а также в
качестве защитного и термостойкого покрытия деталей, работающих в
условиях высоких (до 600 °С) температур в агрессивной среде и при
трении (клапанов двигателей внутреннего сгорания, толкателей,
поршневых колец и т.д.). Химическое никелирование обеспечивает
равномерное покрытие деталей, имеющих глубокие и узкие полости и
отверстия, а также зазоры, резьбы и т.д.
2. Оксидирование и фосфатирование [2, 3]
Оксидирование — процесс искусственного образования
оксидной пленки на поверхности металла. Оксидирование широко
применяют в машино- и приборостроении, морском судостроении, оптико-
механической промышленности и других отраслях для получения
защитно-декоративного покрытия изделия из черных металлов,
алюминия, меди, магния, цинка и их сплавов для легких условий
коррозии; используется оксидирование также для получения тонких
электроизоляционных слоев.

Оксидирование и фосфатирование
355
Оксидная пленка черных металлов состоит из мельчайших
кристаллов магнитной окиси железа Ре304, имеет небольшую толщину (от
десятых долей микрометра до 3 мкм), низкую твердость,
значительную пористость и хорошую сцепляемость с основанием. Благодаря
своим структурным особенностям и свойствам пленка хорошо
удерживает смазочные материалы, способна в парах трения с черными
металлами предупреждать заедание и, образуя при истирании
тончайший абразив, ускоряет приработку трущихся поверхностей.
Пленку на стали можно получить химическим,
электрохимическим, термическим или термохимическим путем. Химическую
обработку производят в щелочных и кислых ваннах при температуре
раствора, в зависимости от состава, 138... 165 °С и продолжительностью
до 2 ч. Образующаяся пленка не является чисто оксидной, а
содержит также некоторое количество фосфатов. Электрохимическая
обработка заключается в анодном оксидировании в горячих
щелочных растворах окислителей. Термическое и термохимическое
оксидирование производят нагревом изделий в расплавленной селитре или
на воздухе.
На алюминии оксидная пленка состоит из прилегающего к
металлу слоя окиси А1203 и внешнего слоя гидратированной окиси
А12Оэ ■ Н20. Пленка естественного происхождения или полученная
химическим путем, толщиной от 0,5 до 5 мкм, прочно сцепляется с
основным металлом, обладает значительной твердостью и высокой
износостойкостью, имеет пористость в среднем около 20 % и
жаростойкость до 1500 "С. Оксидирование с последующим
пропитыванием пленки смазочным материалом с коллоидным графитом служит
основой для изготовления алюминиевых подшипников с высокими
антифрикционными свойствами.
Электрохимическим путем на алюминии и его сплавах получают
пленки толщиной от 3 мкм до 0,3 мм; процесс получения окисных
пленок толщиной более 60 мкм называют глубоким анодированием.
Такой обработке могут подвергаться сплавы с содержанием не более
4,5 % Си и 7 % 81. Пленка имеет высокую твердость, которая
несколько снижается у самой поверхности, где эта пленка слегка разрыхлена
под действием электролита. Получающееся твердое анодное
покрытие достаточно износостойко. При анодной обработке
оксидированный слой образуется как за счет углубления в толщину металла, так и
за счет наращивания пленки на его поверхности. Таким образом, при
анодировании наружные размеры детали увеличиваются примерно
на толщину слоя. Анодное покрытие можно притирать и полировать.
Анодированный слой неудовлетворительно работает в паре с
электрическим хромовым покрытием.
Глубокое анодирование поршней из алюминиевых сплавов
двигателей внутреннего сгорания повышает надежность их работы
(уменьшается число заклиниваний поршней) и снижает скорость
изнашивания кольцевых канавок поршня. Имеется положительный
17*

356
ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
опыт использования анодированных зубчатых передач из
алюминиевого сплава вместо бронзовых в часовых механизмах и
анодированных цилиндров из алюминиевых сплавов вместо стальных в
гидросистемах. Анодирование находит применение в самолетостроении,
приборостроении и текстильном машиностроении.
Фосфатирование — процесс образования на поверхности
металла пленки нерастворимых фосфорнокислых солей. Фосфатирование
производят химическим (в ванне либо в струе раствора) или
электрохимическим способом. Температура ванны для черных металлов не
выше 99 °С. Раствор, в котором производится фосфатирование
черных металлов, содержит фосфорнокислые однозамещенные соли
железа Ре(Н2Р04J и марганца Мп(Н2Р04J или железа и цинка. В воде
соли гидролизуются, образуя насыщенный раствор двух- и трехзаме-
щенных фосфатов и свободную ортофосфорную кислоту Н3Р04 по
реакции
5МеН4(Р04J -> 2МеНР04+ Ме3(Р04J + 6Н3Р04,
где Ме — атом железа или марганца.
Погруженный в раствор металл растворяется с поверхности, при
этом бурно выделяется водород из фосфорной кислоты с
замещением его железом по схеме:
ЗРе + 2Н3Р04 = Ре3(Р04J + ЗН .
Образование кристаллов фосфата железа на фосфатируемой
поверхности стимулирует выпадение на ней МеНР04 и Ме3(Р04J в
твердую фазу и кристаллизацию. С ростом пленки поверхность металла
изолируется от раствора, скорость процесса уменьшается вплоть до
его прекращения. Фосфатная пленка состоит в основном из
фосфатов марганца и железа — МпНР04 ■ ЗН20 и РеНР04 ЗН20.
Фосфатная пленка черных металлов:
- имеет толщину от 2 до 50 мкм и структуру от мелко- до
крупнокристаллической в зависимости от состава раствора и режима
процесса;
- изменяет незначительно размеры изделия;
- весьма прочно сцепляется с основанием;
- не смачивается расплавленным металлом;
- жароустойчива до температуры 600 °С;
-устойчива в обычных атмосферных условиях, в смазочных
маслах, нефтепродуктах и во всех газах, кроме сероводорода;
- обладает малой твердостью, невысокой механической
прочностью;
- имеет высокоразвитую пористую поверхность и прочно
удерживает смазочные масла, лаки и краски.

Оксидирование и фосфатирование
357
Фосфатное покрытие, как и оксидное, представляет собой при
истирании тончайший абразив; оно во много раз более коррозионно-
стойко, чем оксидное, полученное в щелочных растворах, обладает
электроизолирующими свойствами.
Фосфатирование в сочетании с последующим лакокрасочным
покрытием широко используют как коррозионностойкое покрытие;
однако оно может применяться и как приработочное. Схема действия
покрытия при трении такова. Вначале сила трения фосфатированной
поверхности по фосфатированной либо по любой другой
значительна. Затем кристаллы фосфата на выступах неровностей
контактирующих поверхностей быстро срабатываются и начинают действовать
как абразив. Коэффициент трения уже от начала движения резко
убывает и продолжает снижаться по мере приработки. Кристаллы
фосфата в начальной стадии работы пары предохраняют ее от
заедания.
На рис. 4.1 показана стальная фосфатированная поверхность в
стадии приработки, когда часть фосфатной пленки (темное поле)
сработалась и выступает стальная основа (белое поле).
Имеется положительный опыт фосфатирования поршневых
колец двигателей внутреннего сгорания, цилиндровых гильз и втулок
крупногабаритных двигателей, поршневых пальцев, верхних головок
шатунов, зубчатых колес и т.д. Тонкая фосфатная пленка с
последующим пропитыванием ее смазочным маслом защищает от коррозии
гайки, болты и другие крепежные детали. Вместе с тем, фосфатиро-
Рис. 4.1. Стальная фосфатированная поверхность в стадии приработки (х 100)

358
ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
вание позволяет предупреждать часто наблюдаемые задиры на
опорных торцах гаек при их завертывании.
Основные преимущества фосфатного покрытия по сравнению с
оксидным на черных металлах заключаются в большей толщине,
большей пористости и меньшей твердости. Однако в результате фосфати-
рования несколько возрастает хрупкость стали, что связано с наво-
дороживанием металла и образованием на его поверхности лунок в
процессе фосфатирования.
Фосфатное покрытие в качестве подслоя для дисульфида
молибдена увеличивает прочность сцепления последнего и противозадир-
ные свойства поверхностей.
3. Сульфидирование
Сульфидирование — термохимический процесс обработки
изделий, изготовленных из сплавов на железной основе, для обогащения
их поверхностных слоев серой. Растворимость серы в железе
ничтожна, добавки марганца или никеля заметно повышают ее. С железом
сера образует химические соединения: односернистое железо Ре8 —
кристаллическое хрупкое при нормальной температуре вещество,
окисляющееся примерно при 600 °С с образованием 802 и окислов
типа Ре2Ол двухсернистое железо Ре82, разлагающееся при
температуре 68^°С и атмосферном давлении на Ре8 + 8; трехсернистое
железо Ре283, распадающееся при нагревании до 200...300 °С на Ре82и Ре8.
Чистое железо и его сульфид Ре8 образуют в расплавленном
состоянии при температуре 985 °С эвтектику [5].
Сульфидирование производят в жидкой, твердой или газовой
серосодержащей среде; оно может быть низко-, средне- E40...580 °С) и
высокотемпературным (850...950°С). В зависимости от состава
среды, температурного режима и длительности обработки в
поверхностном слое изделия наряду с Ре8 и Ре82 могут образовываться и
другие фазы. Возможны только следы сульфидов железа или их полное
отсутствие, а поверхностный слой будет насыщаться только азотом
либо углеродом, или же просто образуется крупнокристаллическое
железо либо окислы железа.
Низко- и среднетемпературное жидкостное сульфидирование
проводят в соляных ваннах. В их состав входят: нейтральные соли,
назначение которых — поддерживать температуру ванны в соответствии
с заданным режимом; активные соли, обеспечивающие процесс суль-
фидирования; регенерирующие соли, которые поддерживают
постоянную концентрацию активных солей, вступая в реакцию с
остаточными продуктами их разложения. По данным НИИХИМАШа,
ванна, работающая при температуре 540...580 °С и дающая почти чистое
сульфидирование, содержит 51,0% сернокислого натрия Ыа?804,
41,6 % хлористого калия КС1, 1,8 % роданистого натрия №СИ5 или
калия — тиосульфата натрия Ка282Ог Первые две соли образуют ней-

Сульфидирование
359
тральный расплав, третья является активной, а последняя служит для
регенерации. В ванне происходят две реакции — сульфидирование
металла и регенерация сульфидирующей соли:
ЫаСЫ8 + Ре -> ЫаСИ + Ре8;
ЫаСЫ + Иа2 8203 -> №СИ8 + Ыа2804.
При выдержке 15 мин стального образца в ванне основной
фазой в поверхностном слое является а—Ре, фаза Ре8 содержится в
незначительном количестве; при выдержке 1 и 2 ч поверхностный слой
будет представлять собой крупнокристаллический Ре8. Наибольшая
глубина сульфидирования 0,04 мм.
Для сульфидирования при температуре 175...200 °С, помимо
других, используется ванна из 85 % роданистого калия и 15 % алюмини-
ево-калиевых квасцов. Пятичасовая выдержка может дать слой
сульфидов глубиной до 5...8 мкм. Кратковременная выдержка изделий в
течение 1 ...2 ч в этом температурном интервале приводит в основном
к образованию на поверхности крупнокристаллического железа или
его окислов. Низкотемпературная обработка малоэффективна. Она
может быть целесообразной при совмещении операций
сульфидирования и низкотемпературного отпуска закаленных изделий из
углеродистых и низколегированных сталей.
Разновидностью сульфидирования является сульфоцианирование,
ванны для которого составляются из солей, обеспечивающих
цианирование, солей серы и нейтральных солей. При сульфоцианировании
происходит насыщение поверхности ферросплава серой, азотом и
углеродом. Структура сульфоцианированного слоя примерно
такова: поверхностный сульфидный слой глубиной до 15...20 мкм
помимо Ре8 содержит Ре2С, нитриды и а—Ре; под ним располагаются зоны,
по структуре анологичные азотированным слоям, с тем отличием, что
в их состав входят не чисто нитридные, а карбонитридные фазы и
цементит. Сульфоцианирование проводят обычно при температуре
540...580 °С с выдержкой в ванне от 1 до 3 ч, в зависимости от
обрабатываемого изделия. Глубина слоя — около 0,04 мм [1].
В качестве твердой среды для сульфидирования применяют
дробленное до грануляции карбюризатора сернистое или двухсернистое
железо. Изделия упаковывают в герметически закрывающиеся
ящики, которые загружают в печь и выдерживают в течение 5 ч при
температуре 540...570 °С или 10 ч при 900...930 °С. Глубина диффузии серы
при среднетемпературной обработке такая же, как и при жидкостном
сульфидировании; при высокотемпературной обработке она доходит
до 1 мм.
Способ газового сульфидирования, предложенный НАТИ,
заключается в обработке изделий при температуре 560 °С в муфеле печи,
куда подают серомасляную суспензию в виде капель и аммиак. По

360
ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
сути это процесс сульфоцианирования. Толщина поверхностного слоя,
в котором обнаруживаются сульфиды или нитриды, достигает при
газовом сульфидировании 0,1 мм. Изделия проходят сульфидирова-
ние после полной механической обработки и обезжиривания;
желателен небольшой подогрев перед загрузкой в ванну. После
охлаждения обработанных изделий до температуры Ю0...120°С их
промывают и погружают в масло, нагретое до температуры 120°С.
Шероховатость поверхности после сульфидирования
значительно выше исходной. Сульфидирование сопровождается некоторым
увеличением размеров деталей. Деформация деталей в результате
низко- и среднетемпературной обработки незначительна.
Эффект сульфидирования сводится к следующему. Сульфидная
пленка, имеющая меньшую прочность, чем основной металл, легко
разрушается при трении и отделяется от основания без
пластического его деформирования, предотвращая схватывание трущихся
поверхностей. На участках непосредственного контакта поверхностей, где
при трении развиваются высокие локальные температуры, на
поверхности, не насыщенной серой, образуются сернистые соединения
железа, переходящие частично в продукты износа. Сульфидный слой и
продукты его износа обладают высокой адсорбционной
способностью и активизируют действие смазочного масла. Эти обстоятельства,
в совокупности с малыми размерами и незначительной царапающей
способностью продуктов износа сульфидов, ускоряют приработку
поверхностей и обеспечивают их малую шероховатость после
приработки.
В процессе изнашивания сера диффундирует в глубь металла и с
тем большей интенсивностью, чем выше удельная нагрузка. В связи с
этим антифрикционные свойства, присущие сульфидному слою,
сохраняются при износе, значительно превышающем первоначальную
толщину слоя. Однако и исходный сульфидный слой, и
обновляющийся при изнашивании представляют собой зону с постепенно
снижающейся к сердцевине концентрацией сернистых соединений.
Поэтому при значительной величине износа по глубине будет оголен
исходный металл.
В машинах с циркуляционной смазочной системой установка
сульфидированных деталей в отдельные пары трения скажется в
большей или меньшей мере на работе всех пар, в состав которых входят
детали из черных металлов, так как сульфиды будут занесены
маслом на все поверхности трения.
Чистое сульфидирование следует рассматривать только как
способ ускорения приработки и как меру предотвращения задиров на
время присутствия сульфидов. Так как опасность задиров во время
приработки значительна, то очевидной становится роль
сульфидирования. Чистое сульфидирование не может служить методом
повышения износостойкости, за исключением тихоходных узлов, у
которых сульфидный исходный и регенерируемый слой сохраняются дли-

Сульфидирование
361
тельное время. Сульфидирование железокерамических втулок путем
введения серы в шихту в пределах 0,8... 1 % обеспечивает после
спекания при сохранении механической прочности материала и хорошего
качества поверхности повышенную износостойкость благодаря
равномерному распределению сульфидов в объеме и защитному их
действию на протяжении всего срока службы детали.
Интенсивность изнашивания сульфидированной поверхности во
время приработки выше, чем несульфидированной, однако, начиная
с некоторого момента, она не будет превосходить интенсивности
изнашивания несульфидированной поверхности. Положительный
результат дает сульфидирование даже одной из поверхностей трения.
Нагрев сульфидированных деталей до 500 °С не изменяет
содержание серы в поверхностных слоях; при нагреве свыше 600 °С сера
выгорает.
Сульфидирование не может служить средством защиты от
коррозии. Оно повышает износостойкость деталей из черных металлов,
твердость и сопротивление усталости и снижает пластичность
материала. Коррозионная стойкость сульфоцианированной стали на
воздухе и в воде не ниже цианированной. Сульфидируют цилиндровые
втулки, поршни и кольца двигателей внутреннего сгорания,
компрессоров и паровых машин; поршни, подшипники скольжения
компрессоров, насосов, центрифуг и турбин (взамен бронзовых);
подшипниковые втулки различных машин; всасывающие и выпускные
клапаны автомобильных двигателей; кулачки сцепных муфт, гайки
ходовых винтов и т.п. В энергетическом, металлургическом и другом
оборудовании сульфидируют детали подвижных частей, смазка которых
затруднена из-за высокой температуры среды или труднодоступнос-
ти узла.
Замена бронзовых вкладышей тяжелонагруженных подшипников
некоторых машин на сульфоцианированные обеспечивает
увеличение их долговечности в несколько раз. Испытания показали
возможность замены бронзы сульфоцианированным чугуном в червячных
колесах при скоростях скольжения в зацеплении около 2 м/с.
Стойкость режущих инструментов — сверл, метчиков, круглых
гребенок к резьбонарезным головкам, зенкеров, разверток, фасонных
и червячных фрез, сульфоцианированных при температуре 560 °С с
выдержкой в ванне в течение 5...20 мин при предварительном
нагреве до 300...400 °С, в 1,1 ...2 раза выше стойкости инструмента при
обычной обработке и в 1,1... 1,4 раза выше стойкости цианированного
инструмента.

Глава 5. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
1. Электролитическое хромирование
Как технологический метод повышения износостойкости
стальных изделий электролитическое хромирование занимает одно из
первых мест. В настоящее время оно широко применяется в
производстве и ремонте самолетов, автомобильных и тракторных двигателей,
деталей судовых механизмов, горных машин, металлорежущих
станков, измерительного и режущего инструмента и многих других
машин и оборудования. Номенклатура хромированных деталей только
в авиационной технике составляет несколько сотен наименований.
Механизм осаждения хрома. В большинстве случаев состав для
хромирования готовят из двух компонентов — хромового ангидрида
СЮ3и серной кислоты Н2804. Соотношение между ними имеет
важное значение, влияя на выход хрома по току. Максимальный выход
по току получается при соотношении Сг03 и Н280, близком к 100.
Наиболее распространенный электролит содержит 200...250 г/л
хромового ангидрида, но могут быть электролиты с меньшей
концентрацией, до 150 г/л. Электролиз осуществляется со свинцовым анодом.
В процессе электролиза происходит некоторое накопление
трехвалентного хрома (Сг203); на аноде протекают, в основном, два
процесса — окисление трехвалентного хрома в хромовую кислоту и
выделение кислорода, который, взаимодействуя со свинцом, образует на
поверхности пленку перекиси свинца. На катоде в растворе чистой
хромовой кислоты образуется плотная коллоидная пленка из основных
хромовокислых соединений хрома. Эта пленка препятствует
отложению хрома на катоде. Серная кислота способствует разрыхлению
пленки и восстановлению хромовой кислоты до металлического
хрома. Таким образом, процессы на катоде сводятся в основном к
ступенчатому восстановлению хромовой кислоты и сопровождаются
выделением ступенчатого хрома и водорода. В последнее время
высказано иное предположение о действии серной кислоты; она
способствует образованию коллоидной пленки, и осаждение на катоде
происходит за счет восстановления веществ, входящих в состав самой
пленки. Это предположение, однако, еще недостаточно доказано.
Физико-механические свойства электролитического хромового
покрытия. Хром отличается высокой плотностью, значительной
прочностью сцепления со сталью и химической стойкостью. Свойства его
в значительной степени зависят от режима осаждения. По данным
Г.С. Левитского [4], варьируя только плотностью тока и
температурой раствора электролита, можно изменить твердость осадков в
пределах НВ 450... 1000. При этом износостойкость покрытия может
измениться почти в 10 раз. Хром имеет более отрицательный потенци-

Электролитическое хромирование
363
ал, чем железо, но не защищает последнее электрохимически ни на
воздухе, ни в окислительной среде. Дело в том, что окисная пленка,
покрывающая поверхность хрома, сдвигает его потенциал в
положительную сторону, поэтому в гальванической паре с железом хром
является катодом.
А/дм2
Рис. 5Л Характерные зоны хромовых покрытий:
/ - блестящие, гладкие, твердые осадки; 2 - блестящие, гладкие осадки, менее твердые, чем
в зоне 1; 3 - гладкие, полу блестящие и очень твердые осадки; 4 - молочно-матовые осадки с
малой твердостью; 5 - матовые шероховатые и хрупкие осадки
На рис. 5.1 показаны характерные зоны хромовых покрытий,
полученных при различной плотности тока. При микроскопическом
исследовании можно установить, что на блестящей поверхности
хромового покрытия имеется сетка тонких трещин, в то время как на
матовой поверхности трещины невидимы. Трещины начинают
образовываться при толщине покрытия около 0,01 мм. При
хромировании на большую толщину они не "залечиваются", а перекрываются,
и в последующих слоях образуются новые трещины. Таким образом,
блестящее хромовое покрытие имеет видимые и скрытые трещины
(поры). Плотность сетки трещин зависит от режима хромирования [6].
При повышенной температуре электролита получаются
молочно-матовые осадки хрома, обладающие наименьшей пористостью.
При антикоррозионном хромировании используют режимы,
обеспечивающие именно такие осадки покрытия. Однако, независимо от
природы, эти осадки не защищают стальные изделия от коррозии.
Что касается герметичности износостойкого хромового покрытия, то
слои толщиной свыше 60 мкм даже гладкого хрома не обеспечивают

364
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Слой гладкого
Место пра&ляния
воздуха
"V Дозауг Р*14МГа
Стенка трубы
Рис. 5.2.Конструктивная схема устройства для определения продольных трещин в
гладком слое хрома:
газонепроницаемости при высоких давлениях. На рис. 5.2 показана
схема устройства для контроля хромового покрытия на наличие
трещин. Длина трещины может достичь 150 мм.
Коэффициент теплопроводности хромового покрытия в
несколько раз выше, чем у железа и его сплавов (для железа он
составляет 0,10...0,16, быстрорежущей стали — 0,035...0,055, хрома — 0,65,
меди _ 0,92). Коэффициент линейного расширения хрома в 1,5 раза
меньше, чем у стали, однако при нагревании изделия отслаивания
покрытия не происходит.
Хромовое покрытие плохо смачивается маслами. Добавка к
минеральным маслам жирных кислот, благоприятно влияющая
на смазывание стали, не оказывает на хромовое покрытие
никакого действия. Для усиления смачиваемости в этом случае
прибегают к созданию на поверхности покрытия углублений, каналов
или пор.
Отжиг хромового покрытия при температуре 300 °С не изменяет
его структуры; при отжиге при 500 °С заметна рекристаллизация
покрытия. Полная его рекристаллизация происходит при температуре
700 °С. По другим данным, температура рекристаллизации серых
осадков колеблется в пределах 850...950 °С. У блестящих осадков хрома
полная рекристаллизация происходит при температуре примерно
1075 °С.
Повышение теплостойкости и кислоупорности хромового
покрытия до температуры 950... 1000 °С с сохранением высокого сопротив-

Электролитическое хромирование
365
1^:9\4 *-. ,>•>' .Л/
д)
Рис. 5.3. Пористое хромовое покрытие (х 30) с мелкой (а), средней (б), крупной (в),
точечной (г) и пятнистой (д); без увеличения сетки пористости

366
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
ления изнашиванию может быть достигнуто карбидизацией
покрытия путем воздействия на него паров бензина при температуре
950... 1050 °С Покрытие приобретает также стойкость против
окисления при высоких температурах и высокую кислотоупорность. Это
связано с тем, что карбиды заполняют трещины в покрытии.
Виды износостойких хромовых покрытий:
1) гладкий хром;
2) гладкий хром, осажденный на поверхность с механически
нанесенными углублениями (хром по накатке);
3) пористый хром;
4) пятнистый хром (хром с сотовой пористостью).
Пористый хром можно подразделить на хром с крупной, средней
и мелкой сетками пористости. Пористость может быть и точечной.
Крупная сетка пористости имеет от 5 до 12 площадок на 1 мм2,
средняя - от 12 до 25, мелкая — от 100 до 500. На рис. 5.3 показаны
некоторые виды износостойкого хрома [2].
Хром по накатанной поверхности цилиндров двигателей
получают по следующей технологии. Зеркало цилиндра, подлежащее
хромированию, шлифуют; затем на него наносят углубления —
производится накатка, для чего цилиндр устанавливают в четырехкулачко-
вый патрон токарного станка (рис. 5.4), а юбку цилиндра опирают на
люнет.
Г№шща
^ ч Шаимкм
е^
е-
*
Изделие
Ш8ШЗЖ
Нтттшшй ршлиж
I
Рис. 5.4. Схема накатки зеркала цилиндра на токарном станке
Примечание: допускаемое биение 0 28-0*05 не более 0,08 мм.
Калить в соляной ванне НЯС = 60...64. Материал - сталь Р9.

Электролитическое хромирование
367
Перед накаткой биение поверхности не должно превышать
0,04...0,05 мм. Зеркало цилиндра смазывают маслом для облегчения
пластической деформации материала при накатке и уменьшения
износа накатного ролика.
Ролик и накатанная поверхность зеркала цилиндра показаны на
рис. 3.2 и 3.1 (стр. 94—95). Ролик устанавливают в оправку,
закрепленную в резцедержателе. На коробке продольных подач
устанавливают требуемый шаг. Поперечную подачу ролика (усилие,
прикладываемое к нему) для получения определенной глубины отпечатка
подбирают опытным путем. После накатки цилиндры хонингуют до
полного удаления металла, поднятого вокруг лунок. Затем
цилиндры хромируют (примерный режим: температура 55 °С, плотность тока
45 А/дм2), после чего вновь хонингуют для получения требуемой
шероховатости поверхности [7].
Пористость хромового покрытия может быть достигнута
химическим или электролитическим травлением. Химическое травление,
к которому прибегают редко, проводят в растворе соляной кислоты.
К травлению пригодны блестящие виды хромового покрытия.
Молочные и серые осадки протравить надлежащим образом не удается.
Для протравливания осадка толщина покрытия должна быть не
менее 0,06 мм; в противном случае возможно протравливание до
основного металла. При травлении, наряду с образованием пористости,
несколько уменьшается толщина покрытия. Плотность сетки
пористости при травлении зависит в основном от режима хромирования
детали. Мелкая сетка образуется в случае хромирования в интервале
температур 55...58 °С, средняя — в интервале 58...61 °С и крупная
сетка — в интервале 61...64 °С. Точечный хром образуется в результате
значительного протравливания хрома со средней сеткой пористости
и последующей механической обработки. После образования
пористости покрытие хонингуют или притирают. В дальнейшем
необходима тщательная горячая промывка деталей для полного удаления
абразивных частиц из пор.
Сущность пятнистого хромирования заключается в образовании
на поверхности детали покрытия путем анодного растравливания
отдельных углублений. Анодная обработка осуществляется с
помощью алюминиевого экрана с расположенными в шахматном порядке
отверстиями. Преимущество пятнистого хромирования перед
пористым: оно легче поддается контролю, не требует строгого
поддерживания температуры и состава электролита, меньше расходует
хромового ангидрида и электроэнергии.
Механическая обработка деталей до и после хромирования [5].
Механическая обработка деталей до хромирования имеет
назначение подготовить поверхность для хорошего ее сцепления с хромом,

368
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
что требует возможно меньшей ее шероховатости. Следует также
учесть, что хромовое покрытие при отсутствии острых углов на
покрываемой поверхности точно воспроизводит ее рельеф при
толщине слоя покрытия менее 0,05 мм. Для хромирования пригодна
поверхность после тонкого шлифования, хонингования, подвергнутая
доводке или полированию. Для деталей, у которых толщина слоя
покрытия более 0,05 мм, достаточно тонкого шлифования. При
осаждении покрытий такой толщины полирование перед хромированием
нецелесообразно, так как после хромирования исходная
шероховатость поверхности не переходит на новую поверхность. Хромовое
покрытие плохо наносится на слой Бейлби. В некоторых случаях этот
слой и пленку загрязнений, образующихся при шлифовании,
удаляют крацеванием тонкими фибровыми или стальными щетками. Хо-
нингование до и после хромирования применяют главным образом
для цилиндров двигателей.
При шлифовании хромированных деталей часто наблюдаются
шлифовочные трещины, которые могут иметь место не только в
самом слое хрома, но и в основном металле; они особенно опасны для
деталей, работающих при значительных переменных нагрузках. Так
как хром по фазовому составу однороден, то природа трещин здесь
иная, чем у шлифовочных ожогов на стальных изделиях. Трещины
образуются даже при незначительном нарушении режимов резания.
Происходит это потому, что временные температурные напряжения,
возникающие при шлифовании, складываются с собственными
растягивающими напряжениями в хромовом слое, а также с
напряжениями, вызванными различием коэффициентов линейного растяжения
хрома и стали.
Наиболее часто шлифовочные трещины образуются на
закаленных и азотированных сталях. Весьма чувствительны к трещинам сталь
Х18142 (ЭИ 69) и закаленная сталь 30ХГСА. При толщине слоя
хрома менее 0,03...0,05 мм трещины могут быть выявлены магнитным
методом, для большей толщины покрытия необходимо применение
цветового метода. Для предотвращения шлифовочных трещин на
хромированных деталях А.А. Михайловым предлагается следующий
режим шлифования закаленных и азотированных деталей:
поперечная подача 0,003...0,015 мм, продольная подача на один оборот
детали 2... 10 мм; окружная скорость детали не ниже 10 м/мин; окружная
скорость шлифовального круга 20...35 м/с. Шлифование должно
производиться при интенсивном охлаждении (расход жидкости не менее
15 л/мин) при своевременной заправке круга. Шлифовальные круги
должны быть из электрокорунда нормального или белого, на
керамической связке, зернистостью 60...80, твердостью СМ1, средней и

Электролитическое хромирование
369
открытой структур. В отношении хонингования действуют эти же
правила.
Толщина хромового покрытия на деталях. При большой толщине
покрытия возникает опасность отслаивания осадка. Тем не менее
применяют толщины до 1,6 мм.
Толщину хромового покрытия выбирают в зависимости от
назначения деталей, условий их работы и срока службы. Так, по
данным В.А. Шадричева, массовым микрометрированием деталей
автомобилей, поступающих в капитальный ремонт, установлено, что в
среднем износ деталей не превышает 0,1 ...0,3 мм и лишь у некоторых
из них достигает 0,55 мм. Таким образом, автомобильные детали
нецелесообразно хромировать на большие толщины.
Детали с небольшой толщиной покрытия хромируют "в размер".
Так, калибры покрывают слоем толщиной 5...7,5 мкм, что не требует
последующей механической обработки. Отклонение по толщине слоя
не превышает 10 % благодаря строгому соблюдению режима
хромирования. Для такой толщины время хромирования составляет около
15 мин. Толщина покрытия для напильников, сверл, долбяков
составляет 0,05 мм; пресс-форм для пластмасс — 0,01 мм; фильер,
матриц — 0,05 мм; подшипников скольжения, валов насосов,
поршневых пальцев — 0,2 мм и выше. Последние детали требуют после
хромирования механической обработки, поэтому толщина осажденного
слоя хрома должна быть увеличена. Номинальная толщина слоя для
крупных валов составляет 1,4 мм. При скорости осаждения хрома
0,02 мм/ч время хромирования шейки вала 72 ч. Поршневые кольца
автотракторных двигателей хромируют, выдерживая толщину слоя
0,10...0,15мм.
При хромировании деталей пористым хромом необходимо иметь
в виду, что пористость не должна доходить до основного материала.
Пористое покрытие вследствие деформирования имеет повышенную
шероховатость поверхности, что вызывает необходимость большего
снятия металла при механической обработке.
Рассмотрим вопрос о припусках на толщину хромового
покрытия для цилиндров двигателей внутреннего сгорания при пористом
(канальчатом) хромировании и хромировании по накатке. При ка-
нальчатом хромировании необходим припуск на дехромирование, на
механическую обработку и, при малой толщине хромового слоя,
припуск на то, чтобы каналы не доходили до основного металла. Таким
образом, общий припуск при пористом хромировании составляет
0,06 мм. При хромировании по накатке нужен только один
припуск — на механическую обработку, который составляет примерно
0,01... 0,02 мм.
24 - 2039

370
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Прирабатываемость хромового покрытия [2]. Электрический хром
в силу своей высокой твердости трудно прирабатывать, что,
совместно с его плохой смачиваемостью маслами, затрудняет применение
гладкого хромового покрытия в ряде узлов трения. Хромовое
покрытие имеет весьма прочную и тонкую окисную пленку на поверхности,
препятствующую осаждению на хром каких-либо мягких прирабо-
точных покрытий. Адгезия тонких приработочных покрытий на
хромовом слое может быть осуществлена путем механического
внедрения мягких материалов в неровности поверхностного слоя хрома.
Метод повышения прирабатываемости пористо-хромированных
поршневых колец путем нанесения тонких слоев олова и свинца был
разработан Д.В. Плетневым и В.Н. Брусенцевой [6].
Пористость хромового покрытия способствует упругой и
пластической деформации его тонких поверхностных слоев. Наиболее
напряженные участки могут скалываться, при этом продукты
скалывания на малом пути трения скатываются в поры. В процессе
изнашивания некоторые каналы в хроме полностью затекают.
Одним из методов улучшения прирабатываемости пары хром-
сталь может быть оксидирование или фосфатирование стальной
поверхности. Твердая фосфатная или окисная пленка, прочно
удерживаясь на стальной поверхности, является как бы тонким
притирочным материалом, оказывая шлифующее действие на хромовое
покрытие. Опыты показывают, что в некоторых случаях нагрузка заедания
пары сталь - хром при фосфатировании стальной поверхности
может быть увеличена в 1,5 раза.
Для лучшей приработки поршневых колец их хромируют
пористым хромом с мелкой пористостью до глубины 1/4... 1/5 слоя хрома. В
период приработки пористый слой срабатывается, и находящееся в
порах масло препятствует схватыванию поверхностей. В
приработанном состоянии опасность схватывания уменьшается, и здесь уже
требуется только наивысшая износостойкость.
Методом улучшения приработки хромированных рабочих
поверхностей цилиндров двигателей является создание на стенке
гильзы слоя пористого хрома с последующим нанесением на него
тонкой пленки дисульфида молибдена с коллоидным графитом
и слоя органического вещества, обугливающегося при нагреве
(патент США № 2980593). Нагрев цилиндра производят снаружи
газовой горелкой до температуры не менее 230...290°С.
Указывается, что такой метод не только предотвращает задиры в стадии
приработки, но и исключает возможность их возникновения в
эксплуатации.

Электролитическое хромирование
371
Влияние хромирования на сопротивление усталости [1].
Хромирование, не оказывая заметного влияния на статическую прочность
сталей, снижает их сопротивление усталости. Основной причиной этого
считается наличие в слое хрома растягивающих напряжений,
возникающих при формировании его в ванне. В результате их действия,
усиливаемого высокой хрупкостью покрытия, образуются трещины,
которые становятся концентраторами напряжений. Шиферность
изломов испытуемых образцов и деталей свидетельствует о том, что
разрушение происходит по семейству прогрессивно развивающихся
микротрещин.
Тщательными испытаниями на чистый круговой изгиб гладких
образцов и образцов с круговым надрезом, изготовленных из стали 40,
было установлено, что электролитическое покрытие хромом
снижает предел выносливости до 22 % для гладких образцов и до 8 % для
образцов с надрезом. Это дало повод ряду авторов рекомендовать
ограниченное хромирование для деталей, подвергающихся
высокому циклическому нагружению.
Испытания В.С. Борисовым образцов из стали 40ХНМА
твердостью НКС 34...36 (консольных гладких и с концентратором
напряжений в виде поперечного отверстия диаметром 2 мм) обнаружили
значительное снижение сопротивления усталости хромированных
гладких образцов, в особенности при изгибе. Что касается
влияния покрытия на прочность образцов с концентраторами, то, как
видно из таблицы 1, предел выносливости при изгибе снижается
незначительно по сравнению с таковым для нехромированных
образцов, а при кручении отмечается даже повышение прочности.
Испытания коленчатых валов диаметром 82 мм показали, что
сопротивление усталости может быть сохранено как при изгибе, так и при
кручении, если слой хрома на шейках не будет покрывать галтели;
если же хромировать зону поперечных смазочных отверстий на
шейках, то при кручении получается даже некоторый положительный
эффект.
При назначении хромирования для деталей, работающих при
высоких переменных напряжениях, необходимо учитывать
наличие конструктивных концентраторов напряжения и значимость
их как на участке предполагаемого покрытия, так и вне этого
участка.
Низкотемпературный отпуск хромированных деталей D50 °С)
несколько повышает предел выносливости хромированных образцов.
Для снижения остаточных растягивающих напряжений в покрытии
целесообразно хромировать детали при токе переменной
полярности. Ликвидировать отрицательное влияние хромового покрытия
можно предварительным поверхностным упрочнением деталей.
И.В. Кудрявцевым показано, что кратковременное азотирование или
24*

372
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
поверхностное упрочнение обкаткой роликами не только устраняет
отрицательное влияние хромового покрытия на предел
выносливости стальных образцов, но в результате такой комбинированной
обработки (азотирование плюс хромирование) предел их
выносливости становится существенно выше, чем у неупрочненных образцов, не
подвергавшихся хромированию.
Таблица 1
Результаты испытаний на сопротивление усталости стали 40ХНМА
(по В.С. Борисову)
Образцы
Предел выносливости, МПа
при изгибе
при кручении
Гладкие:
нехромированные 510
хромированные (слой хрома 0,2 мм) 250
С поперечным отверстием:
нехромированные 300
хромированные (слой хрома 0,2 мм) 290
330
250
160
200
Прочность хромового покрытия при циклических контактных
нагрузках [2]. Прочность слоя покрытия возрастает с увеличением
прочности стального основания и толщины слоя; она больше для
молочных осадков, чем для блестящего покрытия. Предел выносливости
4 5
/V, млн. циклов
Рис. 5.5. Кривая сопротивления усталости хромового покрытия толщиной 0,15 мм,
нанесенного на сталь 25

Электролитическое хромирование
373
хромового покрытия, нанесенного на нормализованную сталь
12Х2Н4А с толщиной слоя 0,03 мм, составляет примерно 500 МПа.
При толщине слоя в 0,3 мм предел прочности повышается более чем
в 2 раза. Циклическая контактная прочность покрытия на стали 25
меньше прочности основания. Термообработка мало влияет на
циклическую контактную прочность покрытия.
На рис. 5.5 представлена кривая выносливости блестящего
хромового покрытия толщиной 0,15 мм, нанесенного на сталь 25.
Влияние режима хромирования и отпуска хромового покрытия при
температуре 250 °С в течение 2 ч на контактную прочность
иллюстрируется на рис. 5.6. Состав ванны: СЮ3 — 250 г/л, Н2804 — 2,5 г/л.
Толщина слоя хрома 0,1 мм. Блестящий осадок хрома был получен при
режиме: температура электролита 60 °С, плотность тока 60 А/дм2;
молочный осадок — при температуре электролита 60 °С и плотности
тока 20 А/дм2. Испытание образцов производилось на машине
трения МИ-1М до появления на поверхности поврежденных участков
площадью от 3 до 5 мм2.
то\
а &00\
1000\
м го
/V, или. циклов
Рис. 5.6. Кривые усталостной прочности хромового покрытия толщиной ОД мм.
(основание — сталь 45):
а - молочный хром без отпуска; б - молочный хром с отпуском; в - блестящий хром без
отпуска; г - блестящий хром с отпуском
Большее, чем у блестящих осадков, сопротивление усталости
молочных осадков, объясняется, по-видимому, меньшими в них
остаточными напряжениями; вследствие этого молочные осадки
растрескиваются при более высоких контактных нагрузках.
Термообработка мало влияет на контактную прочность хромовых
покрытий.

374 ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Микроскопическое исследование показало, что в отличие от
разрушения стали и других материалов при контактных нагрузках
разрушение хромового покрытия начинается с появления на его
поверхности сетки трещин. Сетка на гладком непористом хроме
обнаруживается под микроскопом уже после первого миллиона циклов нагру-
жения, независимо от толщины слоя хрома. По мере увеличения
числа циклов нагружения ширина трещины увеличивается, и могут
возникнуть первые повреждения, чаще всего — на пересечении трещин
или у границы. Повреждения могут сливаться и образовывать
области разрушения. При малой прочности стального основания (стали 45
и 25) и больших контактных нагрузках может происходить
пластическое деформирование (раскатывание) рабочей поверхности, при
этом в образовавшиеся трещины затекает основной материал. На
более твердом основании затекания материала не происходит.
Возникшие трещины развиваются в основном материале под слоем
хрома, параллельно покрытию.
Рис. 5.7. Трещина вдоль слоя хрома в основном металле (основание — сталь
12Х2Н4А)
На рис. 5.7 и 5.8 показаны шлифы стальных образцов (сталь
12Х2Н4А и сталь 25) после испытания их на циклическую
контактную прочность.
Прочность хромового покрытия при контактном ударном и кача-
тельном нагружениях. Испытания на первый вид нагружения
проводились на лабораторной установке, позволяющей подвергать покры-

Электролитическое хромирование
Рис. 5.8. Затекание основного металла в трещины хрома (основание — сталь 25)
тие повторным ударным нагружениям на сжатие (прямой удар) и
сжатие со сдвигом. При принятых условиях испытаний материалов их
циклическая прочность повышается при отпуске покрытия; при этом
предел выносливости может достигать 1950 МПа.
Износостойкость и применение электролитического хромового
покрытия. Хромированные поверхности целесообразно применять
при работе в паре с баббитами, мелкозернистым чугуном или с
деталями из мягких и закаленных до средней твердости сталей при
наличии смазки и не слишком высоких удельных нагрузках. Не
рекомендуется хромировать детали, работающие в паре с титаном.
О целесообразности применения хромированных деталей в паре
с бронзами единого мнения нет. Имеется положительный метод
работы пары хром - бронза БрАЖМц в шарширно-болтовых соеднени-
ях шасси самолетов при смазывании пластичным смазочным
материалом ЦИАТИМ-201. В этом случае протекают процессы,
характерные для режима избирательного переноса. Испытание же
хромированных поршневых пальцев автомобильных двигателей в паре с
бронзой БрОЦС 6-6-3, выполненные В.А. Шадриным, показали
неудовлетворительные качества таких пальцев — бронза налипала на
хром. Отмечается также большая склонность хрома к схватыванию
со свинцовистой бронзой. Большую роль в надежности пары хром -
бронза играет смазочный материал. Он должен химически
взаимодействовать с материалами контактирующих поверхностей, поскольку
адсорбционное взаимодействие хрома со смазочным материалом слабое.
Алюминий и его сплавы с хромовым покрытием работают
плохо. Так, при эксплуатации хромированных цилиндровых втулок на

376 ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
тепловозных дизелях отмечались случаи схватывания поверхности
поршней из алюминиевых сплавов ПС 12 с зеркалом цилиндра
(Т.В. Ларин и В.М. Асташкевич).
Хромовое покрытие, благодаря высокой твердости, мелкодиспер-
сности, хорошей теплопроводности и теплостойкости, обладает
высоким сопротивлением изнашиванию в условиях трения при
граничной смазке. Хром в ряде случаев в 4...5 раз более износостоек, чем
азотированная сталь, и в 10... 15 раз, чем конструкционная.
Хромирование, однако, не заменяет цементации и закалки. Целесообразность
хромирования закаленных и цементированных сталей определяется
большей износо- и коррозионной стойкостью хрома.
Изучение И.С. Воронициным механизма изнашивания
хромового покрытия методом рентгеноструктурного анализа показало, что
поверхностные слои хрома в процессе трения наклёпываются,
получая значительную пластическую деформацию, после исчерпания
которой происходит отделение мельчайших частиц хрома.
Хром, сам мало изнашиваясь, мало изнашивает и сопряженную с
ним стальную или чугунную поверхность. Лабораторные испытания
образцов на машине трения с вращательным движением в условиях
трения с граничной смазкой (маслом МК), скорости скольжения 5,8 м/
с, температуре 60 °С и разных удельных нагрузках показали, что сталь
изнашивается по пористому хрому в 2,5...9 раз меньше, чем при
трении по баббиту Б83 (рис. 5.9).
6
со
2
0 2 4 6 8 10
Нагрузка, Н/мм2
Рис. 5.9. Средние величины износа стальных образцов в зависимости от удельной
нагрузки при трении по пористому хрому G) и по баббиту Б83 B)
На авиационном двигателе М-11ФР была испытана на
номинальной частоте вращения пористохромированная втулка главного
шатуна в течение 1000 ч десятичасовыми этапами; скорость скольжения
5,8 м/с, удельная нагрузка около 10 МПа. Суммарный износ порис-
тохромированной втулки и стального вала составил 0,03 мм.
Практика же ремонта тех же двигателей свидетельствует, что суммарный
износ шеек коленчатых валов и баббитовых втулок главных шатунов
*
ХУ<
г»"
VI
1
—о

Электролитическое хромирование
377
у двигателей, выработавших ресурс D00 ч), составляет от 0,05 до
0,10 мм. При 400-часовых стендовых испытаниях двигателя износ
шейки коленчатого вала был 0,025 мм, а износ баббитовой втулки
шатуна 0,035 мм.
Повышение износостойкости сопряженной поверхности,
работающей в паре с хромом, до некоторой степени может быть объяснено
результатами испытаний С.Д. Стренга и Д.Т. Барвелла на износ
чугунных и стальных гильз и хромированных радиоактивных (Сг51)
поршневых колец двигателя внутреннего сгорания. Зеркало цилиндра
перед каждым испытанием хонинговалось и притиралось чугунными
кольцами, после испытания определенной продолжительности
тщательно очищалось от продуктов износа, и на рабочую поверхность
накладывалась рентгеновская пленка. Эталоном интенсивности
засвечивания пленки служил стержень, покрытый радиоактивным
хромом. Опыты свидетельствуют, что в процессе трения происходил
перенос хрома с поршневых колец на цилиндры. Перенесенный слой
имел толщину в среднем 0,00075 мкм — это около двух атомных
расстояний металлического хрома. С увеличением продолжительности
испытаний количество хрома на зеркале цилиндра не увеличивалось.
Наибольший перенос хрома отмечался в верхней и нижней частях
цилиндра. Можно предположить, что хромированное кольцо
работает по слою атомарного хрома.
Для каждого вида хромового покрытия должны быть
определены наиболее выгодные условия его применения. Гладкий хром
целесообразно применять для деталей, работающих в условиях
достаточной смазки и при небольших скоростях скольжения. Здесь он
проявляет по сравнению с другими видами покрытия наибольшую
износостойкость. В иных условиях гладкая поверхность хрома
неработоспособна — на ней появляются риски и задиры. Лабораторными
испытаниями в условиях трения при граничной смазке показано, что с
повышением твердости гладкого хрома до 100 МПа скорость его
изнашивания уменьшается, а скорость изнашивания сопряженного
материала имеет минимум при твердости покрытия 8000...8500 МПа
(К.А. Крылов, М.Е. Хаймзон).
Пористое хромовое покрытие, пластически деформируясь,
внедряется отдельными микровыступами в сопряженную поверхность и
затем хрупко скалывается; оно менее износостойко, чем гладкое
покрытие. В условиях же недостаточной смазки преимущество имеет
пористый хром, так как аккумулированный в порах смазочный
материал предотвращает возникновение трения без смазки и образование
очагов схватывания. Пористый хром не способен работать в паре с
мягкими антифрикционными материалами, например с бронзами или
с баббитом, поскольку острые кромки микронеровностей срезают
тонкую стружку мягкого материала, которая впрессовывается в поры
хрома, и в последующем происходит взаимодействие однородных
мягких материалов.

378
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Износостойкость пористого хромового покрытия и сопряженной
с ним поверхности в большой степени зависит от величины
микроплощадок хрома, ширины и глубины каналов между ними.
Применительно к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания было
установлено, что наибольшей износостойкостью обладает пористое
хромовое покрытие с шириной каналов от 0,03 до 0,06 мм и плотностью от
12 до 25 площадок на 1 мм2.
Сравнительные испытания образцов в условиях трения при
граничной смазке показали, что износостойкость хромового покрытия,
нанесенного на накатанную поверхность в 1,5 раза выше
износостойкости пористого покрытия. Данный вывод был подтвержден
проведенными А.А. Поляковым испытаниями авиационных двигателей с
цилиндрами, имеющими хромовое покрытие различного вида.
Пористое хромовое покрытие изнашивает сопряженную поверхность в
2 раза быстрее, чем гладкое покрытие или покрытие на накатанной
поверхности.
Пятнистое покрытие лучше гладкого удерживает смазочный
материал, но прирабатывается труднее, чем пористое покрытие.
Пятнистое покрытие в некоторой степени подобно хромовому покрытию
на накатанной поверхности. Точечный хром обладает лучшими при-
работочными свойствами по сравнению с другими видами покрытий.
Ниже приведены примеры применения электролитических хромовых
покрытий.
Гладким хромом покрывают калибры и измерительный
инструмент, штампы, пресс-формы, гидроцилиндры, плунжеры и т.д. В
гидроаккумуляторе длина хромируемой внутренней поверхности может
превышать 2 м. Разработана технология хромирования режущего
инструмента, позволяющая предупреждать интенсивное отложение
легко скалывающегося хрома на микрозаусенцах режущих кромок.
Стойкость измерительного инструмента при хромировании
увеличивается в 8... 10 раз, инструмента для холодной протяжки — до
5 раз, валков холодной прокатки — от 3 до 4 раз. При хромировании
значительно повышается износостойкость штампов и пресс-форм для
обработки неметаллов. В данном случае основную роль играет
химическая стойкость хрома при обработке смол, пластмасс, резины.
Хромированием режущего инструмента повышают его износосткойкость
от 50 до 200 %, в некоторых случаях — до 20 раз (например сверл,
работающих по латуни). Хромированию подвергают сверла,
зенкеры, развертки, зуборезные инструменты и накатные плашки,
метчики, круглые, шпоночные и шлицевые протяжки, фрезы и др.
Увеличение стойкости инструмента в большей степени проявляется при
работе с мягкими налипающими материалами. Обработка
хромированным инструментом алюминия и магния по сравнению с обработкой
инструментом из твердых сплавов обеспечивает меньшую
шероховатость обработанной поверхности.
Износостойкость деталей при хромировании не повышается, если
их рабочая температура вызывает уменьшение твердости хрома. По-

Электролитическое хромирование
379
этому, например, целесообразно хромировать штампы, работающие
при температурах не свыше 500 °С. Хромирование плунжеров
плунжерных пар увеличивает их износостойкость в среднем в 2Д..З раза
и позволяет полностью восстанавливать изношенные детали. При
этом становится возможной замена высококачественных
труднообрабатываемых сталей (ХВГ) на углеродистые, что повышает
стабильность размеров прецизионных деталей и исключает возможность
заклинивания, вызываемого превращением остаточного аустенита, а
также снижает их стоимость.
В ЦНИИТМАШе была разработана методика размерного
хромирования витков цилиндрических червяков, что позволило
изготовлять червяки из стали 45, а колеса — из той же стали либо из чугуна
СЧ18. При этом отпадает необходимость в закалке или цементации
червяков и в изготовлении венцов червячных колес из бронзы.
Толщина слоя хрома в окончательном виде — 0,10...0,15 мм. Лучшие
результаты показало покрытие пористым хромом с крупной сеткой
пористости; достаточно хорошие показатели были получены и в случае
гладкого покрытия.
Из деталей автомобилей и их двигателей хромируют стержни
толкателей, шкворни, оси шестерен заднего хода, валы водяных
насосов, валики привода распределения, оси педалей сцепления,
стержни переключателя передач, шкворни поворотных кулаков, оси
колодок тормозов, крестовины кардана и дифференциала и другие
детали.
В целях экономии цветного металла и повышения
износостойкости шеек гребных валов катеров и морских буксиров шейки,
работающие на резинометаллических подшипниках, были покрыты хромом.
Однако это не дало положительных результатов вследствие
интенсивной коррозии шеек. С.Я. Колтунов (Одесский судоремонтный
завод № 1) разработал технологию хромирования шеек гребного вала
судов с введением в хромовый электролит ионов кадмия. Это
обеспечило получение беспористого хрома, коррозионная стойкость
которого в течение нескольких лет эксплуатации судов была достаточно
высокой. Состав электролита: хромовый ангидрид 250...270 г/л;
серная кислота 2,1... 1/5 г/л; сернокислый кадмий 2,2...2,5 г/л. Режим хро-
мокадмирования: температура 58...60 °С, плотность тока 40...60 А/дм2.
Толщина слоя хрома при хромокадмировании 1,2 мм.
Окончательная обработка шеек — шлифование.
С освоением процесса пористого хромирования получило
распространение хромирование цилиндрических гильз и поршневых
колец двигателей внутреннего сгорания. Хромированию подлежит либо
гильза, либо кольцо.
Хромированные поршневые кольца хорошо работают в паре с
серым чугуном и азотированной сталью. При работе таких колец не
образуются заусенцы на их кромках. В связи с трудностями прира-

380
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
ботки хрома требования к точности изготовления поршневых колец
и цилиндров повышены. Цилиндры в эксплуатации не должны
коробиться, это требование особенно относится к двухтактным
двигателям. Постановка новых хромированных колец в уже изношенные
цилиндры допустима при овальности последних не более 0,15 % от
диаметра. Должны быть закруглены кромки колец, а в двухтактных
двигателях также кромки окон цилиндра. При пористом хромировании
поршневых колец требования к точности могут быть понижены и
соответствовать требованиям для колец обычного качества.
Поскольку хром обладает малой склонностью к адгезии с маслом, то
встречается рекомендация наносить на цилиндрические рабочие
поверхности колец высотой более 3,5 мм кольцевые канавки для масла. Однако
эта рекомендация сомнительна в том отношении, что канавки через
некоторое время заполняются продуктами износа и нагаром, и
кольцо начинает работать как притир.
В силу большой трудоемкости процесса хромирование гильз не
получило достаточно широкого распространения в
автотракторостроении, где предпочтительно хромируют поршневые кольца,
обычно верхние. Хромирование колец крупных двигателей считается
нецелесообразным, так как в связи с большими допусками на
неточность геометрической формы цилиндров процесс приработки в этом
случае более длителен.
Хромирование поршневых колец по торцевой поверхности
снижает скорость изнашивания канавок поршней. При хромировании
колец повышается также износостойкость цилиндров, но при
хромировании цилиндра, наиболее дорогой детали, срок службы его в
несколько раз больше, чем при хромировании поршневых колец.
Большой интерес представляет хромирование алюминиевых
цилиндров, получившее распространение в ФРГ при производстве
разнообразных автомобильных двигателей (двухтактных и
четырехтактных, карбюраторных и дизельных, с водяным и воздушным
охлаждением). При пробегах более 100 тыс. км средний износ таких
цилиндров оказывается в 7,5 раз меньше среднего износа чугунных
цилиндров.
При больших величинах износа деталей хромирование должно
сочетаться с другими видами их восстановления. Так, фирма
Н.Уап ёег Ногз1 Й.У. (Нидерланды) цилиндровые втулки судовых
двигателей сначала покрывает электролитическим железом, а затем
хромом. Толщина слоя железа достигает 7...8 мм, хрома — 1,6 мм на
диаметр.
2. Электролитическое никелирование (твердое)
Метод предназначается для повышения износостойкости и для
восстановления таких деталей, как коленчатые валы двигателей,
шпиндели металлорежущих станков, поршневые пальцы, гильзы
цилиндров, поршни гидравлических машин, направляющие, втулки

Электролитическое никелирование (твердое)
381
и др. При восстановлении размеров толщина слоя может достигать
1,25 мм.
Коэффициент линейного расширения никеля близок к
коэффициенту линейного расширения стали, в то время как у хрома он в
несколько раз больше. При трении без смазки износостойкость
никелевого покрытия в 2,5...3 раза выше, чем закаленной стали, и на 10...20 %
ниже, чем электролитического хрома. Мощность источников
постоянного тока при никелировании в 3...4 раза меньше, чем при
хромировании, а расход электроэнергии меньше в 20 раз.
Твердое блестящее никелирование получается в электролите
следующего состава (г/л): сернокислый никель 250...300, хлористый
натрий 20...25, борная кислота 30...35, сернокислый аммоний 25...30,
фтористый натрий 3...5, кумарин 0,05, паратолуолсульфамид 2...3. Режим
процесса: температура 45...60 °С; РН = 4,5...4,8; катод —
никелируемая деталь, анод - никель. В процессе электролиза производится
непрерывное перемешивание и фильтрация электролита. Плотность
тока 4...6 А/дм2.
Твердое никельфосфорное покрытие производится в
электролите следующего состава (г/л): сернокислый никель 200...250,
хлористый никель 30*..50, фосфорная кислота 50, гипофосфид натрия или
калия 7,5... 10.
Режим процесса: температура 75...85°С, РН = 1,3...1,8. Катодом
служит покрываемая деталь, анодом — никель. Плотность тока
10...30 А/дм2. Для увеличения твердости и прочности сцепления
покрытия с основным металлом деталь подвергают нагреву в течение
1 ч при температуре 300,..400°С.
3. Железнение [3]
Железнение — процесс электролитического осаждения железа.
Осаждение производят из водных растворов закисных солей железа,
для чего используют хлористые, сернокислые и смешанные
электролиты. Последние содержат соли железа и аммония. Железо
осаждают на катоде; анодом служат прутки или полосы малоуглеродистой
стали с содержанием углерода до 0,1 %. Значительно шире других
применяют горячие хлористые электролиты, обеспечивающее
хорошее качество покрытия в сочетании с высокой производительностью
процесса. В состав этих электролитов входит хлористое железо,
поваренная соль и соляная кислота.
Электролитически осажденное железо отличается высокой
химической чистотой, благодаря чему его коррозийная стойкость выше,
чем у малоуглеродистой стали. По структуре оно состоит из
вытянутых по направлению покрываемой поверхности зерен. Железо,
осажденное из хлористых электролитов, имеет предел прочности
350...400 МПа, относительное удлинение 5... 10 %, твердость
НВ 100...240 в зависимости от состава электролита и условий элект-

382
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
ролиза. Последние совместно определяют размер зерна, содержание
в осадке водорода, величину остаточных напряжений и твердость. При
уменьшении концентрации хлористого железа и соляной кислоты в
электролите, при понижении катодной плотности тока твердость
осадков возрастает, но наряду с этим увеличивается хрупкость и
повышается величина остаточных напряжений в покрытии. Остаточные
напряжения могут вызвать растрескивание, разрыв и отслаивание
покрытия. Достаточно указать, что в покрытиях, полученных в
хлористых электролитах при температуре 95 °С и плотности тока 20 А/дм2,
остаточные напряжения составляют величину порядка 370 МПа.
При нагревании электролитического железа уменьшается
содержание в нем растворенного водорода. Отпуск при температуре
250...350 °С в течение 1,5...2 ч уменьшает водородную хрупкость
осадка, повышает твердость на 5... 10 % и улучшает сцепление с основным
металлом. Прочность довольно велика и колеблется от 20 до 200 МПа
в зависимости от технологии процесса в целом и свойств основного
металла. При повышении температуры отпуска до 500...600°С
остаточные напряжения снижаются на 15...20 %, но при этом и твердость
покрытия убывает на 40...45 % по сравнению с исходной.
Железнение используется в настоящее время для повышения
износостойкости стереотипов, клише и печатных досок. Наиболее
широкое применение железнение нашло недавно как средство
наращивания металла на изношенную поверхность стальных и чугунных
деталей при восстановлении их размеров. Примером таких деталей
могут служить поршневые пальцы двигателей внутреннего сгорания,
шкворни и поворотные цапфы автомобилей, кронштейны рессор,
шпиндели металлорежущих станков.
Железнение является весьма экономичным способом
восстановления деталей: компоненты электролитов недефицитны; скорость
наращивания слоя высока; выход по току примерно в 7...8 раз выше,
чем при хромировании; толщина осадка в зависимости от состава
электролита, постоянства и чистоты его, плотности тока может
достигать 8 мм.
Если необходима более высокая твердость покрытия, например
при восстановлении цементированных изделий, то прибегают к
хромированию или цементации покрытия. Цементацию проводят в
твердом карбюризаторе при температуре 830...850 °С с охлаждением в
соленой воде и с последующим отпуском при 180..200°С в течение 30
мин; твердость покрытия НКС 50...52. Рекомендуется также после
цементации двухступенчатая закалка: первая при температуре 900 °С,
вторая — при 800 °С с охлаждением в воде комнатной температуры и
отпуск при 180...170°С в течение 40 мин; твердость покрытия
НЯС 58...64.
При цементации происходит перекристаллизация
электролитического железа, в результате чего столбчатая его структура исчезает,
а на границе с основным металлом образуются общие зерна феррита,
что способствует увеличению сцепления осадка с основой.

Железнение
383
Для получения непосредственно в ванне износостойких осадков
железа с повышеными механическими свойствами и улучшенной
структурой железнение проводят в легированных электролитах,
содержащих марганец или никель. Присутствие солей марганца в
железном электролите улучшает структуру осадка, делая ее более
мелкозернистой, и примерно втрое повышает сцепление осадка со
сталью и чугуном. В осадке марганец не обнаруживается. В электролите
состава (г/л): 600...700 РеС12, 50... 150 МпС12 и 0,04...0,08 НС1 при
температуре 70 °С и плотности~тока 15 А/дм2 получаются осадки с
твердостью НВ 180...220, пригодные для ремонта деталей средней
твердости. Осадки толщиной до 2 мм и твердостью до НВ 400 можно
получить из электролита состава (г/л): 300 РеС12, 150...200 МпС12,
60...80 1ЧН С1 и 0,06...0,12 НС1 при температуре 65 °С и плотности тока
8...10А/дм\
Покрытия железом, получаемые из хлористых электролитов с
добавкой солей никеля при плотности тока до 100 А/дм2, мало
отличаются от покрытия с добавкой марганца. При плотности тока
20 А/дм2 обнаруживается в осадке никель до 0,5 %.
Осталивание состоит в совместном осаждении на катоде железа
и углерода. Такие осадки можно получить из обычных хлористых
электролитов с добавкой глицерина и сахара. Содержание углерода
в покрытии может быть доведено до 0,6 %. Покрытия принимают
закалку и хорошо обрабатываются на шлифовальных станках; они
получаются пористыми, с мелкими, равномерно распределенными
порами.
Для более широкого внедрения железнения в производство
необходимо изысканием электролитов, менее агрессивных в
коррозионном отношении, чем хлористые, и позволяющих получать осадки
высокого качества при более низких температурах (это упростило бы
подбор материалов для облицовки ванн и потребовало бы менее
мощных нагревательных устройств и систем вентиляции).
Перспективными являются борфтористоводородные электролиты и сернокислые с
добавкой сернокислого алюминия или калия.
Железнение может быть применено также при получении
многослойных покрытий. Так, Б.Д. Грозиным и его сотрудниками было
предложено покрытие из оксидированного слоя железа, наносимого
электролитическим путем на пористый слой хрома чугунного
поршневого кольца. Осажденное на пористый хром железо хорошо с ним
сцепляется, заполняет поры и блокирует отдельные выступы хрома,
предохраняя их от обламывания. Оксидирование железа превращает
его в пористое и сообщает ему тонкие полировочные свойства.
Стендовые и эксплутационные испытания на тракторных двигателях
верхних поршневых колец с толщиной хромового покрытия 140... 160 мкм
и слоем оксидированного железа толщиной 7... 10 мкм поверх хрома
показали хорошую прирабатываемость, в том числе в изношенных
гильзах, надежность при длительной эксплуатации; пик износа гильз
при этом снижается.

384
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Покрытие пористого хрома оксидированным железом обладает
рядом преимуществ по сравнению с покрытием оловом. Слой олова
толщиной 3...5 мкм в условиях повышенной температуры в гильзе
цилиндра является менее эффективным приработочным средством:
он может износиться еще до полной приработки сопряженной пары
и не в состоянии блокировать выступы хрома. Кроме того, олово
является дефицитным материалом.
4. Серебрение
Серебро — ковкий металл с температурой плавления 961 °С,
хорошо смачивается смазочными материалами, обладает весьма
высокой теплопроводностью, стойко к воздействию кислот,
содержащихся в маслах. Благодаря таким преимуществам серебро нашло
применение в качестве материала антифрикционного слоя толщиной до
1,2 мм, наносимого электролитическим путем или путем наплавки на
вкладыши коренных и шатунных подшипников ряда авиационных
двигателей. Вкладыши выполняют из малоуглеродистой стали.
Электролитом служит главным образом комплексная цианистая соль
серебра. Сопротивление усталости слоя высокое; твердость его мало
убывает с повышением температуры.
Трудности технологии серебрения заключаются в обеспечении
прочности сцепления слоя с основой. Применение подслоя никеля или
меди для улучшения сцепления, судя по литературным источникам,
не дало положительных результатов. Решающее значение имеет, по-
видимому, нанесение первого кроющего слоя серебра, которое
должно происходить при высокой плотности тока в течение короткого
промежутка времени. Что касается подготовки поверхности,
подлежащей покрытию, то в одних случаях ее подвергают чистовой
обработке, в других назначают грубую обработку либо выполняют на ней
резьбу.
Одним из серьезных недостатков серебрения подшипников
является их повышенная чувствительность к загрязнению смазочного
материала, быстро выводящему подшипник из строя. Чаще всего
серебряные подшипники для лучшей прирабатываемости покрывают
тонким слоем свинца. Процесс приработки подшипников должен
проводиться особенно осторожно. Рекомендуется холодная обработка.
5. Лужение, свинцевание и гальваническое покрытие
сплавами
Олово обладает значительной пластичностью и химической
устойчивостью; температура его плавления 231,9 °С; стоимость олова
высока, это — дефицитный металл. Лужение — процесс нанесения
слоя олова на поверхность детали или изделия. Оловянные покрытия
применяют главным образом для предохранения от окисления и об-

Серебрение
385
легчения пайки электрических контактов и для защиты от коррозии
изделий, предназначенных для приготовления и хранения пищевых
продуктов. Покрытие оловом используют для ускорения
приработки поверхности чугунных и алюминиевых поршней и поршневых
колец. Лужение этих деталей производят гальваническим способом при
оловянном, как обычно, аноде. На поршнях лужение осуществляют
до прорезки канавок под кольца. Толщина слоя олова около 20 мкм,
на кольцах крупных двигателей до 100 мкм. Пористохромированные
кольца предварительно прирабатывают с маслом в термически
необработанной гильзе.
Слой олова, пластически деформируясь, легко
приспосабливается к неровностям сопряженной поверхности как сам по себе, так и
намазываясь на эту поверхность; он играет роль своеобразной
смазки, способствует приработке при относительно малом начальном
износе.
Свинец — металл высокой пластичности и низкой механической
прочности с температурой плавления 327,4 °С; сравнительно плохой
проводник тепла; химически стоек к растворам серной кислоты и
слабой соляной; разрушается едкими щелочами, азотной кислотой и
многими органическими кислотами. Свинцеванию подвергают
конструкции и изделия из черных и цветных металлов для защиты их от
воздействия растворов и газов. Помимо этого свинцевание
используют для улучшения приработки таких деталей, как
пористохромированные поршневые кольца и вкладыши подшипников. В последних
роль покрытия выходит за пределы только приработочного.
На рис. 4.8 (стр. 108) показан подшипниковый вкладыш (втулка)
из свинцовистой бронзы с гиперболической расточкой и со слоем
свинца толщиной 5...7 мкм, наносимым на рабочую поверхность после
окончательной механической обработки. В процессе приработки пары
трения площадь прилегания втулки подшипника к шейке возрастает
за счет пластической деформации и частичного износа слоя свинца в
местах повышенных удельных нагрузок, связанных с взаимным
перекосом осей, деформацией деталей и т. п. Кроме того, в слой свинца
внедряются продукты износа и абразивные частицы, попадающие
вместе с маслом на поверхности трения, что приводит к образованию
на поверхностях шеек рисок, снижающих сопротивление усталости
вала. Покрытие уменьшает время обкатки.
Существенным недостатком свинцового покрытия является его
коррозионное разрушение с течением времени кислотами,
содержащимися в смазочных маслах.
Электролитический процесс позволяет покрывать металлические
поверхности сплавами и получать покрытия с заданными
физико-химическими и механическими свойствами. Гальваническое осаждение
в некоторых случаях является единственным способом получения
специальных сплавов. Если чисто гальванический способ не
пригоден из-за сложности процесса, то применяют гальванотермический,
25 - 2039

386
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
который заключается в последовательном осаждении компонентов и
последующей термообработке их для получения сплава в результате
взаимной диффузии металлов. Латунирование и бронзирование —
широко распространенные способы гальванического осаждения
сплавов. Не касаясь здесь никельфосфорного покрытия, рассмотренного
выше, остановимся кратко на немногих других известных
гальванических антифрикционных сплавах.
Недостатки свинцового покрытия вызвали применение свинцо-
во-индиевого покрытия. Индий — ковкий, мягкий (мягче свинца)
металл с температурой плавления 156°С. Его основное назначение, как
компонента сплава, — устранить склонность свинца к
растворимости в органических кислотах. Скорость изнашивания шеек
коленчатых валов при этих покрытиях ниже, чем при свинцовых покрытиях.
Опыт эксплуатации свинцово-индиевых покрытий подшипниковых
втулок, залитых свинцовой бронзой, показал целесообразность
таких покрытий толщиной до 0,1 мм. Несмотря на наличие индия в
покрытии, оно все же может подвергаться коррозионному разъеданию,
поэтому при эксплуатации машин приходится добавлять к
смазочным маслам антиокислительные присадки.
Более доступны и более коррозионностойки свинцово-оловянные
покрытия. Толщина слоя покрытия, наносимого на свинцовую
бронзу, составляет 30-50 мкм.
Сплав ПОС 5-11 с содержанием 5... 11 % олова и 89...95 % свинца,
осаждаемый в борфтористоводородной ванне при температуре
18...25°С на поверхность стального вкладыша подшипника, может
служить заменителем свинцовистой бронзы. Такой сплав работает
лучше этой бронзы в условиях трения при граничной смазке, не
проявляет тенденций к растрескиванию и выкрашиванию.
6. Родирование
Электролитическое родирование применяют для покрытия
рабочих поверхностей коллекторов электрических машин, что
увеличивает срок службы коллекторов, снижает переходное сопротивление
скользящего контакта и рабочую температуру коллектора.
Покрытие наносится следующим образом. Катодный
выпрямитель подсоединяют к станине токарного станка, на котором
вращается якорь. Анод из чистого графита обертывают
хлопчатобумажной тканью и с помощью зажимов и изолирующих прокладок
укрепляют в резцедержателе станка вместе с устройством для смачивания
анода электролитом. После включения постоянного тока
(напряжением 12 В) и подачи к аноду раствора пропитанный электролитом анод
подводят к вращающемуся коллектору и как бы смазывают его
пластины; на рабочей поверхности коллектора образуется плотная
пленка родия, прочно сцепленная с основным металлом. Покрытие
можно получить различной толщины с допуском 5 %. Толщина пленки

Родирование
387
зависит от времени покрытия и плотности тока, что контролируется
счетчиком ампер-часов.
В работе П.А. Бабаджаняна и Б.И. Люсина приведены
результаты сравнительных испытаний обычного электродвигателя и
электродвигателя с коллектором, покрытым слоем родия толщиной 0,001 мм.
После 300 ч непрерывной работы сила тока якоря с коллектором,
покрытым родием, была на 12 % меньше, чем без покрытия. При
испытаниях, кроме того, было обнаружено, что температура
покрытого коллектора составляла 240 °С, а непокрытого - 300 °С. Износ
обычного коллектора после 168 ч работы равнялся 0,75 мм, в то время как
коллектор с покрытием не имел износа после 600 ч работы. Следует
отметить, что покрытие родием удлиняет время притирки щеток с 20
до 60 ч. Это затруднение было разрешено притиркой щеток к
коллектору до нанесения покрытия. Используемый электролит не
разрушает изоляцию обмотки якоря.
25*

Глава 6. НАПЛАВКА, НАПЫЛЕНИЕ, ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ
УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
1. Наплавка поверхностей трения деталей
Наплавку применяют в ремонте и в основном производстве.
Помимо восстановления размеров изделия, она служит способом
повышения стойкости поверхностей деталей, инструмента и рабочих
органов машин против абразивного изнашивания, электрохимической
коррозии, эрозии, кавитационного разрушения, окалинообразования,
термической и контактной усталости. Наплавка как процесс
отличается большой гибкостью: непосредственно на рабочей поверхности
изделия можно получить сплав с различным сочетанием свойств.
Наплавка позволяет заменить в изделии дорогую
высоколегированную сталь, которая трудно обрабатывается, обыкновенной
углеродистой или низколегированной сталью. Наплавка цветных металлов
является важной статьей уменьшения их расхода и упрощает
некоторые конструкторские решения [5].
При наплавке происходит сплавление рабочего слоя с основным
металлом, что обеспечивает хорошее их сцепление. Наименьшая
толщина наплавленного металла при соответствующих способах
наплавки может быть порядка 0,25 мм, верхний же предел технологически
не ограничен. Производительность процесса высокая. Возможность
многократного повторного восстановления изношенных деталей
позволяет уменьшить расход металла на запасные части. Свидетельством
высокой технико-экономической эффективности наплавки может
служить следующий пример. На протяжении многих лет недостаточная
стойкость валков непрерывного трубопрокатного стана оставалась
нерешенной проблемой. Использование легированных сталей для их
изготовления не дало существенного эффекта. В основном
применялись кованые валки из стали 55. Для перевалки стан еженедельно 5...
6 раз останавливался с затратой времени каждый раз до 3 ч.
Изношенные валки обтачивали с уменьшением диаметра на 4...5 мм;
после 13.. Л 5 переточек дальнейшая эксплуатация валка становилась
невозможной. Средний годовой расход валков на стан составлял 300 шт.
После введения технологии наплавки валка средняя
продолжительность работы стана между ремонтами повысилась в 4 раза, расход
валков снизился в 24 раза, а производительность стана в результате
сокращения простоев из-за ремонта увеличилась примерно на 10 %.
Остановимся на двух вопросах, относящихся к технологии наплавки.
1. Необходимо регулировать долю основного металла в металле
наплавки. Регулировка нужна для того, чтобы, во-первых, при
наплавке высоколегированных металлов на мало- или нелегированный
основной металл не происходило ненужного разбавления наплавлен-

Наплавка поверхностей трения деталей
389
ного слоя и, во-вторых, из основного металла не поступали в этот
слой в заметном количестве компоненты, ухудшающие его свойства.
Многослойная наплавка уменьшает влияние состава основного
металла по мере удаления от него. Долю основного металла в наплавке
регулируют полярностью электродов, а параметры наплавляемого
валика — его шагом и шириной, наплавкой с добавочным
электродом, подключенным параллельно к основному металлу,
применением электродной ленты малой толщины и большой ширины, а также
многоэлектродной или газовой наплавки.
2. Термические условия наплавки — это температура заготовки
до начала наплавки, в процессе ее и в последующее время до полного
остывания. Выбор надлежащих термических условий имеет
назначением устранить возможность образования трещин в наплавленном
металле и в зоне термического влияния и обеспечить определенную
структуру в слое.
Для предупреждения образования "горячих" трещин (от
термических напряжений) применяют предварительный нагрев детали. Его
осуществляют, в зависимости от габаритов и количества однотипных
деталей, в печах, газовыми горелками либо индукционным способом.
Во многих случаях при нагреве последним способом можно
ограничиться использованием тока промышленной частоты и индуктор
питать от сети переменного тока. Температура предварительного
нагрева должна быть тем выше, чем больше склонность наплавляемого
металла к образованию трещин. Предварительный нагрев не
требуется при наплавке деталей малых размеров, так как нагрев дугой
достаточен; более того, часто возникает необходимость в охлаждении
детали для отделения шлаковой корки и предупреждения стекания
жидкого металла и шлака.
Во время наплавки необходимо поддерживать температуру
предварительного нагрева детали. При многоэлектродной наплавке и
наплавке лентой в большинстве случаев приток теплоты достаточен и
надобность в предварительном нагреве отпадает.
От скорости охлаждения зависит структура наплавленного
металла, возможность образования "холодных" трещин и степень
трудности последующей механической его обработки. В большинстве
случаев скорость охлаждения должна быть 10...30 °С/с. Охлаждение
деталей производят в сухом песке, не отапливаемом колодце,
утепленном коробе или в печах. Крупные изделия по окончании наплавки
необходимо подогревать для выравнивания температуры по сечению,
после чего медленно охлаждать.
Наплавляют детали самого разнообразного назначения. Это —
валы, ползуны, параллели, вкладыши крупных подшипников,
тормозные шкивы, прокатные валки; конусы, щеки и валки дробилок;
шнеки, размолочные бегуны, лопасти глиномешалок; зубья ковшей
экскаваторов и челюсти грейферов; лапы культиваторов и отвалы
плугов; звенья, опорные ролики и натяжные колеса гусениц; детали зем-

390
НАПЛАВКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
снарядов; бандажи колес; ножи для резки бумаги, ножи дисковых и
гильотинных ножниц, бульдозеров и грейдеров, бесцентрово-шлифо-
вальных станков; штамповочный и прессовый инструмент; клапаны
доменных печей; лопатки и несущие диски дымососов и многие
другие детали.
Наплавка малоуглеродистой стали дает слой невысокой
твердости, которую можно повысить путем цементации. Среднеуглеродис-
тую сталь в наплавленном слое можно подвергнуть поверхностной
закалке. Эти стали применяют для восстановления размеров
шпинделей, валов и осей.
Предварительный нагрев деталей перед наплавкой и
замедленное их охлаждение после наплавки усложняют наплавочные работы.
Поэтому для упрощения технологии целесообразно производить
легирование наплавляемого металла малым количеством хрома,
марганца и кремния, а не повышением содержания углерода.
Отмечается, например, равная износостойкость локомотивного бандажа из
стали, содержащей 0,75 % С; 0,29 % 81; 0,47 % Мп, твердостью НВ 269
и металла, наплавленного под слоем флюса твердостью НВ 269,
содержащего 0,12 % С; 0,41 % 31 и 1,55 % Мп.
Отбеленный чугун состава 3,0 % С; 1,0 % 81, 0,5 % Мп,
получаемый при механизированной наплавке чугунной лентой под флюсом,
отличается дешевизной и, вместе с тем, хорошей стойкостью в
абразивной среде. Он пригоден, например, для наплавки защитных
листов транспортных устройств горнорудных и металлургических
предприятий. Вследствие хрупкости сплав нельзя использовать для
деталей, испытывающих удары.
Для износостойких сплавов важна твердость. Высокой
твердостью обладают карбиды: чем они тверже и чем больше содержится
их в покрытии, тем тверже последнее. Наибольшей
износостойкостью обладают железные сплавы, легированные Мп, Сг, XV, Т1 и др.,
карбиды которых находятся в структуре в виде твердых включений.
Карбиды железа при высоких температурах сравнительно легко
распадаются, переходя в раствор.
Покрытие из одних карбидов было бы чрезмерно хрупким.
Нужна связующая основа, которая, обладая прочностью и большей либо
меньшей вязкостью, препятствовала бы выкрашиванию карбидов при
работе наплавленного слоя. Роль основы при абразивном
изнашивании можно уяснить на следующем примере. Металлокерамические
твердые сплавы, в которых карбиды вольфрама и титана связаны
кобальтом, хорошо работающие в металлорежущем инструменте,
оказались, как отмечает П.Н. Львов, непригодными для
армирования резцов, работающих в грунте. При работе ножа или зуба,
армированного твердосплавной пластиной, гравий, камни или куски
мерзлого грунта, ударяясь о режущую кромку пластины, выбивают из
нее зерна карбидов, связанные недостаточно прочной основой —
кобальтом. В итоге происходит выкрашивание кромки резца и обламы-

Наплавка поверхностей трения деталей
391
вание целых кусков пластины. Лучше в этих условиях работает воль-
фрамкарбидная наплавка на железной основе, состоящей из зерен
Ре2\У2С с микротвердостью 11 000... 12 000 МПа и более мягких зерен
Ре3\У3С с микротвердостью 5 000...7 000 МПа. Наплавка имеет
достаточную ударную вязкость и хорошо соединяется со сталью 30 и
сталью 50.
Прочность и вязкость основы (феррита) может быть повышена
соответствующим легированием никелем, марганцем, бором (до 0,4 %)
и другими присадками.
В сварочной технике известно большое число сплавов,
используемых для наплавки. Выбор того или иного наплавляемого металла
зависит от ведущего вида изнашивания поверхности и условий
работы детали. В отдельных случаях могут потребоваться специальные
изыскания оптимального состава и структуры такого металла.
Толщина наплавленного слоя определяется: для деталей,
работающих на трение скольжения, припуском на износ; для деталей,
работающих на трение качения, отсутствием напряжений в основе,
вызывающих пластическую деформацию; для деталей, испытывающих
действие переменных температур, минимумом температурных
колебаний на границе слоя с основой. В других случаях, например при
наплавке венцов колес, толщина наплавки диктуется конструкцией.
Наплавленный металл в силу возможного наличия в нем газовых
пор, шлаковых включений, трещин и непроваров имеет более низкий
предел выносливости, чем катаный либо кованый металл того же
химического состава и структуры. У наплавленной детали могут
появиться дополнительные недостатки в виде незаполненных кратеров,
структурных изменений основного металла и неблагоприятно
действующих остаточных напряжений. Опыты В.Т. Горбатюка показали, что
при виброконтактной наплавке наиболее слабым местом является
начало наплавленного слоя, где образуется кратер с острыми
кромками глубиной до 0,6 мм. Сопротивление усталости в зависимости от
режима наплавки может снизиться до 25 %. Накатывание оказывает
благоприятное упрочняющее действие, но даже в совокупности с
подбором оптимальных режимов наплавки оно не позволяет повысить
предел выносливости до исходного.
Снижение сопротивления усталости должно учитываться при
наплавке деталей типа валов и других, работающих при
значительных переменных напряжениях.
2. Металлизация напылением [3]
Процесс металлизации напылением заключается в расплавлени
подводимого к металлизатору металла и распылении его струей
сжатого воздуха в направлении заранее подготовленной поверхности
детали. При металлизации применяют проволоку из стали, меди,
цинка, свинца, бронзы, латуни, алюминия и кадмия и порошок из твер-

392
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ НАПЫЛЕНИЕМ
дых сплавов. В зависимости от источника теплоты для расплавления
металла различают газовую, электрическую и плазменную
металлизацию.
При распылении частицы металла движутся в воздушном потоке
и при ударе их о поверхность подвергаются механическим,
химическим и термическим воздействиям. В процессе металлизации
происходит окисление металла и частичное выгорание некоторых
химических элементов, входящих в состав электродов. Распыленный металл
состоит из частиц сферической формы, покрытых снаружи оксидной
пленкой и заключающих внутри металл, смешанный с окислами
высокой степени дисперсности. Частицы распыленного металла,
падающие на поверхность в жидком состоянии, при ударе разбивают окис-
ные пленки, и расплавленный металл расплескивается, мгновенно
покрываясь слоем окисла. Остальные частицы пребывают в
высокопластичном состоянии и при ударе о напыляемую поверхность
деформируются. Как те, так и другие частицы оказываются
вклиненными в неровности поверхности основания и друг в друга. Наклеп
частиц, микрозакалка в зависимости от содержания углерода в
стальной проволоке и наличие окислов сообщает напыленному металлу, а
также покрытию, за исключением цинкового, твердость выше
твердости исходного материала. Пористость покрытия доходит до 10 %
его объема. Представляя собой пористую массу из мельчайших
окисленных частиц, металлизационный слой имеет низкую прочность на
разрыв и отличается хрупкостью. Разрушение слоя происходит по
границам частиц.
Острые кромки металлизационного слоя склонны к
выкрашиванию, поэтому перед напылением деталей следует снять фаски (под
углом 45°) с прямоугольных кромок, а кромки смазочных отверстий
и канавок тщательно закруглить. Глубина фрезерования канавок
должна составлять не более половины толщины металлизационного
слоя.
Эксплуатационная прочность покрытия определяется величиной
сцепления частиц с поверхностью детали. Сцепление частиц между
собой более сильное, что объясняется двумя причинами. Охлаждение
падающих на поверхность заготовки распыленных частиц ухудшает
смачивание поверхности. Образование последующих слоев покрытия
протекает в более благоприятных температурных условиях. К тому
же поверхность осажденного слоя более развита, чем поверхность
основного металла, что улучшает как смачивание, так и взаимное
сцепление. При высокой температуре частиц, зависящей от
расстояния сопла до основания, происходит их спекание, однако не полное,
вследствие обогащенности материала окислами, кратковременности
пребывания частиц в контакте при высокой температуре и
недостаточно высокой температуры всех металлических частиц в конусе
распыла. Предварительный нагрев детали или заготовки повышает
прочность сцепления.

Металлизация напылением
393
Усадка слоя покрытия является причиной внутренних
напряжений, оказывающих значительное влияние на прочность сцепления.
Усадка слоя, нанесенного на наружную цилиндрическую поверхность,
усиливает сцепление с ростом толщины слоя, однако до известного
предела. Дальнейшее увеличение его толщины может вызвать
появление продольных трещин. Усадка покрытия на внутренней
цилиндрической поверхности способствует отрыву его от основания.
Толщину слоя на такой поверхности рекомендуют не более 2...3 мм, но
не выше 0,2 толщины стенки во избежание коробления и не менее
0,5 мм. Иногда рекомендуется подогрев заготовки до температуры
150 °С при отсутствии возможности коробления. Нагрев свыше 180 °С
опасен из-за интенсивного образования окисных пленок.
При металлизации плоских поверхностей с увеличением
толщины слоя покрытия прочность сцепления его с поверхностью детали
уменьшается. Отслоение покрытия под действием растягивающих
усадочных напряжений возможно уже при толщине слоя свыше 1,5 мм.
Отмечено, что при увеличении содержания углерода в стальной
проволоке, используемой для металлизации, уменьшается величина
остаточных напряжений в детали.
Для лучшего сцепления покрытия с металлизируемой
поверхностью на ней создают развитую шероховатость (нарезанием грубой
резьбы, пескоструйной обработкой и т.п.). Подготовку наружных
поверхностей цилиндрических деталей при напылении слоя
толщиной до 0,5 мм производят обдувкой кварцевым песком или чугунной
крошкой, а при большей толщине — путем накатки роликом,
нарезания рваной пилообразной резьбы одного или двух противоположных
направлений на каждой половине по длине, нарезания круглой
резьбы с последующей накаткой, треугольной резьбы, протачиванием
канавок на концах напыляемого участка. Подготовку закаленной
поверхности производят путем анодно-механической обработки с
последующим пескоструйным обдувом; имеются и другие способы.
Наиболее распространенный способ подготовки внутренних
цилиндрических поверхностей — нарезание резьбы. Шероховатость
плоским поверхностям придают путем их пескоструйной обработки либо
строганием параллельных канавок формы "ласточкин хвост" с
шагом 10... 12 мм и глубиной 0,5...1,5 мм в зависимости от толщины
детали. На разъемных вкладышах тоже рекомендуется выполнять
продольные канавки типа "ласточкин хвост" с углом скоса 5° и глубиной
1...2 мм, по одной вблизи каждой стыковой кромки, и глубиной до
3...4 мм по средней образующей.
Литературные данные о прочности сцепления покрытия с
основным металлом противоречивы; это объясняется не столько
разбросом результатов испытаний, сколько различием методик. Известно,
что бронзовое покрытие хуже стального сцепляется со стальным
основанием. Чугун, как пористый материал, хорошо сцепляется с
покрытиями. Прочность сцепления металлизационного слоя с основ-

394
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ НАПЫЛЕНИЕМ
ным металлом при пескоструйной подготовке поверхности
составляет 50...60 МПа, нарезание рваной резьбы обеспечивает прочность
сцепления 100... 120 МПа, анодно-механическая обработка — 230...
250 МПа.
Для обеспечения более надежного сцепления предложен и
испытан ряд способов. Применяют гальваническое наращивание подслоя
медью. Распространение получило напыление толщиной 0,03...0,10 мм
подслоя молибдена, который диффундирует в сталь, чугуны и другие
материалы, кроме меди и ее сплавов. Покрытие может подвергаться
термообработке без опасности появления трещин, подслой
молибдена позволяет нанести на плоскую поверхность псевдосплав, 50 %
стали - 50 % алюминия, с толщиной слоя до 6 мм без отслоения его.
Существует, однако, мнение, что большие толщины или тяжелые
нагрузки не должны допускаться для покрытий, нанесенных таким
способом. Другим направлением улучшения покрытия является
металлизация в защитной среде. Для напыления стали может служить среда
из 90 % углекислого газа и 10 % пропана, добавка которого
необходима для нейтрализации кислорода, образующегося в зоне
электрической дуги. Для металлизации медью в качестве дутьевого газа
рекомендуется азот. Замена воздуха инертным или восстановительным
газом для дутья не исключает полностью образования окислов, но
связь покрытия с основанием улучшается, возрастает прочность на
разрыв и пластичность напыленного металла.
Высокотемпературный нагрев детали с выдержкой порядка 1 ч
может в два с лишним раза увеличить сцепление, но при этом
теряется особенно ценное достоинство металлизации — отсутствие
сколько-нибудь значительного нагрева основного металла.
Плазменная металлизация обеспечивает более высокое
сцепление, чем другие способы.
Представляет интерес комбинированный способ газовой
металлизации с последующим оплавлением напыленного слоя. Вариантом
способа является напыление самофлюсующимся твердым сплавом из
никеля, хрома и бора. При оплавлении слоя бор удаляет из него окис-
ные включения, и материал покрытия приобретает способность
смачивать и диффундировать в поверхность основного металла.
Металлизация снижает сопротивление усталости детали, что
вызвано предварительной подготовкой поверхности. Наименьшее
понижение дает пескоструйная обработка, наибольшее — рваная резьба.
Согласно испытаниям Д.Г. Владивасова на знакопеременное
кручение, пескоструйная обработка и металлизация проволокой с
содержанием 0,8...1,2 % С снизили предел выносливости на 4...5 %, а при
металлизации проволокой с содержанием 0,1 ...0,3 % С — на 10 %.
Нагрев детали до температуры 150... 160 °С с выдержкой в течение 1 ч
восстанавливает ее первоначальное сопротивление усталости.
Испытаниями на повторный удар изгибом образцов с метал-
лизационным покрытием установлено, что разрушение слоя покры-

Металлизация напылением
395
тия происходит в результате пластической деформации основного
металла.
Со снижением сопротивления усталости металлизированной
детали надо считаться всегда, если в ней отсутствуют сильные
конструктивные концентраторы напряжений. Металлизационный слой, в
силу малой прочности на разрыв, ограничивает нагружение валов на
изгиб.
Антифрикционные свойства металлизационного покрытия
благодаря его пористости высокие, даже стальное покрытие хорошо
работает по стали (при хорошей смазке и скорости скольжения не
свыше 3,5 м/с). Пористая поверхность покрытия обладает повышенной
адсорбционной способностью, что предотвращает металлический
контакт смазанных трущихся поверхностей.
Покрытия из цветных металлов хорошо обрабатываются
резцами из быстрорежущей стали, покрытия из стали с содержанием
углерода до 0,6 % — твердосплавными резцами с остро заточенной
режущей кромкой; покрытия с содержанием углерода свыше 0,6 %
экономически целесообразно обрабатывать методом мокрого шлифования
кругом средней мягкости. Шлифование может служить способом
чистовой обработки для всех видов покрытия; встречается также
растачивание алмазным инструментом. Так как шлифовальный круг при
работе по покрытию требует более частой, чем обычно, правки от
засаливания, а поры покрытия при шлифовании частично
забиваются абразивом, то В.И. Казарцев и А.С. Казанцев предложили
обрабатывать стальное покрытие анодно-механическим способом без
предварительного точения, требующего соблюдения строгого
режима. Маслопоглощаемость покрытия при этом в несколько раз выше,
чем после чистового шлифования. Имеются следующие данные о
минимально допустимой толщине 5 металлизационного слоя после
механической обработки в зависимости от диаметра В цилиндрической
поверхности:
Я, мм 25 25...50 50...75 75...100 100...150 150...175 Св.175
5,мм 0,25 0,25...0,38 0,38...0,50 0,50...0,65 0,65...0,80 0,80..Л,09 1,09
При металлизации втулок и вкладышей толщина напыляемого
слоя не должна превышать 0,2 толщины стенок во избежание их
коробления.
Металлизация применяется для восстановления изношенных
вкладышей подшипников и шеек валов, направляющих станин и
столов металлорежущих станков, для защиты от коррозии при
изготовлении валов с металлизированными шейками и вкладышей,
напыленных антифрикционным сплавом, при ремонте дефектных чугунных
изделий и в других областях. Металлизация — весьма дешевый и
производительный способ ремонта.

396
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ НАПЫЛЕНИЕМ
Для защиты металлизацией от коррозии применяют цинк,
алюминий, бронзу, латунь, гидроналий (сплав алюминия с магнием),
кадмий. Покрытию цинком или алюминием подвергают трубопроводы,
резервуары, крепежные болты и другие мелкие стальные детали.
Алюминиевые покрытия более устойчивы в условиях нормальной,
промышленной и морской атмосфер, в связи с чем, а также ввиду
дефицитности цинка^им следует отдать предпочтение.
Можно применять бронзовое покрытие валов центробежных
насосов взамен облицовки их бронзовыми рубашками. Покрытие
оловом защищает от воздействия слабых органических кислот при
нормальных температурах. Пористость металлизационного слоя не
позволяет при его малой толщине служить надежной защитой для
деталей, работающих в среде кислот и щелочей. Металлизация
плунжеров оловянистой бронзой с последующим диффузионным отжигом
оказалась более эффективной.
Имеется большой опыт эксплуатации автотранспортных
двигателей, сельскохозяйственных и других машин с
металлизированными шейками валов. Для металлизации служит проволока марок
У7доУ12,ПК-1,ПК-2,65Г.
Данные лабораторных испытаний на образцах и опыт
эксплуатации валов и поршневых пальцев со стальным покрытием,
работавших в паре с баббитом, оловянистыми и свинцовистой бронзами,
показали, что:
-износостойкость покрытия возрастает с повышением
содержания углерода в электродной проволоке;
-соединение может относительно долго работать без заедания
после прекращения подачи смазочного материала;
- износостойкость соединения с металлизованной шейкой не ниже,
чем у обычного соединения; так, шейки коленчатых валов
автомобилей, металлизованные проволокой 65Г, по износостойкости не
уступают шейкам, закаленным с нагревом ТВЧ;
-оптимальным для прочности и износостойкости покрытия
является режим металлизации, обеспечивающий напыление частицами
размером от 0,01 до 0,11 мм.
Таблица 2
Напыленный материал
Удельная нагрузка, МПа
при окружной скорости шейки, м/с
6
4,5 | 1,5
Бронза БрОФ 6,5-0,25 10-15 20-22 20-25
Латунь Л68 8-10 15-17,5 17,5-20
Силумин малокремнистый АЛ-6 7,5 12,5 17,5
В табл. 2 приведены значения максимальных удельных нагрузок
на металлизированные вкладыши подшипников в зависимости от
окружной скорости на шейке при принудительной смазке.

Металлизация напылением
397
Если в процессе металлизации плавить одновременно два или
большее число различных металлов, то образуется покрытие в виде
сплава или в виде механической смеси из отдельных составляющих.
Такая смесь получила название псевдосплава. Использование для этих
целей специальной биметаллической проволоки было предложено
А.А. Абиндером еще в 1935 г. Вопрос о получении
многокомпонентных сплавов без использования биметаллической проволоки и
изучения этих сплавов получили развитие в работах Л.В. Красниченко и
его сотрудников (Донской государственный технический
университет сельскохозяйственного машиностроения). В соответствии с
этими работами многокомпонентные псевдосплавы с заданным
соотношением компонентов могут быть получены при помощи аппарата с
несколькими механизмами подачи, из которых один служит для
подачи двух проволок из материала, образующего основу
псевдосплава, в то время как другие, однопроволочные, служат для подачи
присадочных материалов [3].
При помощи металлизации может быть получено
принципиально неограниченное число различных по композиции
антифрикционных псевдосплавов. Применяют обычно бинарные сплавы.
Обращенные пары трения (пары, в которых антифрикционный
материал нанесен на вал) из стальных вкладышей (сталь 45), по
которым работали металлизированные бронзой БрКМц 3-1 шейки валов
и шейки, покрытые псевдосплавами (низкоуглеродистая сталь - медь,
сталь - свинец, медь - свинец), были исследованы в лабораторных
условиях и прошли длительные испытания в производственных
условиях в узлах металлорежущих станков и кузнечно-прессовых машин.
В результате исследований Л .В. Красниченко можно отметить
следующее:
- обращенная пара трения с бронзовым покрытием по сравнению
с прямой парой из незакаленной стали 45 и вкладышем из литой
бронзы БрСЦС 5-5-4 или с заливкой баббитом Б83 дает как при
закаленном, так и незакаленном вкладыше более низкие коэффициенты
трения (Р = 6...8 МПа; V = 1,3 м/с);
- трение псевдосплавов отличается от трения литой бронзы и
баббита более низкими и стабильными значениями коэффициентов
трения;
-псевдосплавы могут длительно работать после прекращения
подачи смазочного материала; по износостойкости они превосходят
бронзу и баббит при меньшем износе сопряженной стальной
поверхности;
-псевдосплавы состава: сталь 75 %, медь 25 %; сталь 90 %, медь
10 %; сталь 97 %, свинец 3 %; медь 70. ..2 %, свинец 30...8 %, — не дают
заедания при скоростях скольжения 1,3 и 3,3 м/с до удельных
нагрузок порядка 40 МПа;
-наилучшие показатели дают псевдосплавы сталь - медь с
содержанием меди 20...25% и медь - свинец при содержании свинца
20...30%;

398
ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ И ЭЛЕКТРОДУГОВОЕ УПРОЧНЕНИЕ
- увеличение количества свинца в псевдосплавах сталь - свинец
свыше 3 % ухудшает работу пары трения при высоких нагрузках, по-
видимому, по причине затягивания пор свинцом.
На основании этих и других исследований могут быть
рекомендованы покрытия, состоящие из следующих металлов: алюминий 50 %
- свинец 50 %; медь 75 % - свинец 25 %; сталь 75 % - медь или латунь
25 %. Покрытие из свинцовисто-алюминиевого сплава состава 1:1
легко пришабривается и хорошо прирабатывается, наряду с другими
указанными псевдосплавами.
Заслуживает особого интереса железо-алюминиевое покрытие
состава 1,5:1, показавшее хорошие результаты при лабораторных
испытаниях.
Металлизационное покрытие работает неудовлетворительно в
условиях трения без смазки. Покрытие бронзой судовых гребных
валов оказалось неработоспособным в паре с баккаутом и слоистыми
пластиками на водяной смазке.
При плазменной металлизации достигается температура,
повышающая точки плавления всех известных материалов. С помощью
плазменных горелок могут быть распылены железо, цветные
металлы и их сплавы, вольфрам, хром, их карбиды, графит, керамика и
пластмассы. Сцепление напыленного слоя с основой при этом
способе выше, чем при других способах. Нагрев напыленной поверхности
увеличивает сцепление. Нагрев до температуры свыше 180 °С опасен
из-за повышения интенсивности образования окисных пленок.
Имеются данные о толщине напыленного слоя до 0,8 мм.
3. Электроискровое и электродуговое упрочнение
поверхностей
Электрический разряд, в зависимости от его длительности,
протекает в импульсной форме — в виде искры или в стационарной
форме, длительно, в виде дуги. Искра — это высокочастотный разряд
между поверхностями электродов длительностью от 10*7 до Ю-2 с
с последующим полным размыканием цепи между ними. При
дуговом разряде между электродами устанавливается постоянное,
отличное от нуля, напряжение. Электрический разряд сопровождается
сильным нагревом зоны разряда и разрушением поверхностей
электродов — так называемой электрической эрозией.
Дуговой разряд легко возникает при размыкании электрической
цепи, содержащей омическое сопротивление, уже при сравнительно
низкой разности потенциалов. Температура в зависимости от
материала электродов и напряжения может достигать на аноде 3900 °С,
на катоде - до 3200 °С, а в канале дуги — до 6000...7000 °С.
Происходит перенос металла с катода на анод. Значительные участки
электродов подвергаются высокому нагреву, что при неперемещающейся
дуге вызывает расплавление относительно большого объема метал-

Электроискровое и электродуговое упрочнение поверхностей
399
лического электрода. Если в цепь включить емкость, то при
сближении электродов почти до их соприкосновения или при размыкании
цепи образуется искровой разряд с изменением полярности
электродов. Через разряд, воздействие которого ограничено малой
поверхностью электродов, устремляется в зазор почти мгновенно вся
энергия, запасенная в конденсаторе, в результате чего возникает
импульсный ток большой плотности при высокой концентрации теплоты.
Локальная температура на катоде составляет 8 000... 10 000 °С, на аноде
3 000...4 000°С.
Электроэрозии подвергаются анод и катод с преимущественным
разрушением анода. Использование импульсного разряда для
планомерного ограниченного разрушения металла лежит в основе
электроискровой обработки, при которой заготовка включается в контур
электрической цепи к аноду, а электрод-инструмент — к катоду. Для
предупреждения нежелательного перехода искрового разряда в
дуговой в электрический контур включают емкость параллельно
электродам и повышают соотношение между емкостью и силой тока.
Другим направлением электроискровой обработки является
упрочнение поверхностей для увеличения их износостойкости, которое
производят при обратной полярности. Схема установки для
электроискрового упрочнения показана на рис. 6.1.
е±—с5Д
0—®
Рис. 6.1. Типовая электрическая схема устройства для электроискровой размерной
обработки металлов
Это обычный разрядный контур с питанием от источника
постоянного тока и с электромагнитным вибратором для периодического
контактирования электродов. В основном для электроискровой
обработки применяют выпрямленный пульсирующий ток. Перемещая
анод по поверхности детали, подлежащей упрочнению и служащей
катодом, получают упрочненный слой металла, наибольшая
толщина которого зависит от продолжительности процесса, параметров
электрической цепи и материала упрочняющего электрода. Дальней-

400 НАПЛАВКА, НАПЫЛЕНИЕ, ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ УПРОЧНЕНИЕ
шая обработка после достижения предельной толщины
упрочненного слоя приводит к разрушению поверхности.
Электроискровому упрочнению поддаются все черные металлы.
Механизм упрочнения отличается значительной сложностью,
представляя собой совокупность эрозионного, термического и
термохимического процессов и контактного переноса материала. При про-
скакивании искры частицы материала вырываются с поверхности
детали и выбрасываются в окружающую среду при одновременном
переносе с большой интенсивностью материала с анода на катод.
Высокие тепловые импульсы на небольших участках
поверхности детали вызывают высокий их нагрев и при наличии окружающего
холодного металла последующее охлаждение этих участков со
скоростью 10 000.,. 100 000 °С/с и, как следствие, сверхскоростную
закалку с образованием белого слоя. Под термическим воздействием
формируется подслой. Электрод, контактируя под давлением с
упрочняемой поверхностью, переносит металл на нее. Диссоциируемый в
разряде и переходящий в атомарное состояние атмосферный азот
вступает в соединение с железом и переносимыми на поверхность
легирующими элементами. Эти элементы и азот под тепловым
воздействием искры диффундируют в глубь материала.
Для упрочняющих электродов применяют твердые сплавы Т15К6,
Т30К4 и Т60К6, составляющими которых являются карбиды титана
и вольфрама и кобальт, феррохром (80 % Сг, 5 % С), хром-марганец,
чистый хром, чистый алюминий, белый чугун, сталь 3 и углеграфит.
Графит в качестве электрода цементирует поверхностный слой.
Режим электрической цепи электроискрового аппарата, или
режим упрочнения на нем, характеризуется величиной включенной в
разрядный контур емкости и мощностью. С повышением емкости
увеличивается до определенного предела глубина упрочнения.
Дальнейшее увеличение глубины требует повышения мощности цепи. Чем
больше емкость и мощность, тем более жестким считается режим.
Различают три группы режимов: мягкие, средние и грубые (жесткие).
Ужесточение режима повышает производительность процесса, но
снижает твердость и увеличивает шероховатость поверхности. На
режимах малой мощности упрочнение почти не дает наращивания
поверхности, если не считать возможного осаждения мягких
металлов. Переход от мягкого режима к жестким может понизить твердость
поверхностного слоя, тем не менее она остается выше НЯС 50.
Верхний, белый, слой упрочненной поверхности состоит из аус-
тенита и мартенсита, нитридов железа и густо вкрапленных в зерна и
расположенных по их границам нитридов и карбидов легирующих
элементов. Количество аустенита зависит от упрочняющего
материала: при феррохроме его много, при графите он почти отсутствует.
Белый слой образуется и в том случае, если электрод изготовлен из
алюминия или меди. Подслой представляет собой структуры типа
мартенсита и троостита, а иногда и сорбита. Концентрация легирую-

Электроискровое и электродуговое упрочнение поверхностей
401
щих элементов в упрочненном слое снижается в глубь этой
поверхности и особенно быстро в подслое [1].
Электроискровое упрочнение деталей, не оказывая влияния на
ударную вязкость металла и декремент затухания колебаний,
снижает сопротивление усталости в связи со значительными остаточными
растягивающими напряжениями в упрочненном слое и увеличением
шероховатости поверхности.
Электроискровое упрочнение впервые было применено и
получило распространение для упрочнения режущих граней инструмента
из быстрорежущей стали и ее заменителей. Упрочнение
производится вблизи рабочих кромок по всей поверхности изнашивающихся
граней либо только лентой шириной 3...5 мм. Твердыми сплавами на
грубых режимах обрабатывают черновые резцы и фрезы, пилы для
металла, зубила пневматические и т. д. Толщина измененного слоя —
в пределах 70... 100 мкм. Чистовые резцы и фрезы, зуборезный
инструмент, развертки, протяжки и аналогичный им инструмент
обрабатывают на мягких и средних режимах, а окончательное упрочнение
часто производят графитом для снижения шероховатости
поверхности до Ка = 1,25...0,63 мкм при общей глубине упрочнения до 70 мкм.
Стойкость упрочненного режущего инструмента повышается по
разным данным от 1,5 до 4 раз. Промышленность располагает
опытом упрочнения штампов всех типов. Наиболее эффективным
оказалось упрочнение штампов для холодной вырубки и проколки
листового материала, гибочных, чеканочных и формовочных, стойкость
которых повышается в 2...3 раза и более. Упрочнение матриц
позволяет во многих случаях отказаться от закалки, что устраняет
возможность их коробления. Малоэффективным оказалось на первых порах
упрочнение штампов для горячей штамповки.
Первые аппараты серийного выпуска для электроискрового
упрочнения предназначались для упрочнения инструмента с ведением
процесса вручную. Они обеспечивали с твердосплавным электродом
глубину упрочнения до 0,1 мм при мощности аппарата 0,3 кВА [4].
Упрочненный слой малой толщины (порядка 0,1 мм) на
конструкционной углеродистой стали или чугуне может легко
продавиться. Для увеличения глубины упрочнения И.И. Кичкиным был
предложен комбинированный искродуговой способ, названный
термоискровым. Сущность метода состоит в том, что нанесенный
обычным электроискровым способом при помощи твердосплавного
электрода слой подвергают кратковременному воздействию дуги,
получаемой на той же установке при отключенной электрической
емкости. При второй операции под белым слоем образуется слой
толщиной 1,5...2 мм со снижающейся от НУ 1000 до НУ 500
твердостью, в котором наблюдается постепенный переход от мартенсита к
игольчатому трооститу. Шероховатость поверхности после
комбинированного упрочнения примерно такая же, как после обычной
наплавки.
26 - 2039

402 НАПЛАВКА, НАПЫЛЕНИЕ, ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ УПРОЧНЕНИЕ
Способ нашел применение для упрочнения работающих в
абразивной среде сменных рабочих деталей кирпичных прессов, шнеко-
вых цементных перегружателей, машин керамического производства
и т. д. Износостойкость формовочных пластин из стали 30
кирпичных прессов после упрочнения указанным способом возросла в
5...8 раз.
Новейшая аппаратура для механизированного упрочнения
позволяет изменять мощность режима в широких пределах; при этом
соответственно варьируется общая глубина упрочнения. Изменяется
также форма электрического разряда, приближаясь по мощности к
импульсному дуговому. На этой же аппаратуре производят
электроискровое шлифование путем изменения полярности электрода и детали.
Шлифование уменьшает шероховатость поверхности, снижая,
однако, толщину упрочненного слоя. Для иллюстрации можно привести
данные С.С.Астафьева: при мощности 17 кВт производительность
процесса на феррохромовом электроде составляет 17,5 см2/мин при
общей глубине упрочнения 5 мм и шероховатости поверхности ниже
Я = 160 мкм. Последующее шлифование при мощности режима 8 кВт
обеспечивает производительность 70 см2/мин и шероховатость
поверхности К2 = 40...20 мкм при толщине слоя после шлифования 3 мм.
Установлено, что электроды на хромовой основе (феррохром,
марганец-хром и чистый хром) дают слой наибольшей толщины и
твердости.
Натурные испытания деталей, упрочненных феррохромом при
помощи аппаратуры ЦНИИТМАШ, показали следующее:
а) стойкость валков горячей прокатки шаров диаметром 40...
80 мм для шаровых мельниц увеличивается в 6...8 раз, в то время как
наплавка сормайтом с подогревом самого валка и с последующей
термической и механической обработкой повышает стойкость только в
3...4 раза;
б) упрочнение бандажей колес товарных локомотивов
увеличивает в среднем их межремонтный пробег на 15...20 %, а пассажирских
локомотивов — на 20...35 %;
в) стойкость упрочненных лопаток дымососов увеличилась не
менее, чем вдвое (С.С. Астафьев).
Хорошая разгаростойкость упрочненного слоя позволила
повысить более чем в 2 раза стойкость штампов для горячей штамповки.
Электроискровому упрочнению подвергают рабочие детали
дорожных, строительных, землеройных машин, работающих в
абразивной среде, лопатки дробеструйных аппаратов, детали механизмов
литейных цехов. Исследования Г.И. Иванова и В.П. Савунова
показали возможность повышения этим методом стойкости деталей
против кавитационного разрушения.
Приведем случай упрочнения сборочного инструмента. Для
ускорения проходки буровых скважин операцию свинчивания и
развинчивания труб выполняют при помощи автоматического ключа с встав-

Электроискровое и электродуговое упрочнение
403
ными зубчатыми сухарями в трубозажимном устройстве. Сухари
изготовляют из стали ТХЗ, которую термически обрабатывают либо
армируют твердым сплавом ВЕ-15. Срок службы неармированных
сухарей до предельного износа 100... 120, а армированных до
выкрашивания — 750 операций свинчивания и развинчивания.
Армирование увеличивает стоимость сухарей в 12 раз. Электроискровое
упрочнение твердыми сплавами позволило увеличить долговечность
сухарей до 1100 операций, т.е. в 9... 10 раз при увеличении стоимости всего
на 5 %. Замена зубчатых сухарей гладкими с нарощенным на их
рабочей поверхности неровным упрочненным слоем повысило стойкость
сухарей в 30...35 раз.
* Электроискровое упрочнение получило также применение для
восстановления и упрочнения посадочных мест ступиц
автомобильных колес, коленчатых валов и валов трансмиссий автомобилей и
тракторов, чашек дифференциалов, букс локомотивов, деталей
угольных комбайнов и т.д. В качестве электродов используют сплав Т15К6
(толщина нарощенного слоя 0,1 мм) и углеродистый феррохром
(толщина слоя 0,15...0,20 мм).
В итоге отметим, что электроискровое упрочнение не требует ни
предварительного нагрева деталей, ни последующей их
термообработки; не вызывает коробления; обеспечивает при соответствующей
технологии шероховатость поверхности от Ка = 10...0,63 мкм;
упрочненный слой обладает высокой износостойкостью, а при
достаточной толщине и соответствующем подборе электродов высокой разга-
ро- и жаростойкостью. Наклепыванием бойком или дробью можно
ликвидировать неблагоприятное влияние электроискрового
упрочнения на сопротивление усталости.
Электродуговое упрочнение можно производить бесконтактно-
скользящей дугой, перемещающейся с такой скоростью, чтобы
участки поверхности не успели расплавиться, а лишь нагрелись до
высокой температуры. Другой способ — контактный, с помощью
вибратора; он облегчает ведение процесса. Обработка производится при
напряжении 80... 100 В и силе тока короткого замыкания 3...5 А. Дуга
при этом характеризуется небольшим факелом, в отличие от
слепящей низковольтной сварочной дуги. Упрочняющими электродами
служат твердые сплавы. Шероховатость упрочненной поверхности
несколько ниже, чем при электроискровом упрочнении. Аппаратура
более простая. Толщина упрочненного слоя — от 35 до 120 мкм.
Некоторое распространение электродуговое упрочнение получило в
деревообрабатывающей промышленности для упрочнения строгальных
и фуговочных ножей и фрез.
26*

Глава / .ОБРАБОТКАПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
1. Механическое наклепывание поверхностей [8]
Пластическое деформирование в холодном состоянии
ограниченного с поверхности слоя металла получило как технологический
процесс большое распространение для упрочнения деталей машин,
работающих в условиях переменных напряжений, и для чистовой
обработки деталей. Механическое наклепывание применяют также для
повышения износостойкости деталей, независимо от его назначения,
и относят к упрочняющей технологии.
Из способов упрочняющей технологии, используемых для
чистовой обработки детали взамен шлифования, полирования и
шабрения, можно указать на накатку шеек валов и осей и направляющих
крупных станков, раскатывание втулок и гильз цилиндров и дорно-
вание.
Наклепывание поверхностей, не только как средство повышения
износостойкости, но и как отделочная операция, влияет на
износостойкость пар трения, вследствие повышения твердости
поверхностного слоя деталей, возникновения остаточных напряжений сжатия в
нем и образования малой шероховатости поверхности. Помимо
снижения шероховатости, возможно и улучшение геометрии всей
поверхности. Так, после накатки шариковыми головками конструкции
В.А. Белова плоских чугунных поверхностей, обработанных
торцовыми фрезами до шероховатости от Яа = 5... 1,25 мкм, последняя
уменьшалась до Яа= 0,63...0,16 мкм, а плоскостность улучшалась: число
пятен при проверке на краску составляло до 8... 12 на квадрате
25x25 мм против 3...4 пятен после фрезерования.
Эксплуатационных данных о влиянии механического
наклепывания на износостойкость деталей весьма мало, лабораторные
испытания проводятся на протяжении многих лет. Результаты
лабораторных испытаний сводятся к следующему:
1) наклеп поверхностей со сглаживанием микронеровностей
ускоряет процесс приработки пар и уменьшает приработочный износ;
2) наклепанная поверхность менее подвержена схватыванию, чем
шлифованная и обточенная;
3) для конкретного режима трения существует оптимальный
режим отделочно-упрочняющей обработки; перенаклеп повышает
интенсивность изнашивания.
Пластическое поверхностное деформирование повышает
износостойкость пар трения скольжения только в период приработки.
П.Е. Дьяченко отмечает, что еще не оценена до настоящего времени
раздельно роль наклепа и шероховатости поверхности. При малых
скоростях скольжения и работе с перерывами упрочнение может су-

Механическое наклепывание поверхностей
405
щественно повысить срок службы, о чем свидетельствуют испытания
И .Т. Семаком раскатанных втулок из бронзы БрОЦС 6-6-3, которые
проработали в узлах крепления шасси самолета без ремонта 2...3
ресурса.
При абразивном изнашивании нет оснований ожидать
положительного эффекта от наклепа поверхностей.
В отношении деталей, воспринимающих контактные нагрузки,
обдувка дробью при соответствующем режиме обработки повышает
сопротивление усталости, однако дает меньший эффект, чем при
упрочнении деталей, работающих на изгиб, кручение и т.п.
Накатывание рабочих поверхностей ходовых колес, роликов и подобных им
деталей нецелесообразно вследствие понижения сопротивления
выкрашиванию или безразличия к этой операции. Накатывание
крупномодульных колес по твердым рабочим поверхностям зубьев и впадин
резко повышает контактную и изгибную выносливость. Упрочнение
накатыванием валков горячей прокатки, по данным Л.В. Андреюка,
увеличивает их износостойкость в основном за счет меньшего износа
в начальный период их службы.
2. Обработка поверхностей взрывным нагружением
Взрывным нагружением повышают износостойкость деталей из
стали Г13Л аустенитного класса: крестовины железнодорожных
путей, щеки и конусы дробилок, зубья ковшей экскаваторов и др.
Наибольшее упрочнение (повышение твердости) достигается у сталей
аустенитного класса, затем мартенситного и наименьшее — для сталей
перлитного класса.
При упрочнении взрывом форма и размеры зерен, а также
структура металла (однофазное аустенитное состояние с растворенными
карбидами марганца и железа) остаются без изменения. Под
воздействием импульса высокого давления в каждом зерне образуются
линии сдвига, что характерно для упрочненного состояния.
При взрывном нагружении на поверхность детали помещается
взрывчатое вещество (гексаген, аммонит или 6ЖВ) толщиной от 5 до
25 мм. Следует тщательно продумать схему взрыва, установить
необходимую дозу взрывчатого вещества с тем, чтобы избежать
скалывания кромок или же образования макро- и микротрещин.
3. Обработка поверхностей лучом лазера [5]
При прохождении лазерного луча по металлической
поверхности последняя весьма быстро нагревается до высокой тешгературы.
Как только луч уйдет на другое место, поверхность в результате
оттока теплоты в глубь металла сразу же охлаждается. Получается
своеобразная закалка поверхности. Такую закалку лазерным лучом
можно использовать для обработки стальных и чугунных деталей с
целью повышения их износостойкости [5].

406
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
Особенностью обработки поверхности лучом лазера является ее
локальность: лазерный луч закаливает поверхность на небольшую
глубину в виде узкой полосы шириной порядка 1,6 мм. Полосы
наносят на расстоянии 2...3 мм одна от другой. Сечение поверхности
детали, обработанной лучом лазера, показано на рис. 7.1. Упрочненные
места поверхности не заштрихованы.
Рис. 7.1. Поперечное сечение обработанной опорной поверхности

Обработка поверхностей лучом лазера
407
Деталь, обработанная лучом лазера, как правило, не требует
последующей механической обработки. Лучом лазера можно
обрабатывать труднодоступные поверхности деталей, которые могут в ряде
случаев быть в собранном виде.
Как отмечено Е.Л. Воловиком, целесообразно лазерное
упрочнение следующих деталей автомобилей и тракторов: направляющих
втулок и седел клапанов, кулачков распределительных валов,
канавок для поршневых колец, корпусов картера рулевого управления.
Для лазерного упрочнения коробок дифференциала заднего
моста автомобилей используют газовый лазер (на С02) непрерывного
действия мощностью до 1 кВт. Длина волны генерируемого света
10,6 мкм (невидимый инфракрасный). Деталь закрепляют в
приспособлении (рис,7.2) и вращают с регулируемой скоростью.
Рис. 7.2. Схема обработки детали лучом газового лазера:
/ - лазер; 2 - измеритель мощности; 3 - зеркало; 4 - фокусирующая линза; 5 - деталь; 6 -
приспособление

408
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
Для уменьшения коэффициента отражения детали из чугуна
предварительно подвергают фосфатированию препаратами "Мажеф" или
КПФ-1. Микроструктура чугуна КЧ35-10 до обработки лазерным
лучом — феррит с хлопьевидным графитом. Микротвердость
графита Н20= 1500 МПа. После воздействия луча лазера микроструктура
чугуна представляет собой измельченный деформированный феррит,
твердость которого изменяется по глубине обработанной зоны и
достигает Н20= 2400 МПа в плоскости воздействия луча. Кроме того, в
местах контакта феррит - графит имеются участки аустенитно-фер-
ритной смеси с твердостью Н = 6700 МПа.
Наилучший режим обработки Е.Л. Воловик рекомендует при
мощности лазерного облучения G...8,5I03 Вт/см2; максимальная
твердость феррита и достаточная глубина упрочненной зоны — 80...
90 мкм.
Лазерное упрочнение может найти широкое применение при
изготовлении стальных и чугунных деталей сельскохозяйственных
машин, при ремонте автомобилей и тракторов и других машин
массового производства. Износостойкость трущихся деталей может быть
при этом повышена в пять раз по сравнению с износостойкостью
деталей, не подвергнутых упрочнению.
4. Графитирование [7]
Обычный графитовый порошок не пригоден как добавка к
смазочным маслам — он быстро осаждается в масле, закупоривая
смазочные отверстия и маслопроводы. Стойкую суспензию в маслах и в
воде дает коллоидный графит, получаемый путем размола слоистого
графита До частиц размером порядка 1 мкм. Коллоидный графит,
смешанный с минеральными маслами, используется в текстильной,
стекольной и некоторых других отраслях промышленности.
В ткацких станках обильная смазка недопустима из-за
опасности замасливания ткани, а обедненная смазка приводит к быстрому
износу деталей. Применение графитизированных смазочных
материалов является положительным решением вопроса. Один из таких
материалов имеет следующий состав: веретенное бескислотное масло с
добавкой 3 % графитного препарата и 25 % коллоидного графита,
разведенного в высоковязком масле (ВУ = 23); стабилизатор.
Испытания этого смазочного материала (М.М. Худых) в
эксплуатационных условиях позволили сделать следующие выводы:
1) скорость изнашивания деталей, смазываемых графитизирован-
ным маслом, в 2...3,5 раза меньше, чем при смазке машинным и
веретенным маслами;
2) при смазке графитизированным маслом поверхности,
подвергнутые развертыванию, оказались более износостойкими, чем
шлифованные;
3) при недостатке смазочного материала пары трения,
смазываемые графитизированным маслом, в состоянии работать без заедания

Обработка поверхностей лучом лазера
409
в 6...8 раз дольше, чем смазываемые чистыми маслами. Это
обстоятельство позволило увеличить сроки работы смазочного материала
и соответственно уменьшить расход масла.
Коллоидный графит эффективно воздействует на прирабатыва-
ние трущихся поверхностей: наличие его в масле способствует более
быстрому передеформированию поверхностей трения, позволяя тем
самым сократить время приработки. Улучшается также качество
поверхностей. Кроме того, коллоидный графит увеличивает скорость
распространения (растекания) смазочного масла в 3...8 раз даже
на таких плохо смачиваемых поверхностях, как полированный
хром. Графит быстро покрывает обнажающиеся в процессе
приработки участки трущихся поверхностей, образуя слой твердого
смазочного материала, что предупреждает непосредственный
металлический контакт, наступающий обычно в первые минуты
работы пары трения, когда, собственно, и происходит повреждение
поверхности.
В настоящее время коллоидный графит для приработки
используется главным образом в парах трения цилиндр - поршень
двигателей внутреннего сгорания. С этой целью производят графитизирова-
ние наружной поверхности поршней, за исключением кольцевых
канавок. Для этого предварительно приготовляют смесь состава: глиф-
талевая эмаль 150 см3, графитно-коллоидный препарат 230 см3,
скипидар 85 см3. Графит просеивают через сито № 200 или шелковую
сетку № 35, засыпают в баллон пульверизатора и, тщательно
размешивая, добавляют в него глифталевую эмаль небольшими порциями,
а затем скипидар. Смесь приготовляют непосредственно перед гра-
фитизированием. Тогда же поршни подвергают обезжириванию
бензином и травлению с целью снятия окисных пленок и выявления
текстуры в 8... 10%-м растворе едкого натра при температуре 50...60 °С в
течение 1...5мин. Раствор подогревают до температуры 50...60°С.
После травления поршни промывают горячей водой. Для удаления
темного налета с поверхности поршней производят их осветление в
растворе азотной кислоты: 150... 180 см3кислоты удельного веса 1,4 и
Ю0..Л80г хромпика натриевого на 1 л воды. Поршни погружают в
раствор при комнатной температуре на 0,5...2 мин для полного
осветления их поверхности, затем последовательно промывают водой,
холодной и горячей, и обдувают воздухом. Если поршни ранее не гра-
фитизировались, то операции травления и осветления повторяют
дважды. После осветления поршни просушивают при температуре
160..Л20 °С в течение 0,5 ч.
Графитизирование производят пульверизатором при давлении
0,3...0,35 МПа, стараясь, чтобы покрытие было возможно более
тонким, но без пропусков и просвечивания. Затем производят сушку при
температуре 180 °С в течение 2 ч. Графитизирование и последующую
сушку выполняют дважды. Толщина слоя графита колеблется в
пределах 0,03-0,08 мм. Пленка просушенного графитного покрытия при

410
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
выдерживании детали в чистом бензине при комнатной температуре
в течение 24 ч не должна терять прочности, размягчаться или
отслаиваться.
5. Покрытие дисульфидом молибдена
Дисульфид молибдена наносят на трущиеся детали
непосредственно в виде порошка, втираемого в поверхность, или вводят в состав
пленкообразующего материала, наносимого на поверхность.
Разработан также метод вибрационного нанесения. Пленочные покрытия
толщиной 8... 12 мкм не годятся для нанесения на дорожки качения
подшипников, и их в основном наносят на сепараторы подшипников
относительно больших размеров. В приборных подшипниках пленки
с дисульфидом молибдена непригодны [1,2].
Покрытия, полученные из порошка, имеют толщину около I мкм
и, в связи с этим, небольшой срок службы. В подшипниках качения
такие покрытия применяют совместно с самосмазывающимися
материалами сепаратора; их наносят на дорожки качения, а иногда и на
шары. Это обеспечивает надежную работу подшипника на то время,
пока шары не будут набирать смазочный материал из
самосмазывающегося сепаратора.
Нанесение порошка дисульфида молибдена на детали
подшипников качения производят в галтовочных барабанах; рекомендуют
на одну весовую часть обрабатываемых деталей 2...2,5 вес. ч.
технологических шаров и 0,5... 1 вес. ч. порошка; общая загрузка барабана
должна составить не менее 1/4 его объема. Продолжительность при
частоте вращения барабана 30...50 мин1 составляет 3...4 ч.
Обработанные детали протирают и направляют на сборку.
А.П. Бабичев и Ю.И. Андрющенко разработали вибрационный
метод нанесения покрытия из порошка дисульфида молибдена.
Порошок вводят в вибрационную среду металлических тел, которые под
действием вибрации переносят его частицы на погруженные в эту
среду обрабатываемые детали. Авторы метода рекомендуют
нанесение покрытия производить на установках, имеющих камеры
соответствующего объема при амплитуде колебаний 1,5 мм и частоте 40 Гц;
источником вибрации при этом служит вращающийся
несбалансированный вал. Рабочую камеру загружают не менее чем на 3/4 объема
обрабатываемыми деталями, технологическими шарами и порошком
дисульфида молибдена. Продолжительность обработки 30...60 мин.
Обрабатываемые детали после этого прогревают для увеличения
адгезии при температуре 120...150°С в течение 0,5..Л ч, затем
охлаждают, протирают и направляют на сборку.
Для получения покрытия большей толщины и лучшего
сцепления его с поверхностью деталей последние подвергают легкому
травлению с целью повышения шероховатости поверхности. Состав
травящих растворов и режим травления подбирают так, чтобы толщина
снимаемого с поверхности детали металла не превышала 0,5 мкм.

Покрытие дисульфидом молибдена
411
А.П. Бабичев и М.Н. Носов провели сравнительные испытания
подшипников и образцов, покрытых дисульфидом молибдена, на
контактную выносливость. Покрытие наносилось различными способа-
ми. Наилучшие результаты дал вибрационный способ.
Работоспособность подшипников оценивали по продолжительности испытания.
Продолжительность работы подшипников с покрытием, нанесенным
методом галтовки, составила в среднем 85 ч (от 50 до 104 ч), весовой
износ — 2,47 г, скорость изнашивания — 0,03 г/ч. Для подшипников
с покрытием, нанесенным вибрационным методом, соответственно
было получено: 347 ч (от 167 до 500 ч), 2,73 г и 0,008 г/ч. Испытания
образцов на контактную выносливость без покрытия и с
покрытиями, нанесенными вибрационным методом или галтовкой, показали
также преимущества вибрационного метода.
Покрытие дисульфидом молибдена применяют для уменьшения
фреттинг-коррозии деталей. Этот способ дает хорошие результаты,
например, в болтовых соединениях. Прочность соединений (число
циклов до разрушения) может увеличиться до двух раз.
6. Алмазное выглаживание [9]
В последние годы получает распространение алмазное
выглаживание поверхностей трения деталей, изготовленных из закаленных
сталей, цветных металлов и сплавов, а также деталей, покрытых
электролитическим хромом или никелем.
Ранее был известен метод выглаживания поверхностей
подшипников из мягких антифрикционных металлов специальным
инструментом - гладилкой. Однако для твердых поверхностей, что
наиболее важно, метод получил распространение при использовании
алмазов, искусственных и естественных.
Алмазному выглаживанию подвергают наружные
цилиндрические поверхности валов, штоков, поршней, поршневых и
кривошипных пальцев, шеек коленчатых валов мотоциклов и мотороллеров,
крестовин кардана и дифференциала заднего моста автомобилей,
направляющие станков, плоские торцевые поверхности деталей,
тонкостенные и маложесткие детали, фасонные и конусные поверхности
тел вращения, отверстия диаметром от 20 до 200 мм и длиной до
500 мм, поверхности деталей с эксцентриситетом (например
кулачков) и др.
Алмазное выглаживание обеспечивает малую шероховатость
поверхности (Ка = 0,16...0,02 мкм), увеличивает твердость на 30...40 %,
предел выносливости на 17...25%. Контактная выносливость
обработанных деталей выше, чем обработанных суперфинишированием,
в 3,6 раза. Сопротивление усталости в некоторых случаях
увеличивается в 3 раза.
При выглаживании закаленных сталей происходит интенсивный
распад остаточного аустенита и переход его в мартенсит. Остаточ-

412
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
ные напряжения сжатия могут составить 7,5... 10 МПа. Пластическая
деформация сдвига способствует образованию
мелкокристаллической структуры с ориентированием зерен вдоль направления
деформации. Толщина упрочненного слоя 0,01...0,02 мм.
Трудоемкость алмазного выглаживания деталей из закаленных
сталей меньше трудоемкости абразивных методов отделки
(суперфиниширования, тонкого шлифования и др.) при требуемой
шероховатости К = 0,32...0,08 мкм на 10...20 %, а при шероховатости
Ка= 0,0810,02 мкм — на 15...30 %.
При алмазном выглаживании необходимо учитывать следующее:
его не следует применять для обработки деталей, изготовленных из
титана, тантала, ниобия, циркония, так как вследствие большого
адгезионного взаимодействия с алмазом эти металлы интенсивно
налипают на рабочую часть инструмента; алмазное выглаживание
чувствительно к неравномерной твердости обрабатываемой
поверхности; для закаленных сталей разброс твердости не должен
превышать 2...3 НКС. Вследствие хрупкости алмаза затруднена обработка
прерывистых поверхностей, например деталей со шпоночными
канавками или шлицами.
Алмазное выглаживание производится на обычных
универсальных и специальных станках: токарно-винторезных, токарных,
расточных, строгальных, вертикально-фрезерных нормальной и
повышенной точности. Подача составляет 0,02...0,08 мм/об, скорость — до
150 м/мин. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости
применяется индустриальное масло 20.
Алмазный выглаживатель представляет собой стальную
державку, в которой пайкой закреплен кристалл алмаза, заточенный чаще
всего по сферической поверхности. Выглаживание происходит
жестко или упруго закрепленным инструментом, работающим на сжатие.
При выглаживании поверхности ее шероховатость и микротвердость
определяются величиной усилия выглаживания Р2 и продольной
подачей 5. Микрорельеф зависит от радиуса закругления алмаза К .
Другим способом является выглаживание вращающимся алмазным
наконечником (вибровыглаживание). Детали сначала выглаживают
неподвижным, а затем вращающимся наконечником. В результате на
поверхности детали создается определенный рисунок канавок .
Алмазное выглаживание отличается от механического
наклепывания, обкатки роликовыми головками, дорнования и протягивания
тем, что здесь требуются небольшие усилия, действующие на деталь,
и простой инструмент. Усилие при алмазном выглаживании
составляет 250...300 Н. При выглаживании стружка с детали не снимается, а
происходит сглаживание микронеровностей, оставшихся от
предыдущей обработки. Металл с выступов уходит во впадины,
имеющиеся на поверхности детали. При этом размер детали несколько
изменяется за счет пластической деформации.
Л.А. Хворостухиным и другими были проведены испытания на
трение образцов из стали 30ХГСНА, шлифованных и выглаженных с

Алмазное выглаживание
413
неполным упрочнением материала (Рг= 50 Н при Я,- 1,5 мм) и
последующим вибровыглаживанием в паре с бронзой и смазкой
ЦИАТИМ-201. Испытания показали, что вибровыглаживание
увеличивает нагрузки и скорости скольжения, при которых
наступает схватывание поверхности трения. При испытании вибровыгла-
женных роликов из стали в паре с бронзовыми втулками и смазкой
ЦИАТИМ-201 происходит выделение меди в зоне контакта
(избирательный перенос). В случае шлифованных роликов такого процесса
не наблюдается.
Рис. 7.3. Экспериментальная установка для ультразвукового алмазного выглаживания
Сообщение инструменту ультразвуковых колебаний позволяет
снизить нагрузки при алмазном выглаживании до 100 Н. Это дает
возможность применять алмазное выглаживание деталей с
небольшой жесткостью. А.И. Марковым и его сотрудниками разработана
схема ультразвукового алмазного выглаживания (рис 7.3).
Приспособление устанавливают на токарно-винторезном станке мод. 16К20.
Источник ультразвуковых колебаний — магнитострикционный
преобразователь 4 с резонансной частотой 41,5 кГц, возбуждается от
ультразвукового генератора мощностью 0,4 кВт. На обрабатываемую
деталь 1 действует алмазный наконечник 2 со статической силой Р.

414
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
Наконечник укреплен в концентраторе 3. Резонансная акустическая
система B, 3, 4) закреплена в подвижном корпусе 5, который может
перемещаться вдоль оси неподвижного корпуса <5. Регулирование
производится при помощи градуированной пружины 7 и винта 8.
Исследования показали, что при алмазном выглаживании
износостойкость стальных деталей выше, чем при полировании, в 1,5 раза.
Испытания образцов из стали Х18Н9Т на усталость показали, что
предел выносливости образцов, обработанных ультразвуком,
примерно на 40 % выше, чем полированных.
При алмазном выглаживании титановых сплавов возникают
трудности в устранении налипания сплава на алмаз, что приводит к
ухудшению качества поверхности и ускоренному изнашиванию алмаза.
Л.А. Хворостухин, Н.Н. Ильин и А.П. Ковалев предложили
титановые сплавы перед алмазным выглаживанием подвергать
газонасыщению. Газонасыщение сплава рекомендуется производить при
диффузионном отжиге в воздушной среде при температуре 850 °С
(давление 13,3...1,3 Па, выдержка 30 мин), а сплавы ВТЗ-1 и ВТ-5 отжигать
при температуре 600...700 °С (давление атмосферное, выдержка 30...
60 мин). Толщина слоя газонасыщения 0,6...0,8 мм. В качестве
инструмента авторы применяли синтетические алмазы типа АСПК и
ВСАБ, а также натуральные алмазы с радиусом сферы К = 2...
2,5 мм (продольная подача 5 = 0,045...0,05 мм/об, СОЖ — масло
индустриальное 20).
При выглаживании закаленной стали 12ХНЗА шероховатость
поверхности может быть снижена с Я = 16 до Ка= 0,02 мкм.
Твердость стали увеличивается до НВ 770. Степень упрочнения
составляет 30 %. Износостойкость цементированной стали может быть увели-
чина до четырех раз по сравнению с износостойкостью поверхности,
доведенной полированием.
При алмазном выглаживании прерывистых поверхностей для того,
чтобы не было скола алмаза, И.И. Мамаевым разработаны
приспособления, в которых вылет алмазного наконечника строго ограничен.
Контактная температура при алмазном выглаживании при
нагрузке на алмазный наконечник 120... 150 Н и скорости 200 м/мин
может достигать, по данным В.М. Торбило и Е.А. Евсина, 300...400 °С,
а при скорости 300 м/мин — 400...550 °С, что может привести к
разрушению рабочей поверхности алмаза и прижогам на поверхности
образца обрабатываемой детали. С целью уменьшения контактной
температуры авторы рекомендуют при алмазном выглаживании
использовать пластичные смазочные материалы, а для алмазного
наконечника — специальную насадку-радиатор для отвода тепла. Снижение
температуры указанными методами позволяет увеличить
производительность процесса без ухудшения качества поверхности.
Примечательно, что применение дисульфида молибдена увеличивает
контактную температуру. При давлении на алмазный наконечник силой
250...300 Н за два прохода и более возможно повреждение
поверхности, а силой более, чем 300 Н, повреждение возможно и за один проход.

Алмазное выглаживание
415
Алмазному выглаживанию может подвергается хромовое
электролитическое покрытие, при этом пластическая деформация не
должна выходить за границу раздела хрома и основного металла. При
малой толщине покрытия и больших усилиях выглаживания, а также
малой прочности основания, возможно нарушение сплошности на
границе раздела.
8. Ионная имплантация
Сущность метода ионной имплантации заключается в том, что
поверхность трения деталей подвергают бомбардировке ионами
веществ с высокой энергией, которые придают большую
износостойкостью или обладают свойствами твердых смазок. При
определенном уровне энергии ионы проникают в глубину поверхности и
затормаживаются, вызывая появление дефектов структуры и изменение
первоначальных свойств поверхностных слоев [3,4]. Для ионного
легирования материалов ионные пучки обладают энергией от единиц
до сотен килоэлектронвольт. Процесс ионной имплантации не
ограничивается только диффузией, он дает положительные результаты при
образовании новых соединения, которые при других методов
получить невозможно. Необходимо также учитывать, что при ионной
имплантации всегда происходит распыление облучаемой
поверхности. Поэтому количество атомов имплантанта ограничено, т.е. при
определенных условиях наступает режим насыщения, который и
определяет максимальное количество примесных атомов.
Максимальное количество имплантированных атомов составляет 20...50
атомных процента. Толщина слоя с измененными свойствами на 2.*.3
порядка превышает глубину проникновения имплантированных
атомов [4].
Ионная имплантация осуществляется в ионно-лучевых
установках, которые подразделяются на лабораторные и промышленные.
Требование к установкам различны. При научных исследованиях
необходима частая смена рабочего вещества, изменения режимов
работы (температуры, напряжения и тока, рабочего газа) и т.д.
Эксплуатация же установок серийного производства производится при
строго фиксированных рабочих режимах и установки должны иметь
высокую производительность и надежность работы [4].
Установка любого типа содержит следующие узлы: ионный
источник, масс-сепаратор, ускорительную секцию, сканирующее
устройство, приемные камеры и вакуумную систему.
В лабораторной практике и в малосерийном производстве
может быть использована отечественная установка типа «Иоела-2».
В ней энергию однозарядных ионов можно регулировать от 20 до
86 кэВ. Внутри камеры поддерживается вакуум 10~4 Па.
Крупногабаритная установка типа ИЛУ-4 массой около 104 кг
потребляет мощность 45 кВт и требует площади 57 м2 без учета форвакуум-
ных насосов, монтируемых обычно в отдельном помещении [4].

416
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
Рабочий газ
Рис. 7.4. Установка ионной имплантации УИН-1:
1 — блок питания; 2 — ловушка азотная; 3, 5 — насос форвакуумный; 4—блок питания; 6-
ловушка азотная; 7 — рабочая камера; 8 — крионасос; 9 — стол; 10 — деталь
Принципиальная схема опытной установки для ионной
имплантации показана на рис. 7.4.
Основными узлами установки являются камера ионной
имплантации и плазменный источник ионов. Камера ионной имплантации
(рис. 7.5) представляет собой цилиндрическую обечайку,
выполненную из нержавеющей стали с верхними и нижними днищами,
выполняющими роль изоляторов.
На верхнем днище смонтирован плазменный источник ионов, на
нижнем — стол для размещения обрабатываемых образцов и
деталей. Все соединения выполнены вакуумно плотными; камера
снабжена загрузочным люком и фланцем для подсоединения средств
откачки [4].
В плазменном источнике ионов (рис. 7.6) установлена сменная
мишень специальной формы, которая является источником ионов
имплантируемого в деталь вещества. Источник ионов снабжен также

Ионная имплантация
417
8 9 10
Рис. 7.5. Камера ионной имплантации:
7 - источник ионов; 2 - обечайка; 3 - люк загрузочный; 4 - рабочий стол; 5 - изолятор; 6 -
фланец для подсоединения средств откачки; 7 - экран; 8 - мишень (катод); 9 - магнит; 10 -
анод
катодом и анодом, смонтированными на общем корпусе. Для
получения плазмы газа, например азота, к источнику ионов
подключается емкость с газом [4].
Ионная имплантация никелем, хромом, алюминием, золотом,
серебром, медью повышает коррозионную стойкость деталей,
снижает растрескивание нержавеющих сталей за счет действия
сжимающих напряжений. По данным работы [4], коррозионная стойкость
имплантируемого палладием титана возрастает в 104 раз (образуется
своеобразная катодная защита). При больших дозах облучения при
имплантации поверхностные слои амортизируются, что можно
определить по изменению цвета поверхности (кремний светлеет, галлий
темнеет).
27 - 2039

418
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
Рис. 7.6. Источник ионов плазменный.
1 — катод; 2 — анод; 3 — магнит кольцевой; 4 — сопло отражательное; 5 — мишень; 6 —
сопло направляющее; 7 — обечайка; 8 — корпус; 9, 10 — изоляторы; -> — циркуляция
охлаждающей жидкости; 4*Т — газ реагент
При ионной имплантации концентрация дефектов в
поверхностном слое даже при внедрении малых доз на несколько порядков
больше, чем при нейтральном облучении [3].
Микротвердость стали после ионной имплантации
увеличивается. Из анализа опубликованных данных [3-4] следует, что увеличение
микротвердости происходит за счет формирования мелкодисперсных
доз и искажения решетки в результате образования радиационных
дефектов и возникновения внутренних напряжений.
При внедрении ионов олова, молибдена с серой уменьшается
коэффициент трения и увеличивается износостойкость сплавов.
В качестве антифрикционных ионноплазменных покрытий
используются сульфиды, селениды и теллуриды переходных металлов,
графит, мягкие металлы. Толщина наносимого слоя может быть от
0,003 до 300 мкм. Нижний предел лимитируется потерей сплошного
слоя, а верхний влиянием объемных свойств антифрикционного
покрытия [4].

Ионная имплантация
419
' о 0,05 0,10 0,15 0,20 Р, МПа
Рис. 7.7. Зависимость коэффициента сухого трения/по стали 95X18 от величины
нагрузки Р при скорости скольжения V = 0,6 м/с для контртел с покрытиями:
1 - Т1Ы; 2 - Сг,Ы; 3 - Мо,И; 4 - многослойным Мо-М,1Ч-Мо$,
Б.Т. Грязновым и его сотрудниками разработана технология
нанесения многослойных ионноплазменных покрытий для узлов
сухого трения микрокриогенной техники. При разработке этой
технологии авторам пришлось решать противоречивую задачу: покрытие
должно иметь максимальную адгезию к подложке и минимальную — к
материалу, работающему в паре с этим покрытием. В результате
проведения теоретических расчетов и экспериментальных исследований
было изучено наиболее эффективное многослойное покрытие из Мо-
Мо21Ч-Мо82, работающее в паре со сталью 95X18. Это покрытие
хорошо прирабатывается и обладает высокой износостойкостью и
адгезией к материалу основной детали. Для получения покрытий на
реальных деталях авторы работы создали специальную установку,
которая позволила совместить в едином вакуумном цикле процессы
нанесения покрытий путем конденсации ионной бомбардировкой,
ионной имплантации и магнетронного распыления.
Испытания показали, что в случае применения многослойного
покрытия при сухом трении коэффициент трения ниже по сравнению
с применением однородных покрытий (рис. 7.7). Как видно из
приведенных графиков, с увеличением удельного давления (сухое трение)
коэффициент трения увеличивается. Результаты выполненной
работы используются в практике производства микрокриогенной
техники в г. Омск.
27*

Глава О •ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ
ОБРАБОТКА (ФАБО) ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
1. Сущность процесса ФАБО
Открытие явления избирательного переноса при трении
(эффекта безызносности) позволило рассматривать перенос металла в зоне
фрикционного контакта как метод плакирования поверхностей
трения стальных и чугунных деталей тонким слоем мягких металлов
(латуни, меди, бронзы), с приданием им высоких антифрикционных
свойств. Основополагающим изобретением этого метода является
авторское свидетельство № 115744 от 23.4.58 г. "Способ придания
поверхности металлов трущихся пар противозадирных свойств"
(Авторы изобретения Д.Н. Гаркунов и В.Н. Лозовский).
Сущность процесса состоит в том, что стальные и чугунные
детали после окончательной традиционной обработки резанием их
поверхностей трения (шлифованием, полированием, хонингованием и
др.) покрывают тонким слоем A...3 мкм) латуни, меди или бронзы.
Покрытия получают путем трения латунного, медного или
бронзового прутка (инструмента) о поверхность детали, смазывая при этом
поверхность трения глицерином или какой-либо другой специальной
жидкостью. При трении материал прутка переносится на стальную
(или чугунную) поверхность детали.
Процесс переноса металла при трении ранее считался вредным
явлением, поскольку он сопровождался интенсивным изнашиванием
и повреждением трущихся поверхностей, особенно при сухом трении.
При смазывании маслом этот процесс происходил в меньшей
степени, лишь в отдельных местах контакта. Здесь большую роль играют
окисные пленки, возникающие в зоне контакта и препятствующие
непосредственному соприкосновению материала детали с латунным
прутком.
Для того чтобы наносимый слой латуни был сплошным и
ровным, поверхность детали не должна иметь окисных и масляных
пленок, а материал латуни нужно пластифицировать
поверхностно-активным веществом в процессе нанесения покрытия. Давление при
трении должно обеспечивать полное прилегание поверхности
латунного прутка к поверхности детали. При таких условиях перенос
материала латунного прутка на деталь происходит сплошным слоем,
состоящим из очень мелких частиц, хорошо сцепленных как со стальной
(или чугунной) поверхностью, так и между собой [4].
С этой целью детали, подлежащие латунированию таким
методом, обезжиривают, зачищают шлифовальной шкуркой, а сам
процесс фрикционного латунирования проводят в среде глицерина.
Глицерин в результате малой адсорбционной способности не препятствует
непосредственному контакту, а значит, схватыванию металлических

Сущность процесса ФАБО
421
поверхностей при трении, он восстанавливает окисные пленки как на
стали^так и на латуни, что способствует схватыванию и улучшению
условий переноса латуни.
Шероховатость поверхности после латунирования деталей
практически не отличается от исходной шероховатости. Слой латуни,
нанесенный на стальную поверхность, улучшает ее прирабатываемость,
снижает коэффициент трения, повышает предельно допустимые
удельные нагрузки в узлах трения [4].
Материал инструмента должен обладать достаточной
прочностью для того, чтобы механически при трении разрушать окисные
пленки на обрабатываемой поверхности (стальной или чугунной).
Этому способствует, как уже упоминалось, действие глицерина,
который при повышении температуры является восстановительной
средой. В то же время материал инструмента должен быть и
пластичным, чтобы обеспечивать контакт с обрабатываемой поверхностью
во многих точках. Прочность инструмента должна значительно
уступать прочности обрабатываемой детали. Только в этом случае
обеспечивается односторонний перенос материала инструмента на
материал детали [14].
Важным свойством материала инструмента является способность
наклёпываться в тонком слое в интервале рабочих температур.
Упрочнение адгезионного шва за счет наклепа обеспечивает глубинное
вырывание и перенос материала покрытия мелкими частицами. Здесь
следует иметь в виду и упрочняющее действие материала
обрабатываемой детали.
Всем требованиям к инструменту в наибольшей степени
отвечают латуни Л63 и ЛС 59-1, в меньшей — медь, бронза. При попытке
нанести покрытие из таких пластичных материалов, как олово и
свинец, оказалось, что они создают хороший контакт с обрабатываемой
поверхностью, но не могут произвести ее механическую очистку из-
за своей низкой прочности, быстро теряют первоначальную форму,
текут, срезаются деталью. Получить качественное покрытие из этих
высокопластичных материалов не удалось.
Материал детали должен иметь способность образовывать юве-
нильную поверхность после того, как будет разрушена окисная
пленка. Прочность сложных окислов определяет производительность
процесса и может стать причиной невозможности его осуществления.
Этим требованиям отвечают углеродистые стали и, в меньшей
степени, легированные стали. Чугун также поддается латунированию, но
при этом сказывается отрицательное влияние графита,
препятствующего контакту чистых металлов. Рабочее давление должно
обеспечивать разрушение окисных пленок и очистку обрабатываемой
поверхности.
Скорость скольжения при трении способствует разрушению
окисных пленок и их удалению, нагреву зоны трения, повышению
пластичности инструмента и формированию контакта. Она определяет

422 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
производительность процесса и качество покрытия. При чрезмерно
высокой скорости инструмент не успевает внедряться во впадины
поверхности и покрытие может оказаться не сплошным, кроме того,
технологическая жидкость при большой скорости скольжения может
потерять вязкость и рабочие свойства [14].
Исследованиями [14] было выявлено, что ФАБО не
подвергаются хромированные детали, покрытые никелем и изготовленные из
алюминиевых сплавов и некоторых других металлов и сплавов, окис-
ные пленки которых обладают высокими механическими
свойствами или способностью мгновенно восстанавливаться после
разрушения. Не подвергаются также ФАБО и стальные поверхности с
оксидными, фосфатными или какими-либо другими пленками.
Известный специалист в области триботехники проф. Г. Поль-
цер (ФРГ), много лет изучающий механизм ФАБО, его
закономерности и возможности использования этого процесса в машиностроении
и ремонтном производстве, дал следующие характеристики этой
новой технологии:
Более высокая надежность — большой коэффициент полезного
действия для двигателей внутреннего сгорания автомобилей,
насосов и компрессоров, гидравлических агрегатов, прецизионных машин,
металлорежущих станков. Требования к поставщикам машин по
повышению надежности и долговечности их продукции и по снижению
расхода энергии требуют постоянного уменьшения трения,
склонности к заеданию, износа и других разрушающих факторов.
Применяемые до сих пор способы нанесения покрытий и обработки
поверхности являются сравнительно дорогостоящими и не во всех случаях
обеспечивают достаточный срок службы. Механическое фрикционное
латунирование заключается в нанесении с большим усилием
нажатия на поверхность детали слоя латуни толщиной от 2 до 4 мкм.
Особенностью нашего способа является тот факт, что эти слои
до определенной степени обладают способностью саморегенерации,
обеспечивая этим длительный эффект.
Фрикционное латунирование приносит пользу поставщику
машин и ремонтному цеху. Особенности этого нового способа
нанесения покрытий:
- чрезвычайно низкий расход материала;
- низкий расход механической энергии;
- безвредность для окружающей среды;
- малое время нанесения покрытия (несколько минут) с помощью
автоматизированного приспособления;
- стабильное и хорошее качество покрытий;
- замена дорогостоящих способов обработки поверхности;
- экономическая целесообразность при большой и небольшой
серийности изделий.
Фрикционное латунирование рекомендуется пользователям
машин, оснащенных деталями с таким типом покрытий. Эффект
проявляется в:

Сущность процесса ФАБО
423
- снижении износа на 40 % в смазанных парах трения из стали и
чугуна;
- большей производительности в результате более высокого КПД;
- устранении склонности к схватыванию;
- применении этого способа в процессе приработки;
- экономии энергии вследствие уменьшения трения.
Области применения:
- пары трения из стали, особенно из высококачественной стали и
чугуна;
-детали цилиндрической и плоской формы;
- при смазывании пары трения большинством смазочных
материалов, а также водой, кислотами, щелочами;
- особенно полезен этот способ при высокой склонности
поверхности к схватыванию и небольшому абразивному разрушению зоны
трения;
- в целях предотвращения окисления поверхностей при трении;
- для повышения предела усталости деталей из стали или
чугуна.
Фрикционное латунирование можно рекомендовать также при
крайне тяжелых условиях нагружения, так как этот способ создан на
основе эффекта избирательного переноса (безызносности), и
защитные слои в определенных условиях самовосстанавливаются и
регенерируются. При этом обеспечивается низкий уровень окисления в
областях трения. В этом направлении нами проведены
научно-исследовательские работы с применением различных смазочных материалов,
а также воды.
Фрикционное латунирование в парах трения изделий
машиностроения может заменять дорогостоящие и менее безвредные для
природной среды способы нанесения покрытий, предназначенные для
уменьшения трения и износа, например фосфатирование, обработку
перегретым паром, азотирование, гальваническое нанесение
покрытия из меди и др.
2. Требования к технологическим жидкостям,
применяемым при ФАБО
Технологическая жидкость должна пластифицировать материал
инструмента для создания тонкого поверхностного слоя, разрыхлять
окисные пленки на обрабатываемой поверхности, предохранять зону
трения от возможного перегрева. Она не должна оказывать
коррозийного действия на обрабатываемую деталь [2]. Первоначально в
качестве технологической жидкости применялся глицерин. Однако
при обработке деталей из легированных сталей глицерин не
способен разрыхлить и восстановить более плотные и сильно связанные с
основным металлом сложные окислы легированных сталей,
состоящих из соединений хрома, кремния, никеля, молибдена, титана и дру-

424 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
гих элементов. Только введение в глицерин в качестве флюсующей
добавки соляной кислоты (на 2 части глицерина 1 часть
10-процентного раствора соляной кислоты или хлористого цинка)
позволило получить и на легированных сталях качественное латунное
покрытие.
Недостатком глицерина является также и то, что при обработке
наружных поверхностей при повышенных скоростях скольжения
вследствие жидкотекучести он легко удаляется под действием
центробежных сил.
С целью повышения скорости обработки С.А. Тережкиным и
О.В. Чекулаевым был разработан новый состав рабочей среды
повышенной вязкости [14]. Полученный состав эффективно удаляет
окисные пленки на углеродистой и легированной сталях, отличается
повышенной вязкостью и хорошо удерживается на обрабатываемой
поверхности при скоростях скольжения до 1,0... 1,5 м/с.
Для ФАБО деталей из жаропрочных сталей и сплавов
указанными авторами был разработан новый, более эффективный состав
технологической жидкости.
Проведенный В.И. Балабановым и Г.К. Потаповым [10] литературно-
патентный анализ имеющихся составов технологических жидкостей
позволил сформулировать для них основные функциональные требования.
Технологические жидкости должны содержать в своем составе:
1) поверхностно-активные вещества в количестве, позволяющем
разрыхлять окисные пленки и пластифицировать обрабатываемую
поверхность и натирающий инструмент;
2) органические материалы, способные при взаимодействии с
другими компонентами или в процессе нанесения к полимеризации и
образованию на поверхности медьсодержащего покрытия
полимерной пленки;
3) соединения металлов (в основном пластичных) для получения
композиционных покрытий с заданными свойствами (металлоплаки-
рующие среды). Компоненты среды должны находиться в
растворенном виде для обеспечения хорошей траспортировки состава
подающими устройствами в зону обработки, для чего необходим
соответствующий универсальный растворитель.
К техническим жидкостям предъявляется еще ряд
технологических требований: оптимальная вязкость, безопасность использования,
стабильность, низкая коррозийная активность и др.
Главным критерием качества технологической среды является
комплекс триботехнических свойств покрытий, получаемых с ее
использованием. Эти свойства, в свою очередь, оцениваются по
следующим основным показателям: равномерности образующихся
покрытий, маслоемкости (пористости), шероховатости поверхности,
толщине покрытия, износостойкости.
В настоящее время разработаны технологические жидкости, в
определенной степени удовлетворяющие предъявляемым требованиям.

ФАБО титана и его сплавов
425
3. ФАБО титана и его сплавов
Применение ФАБО для титана и его сплавов оказалось
возможным только после предварительного термического оксидирования на
воздухе или в различных средах (песок, графит, расплавы солей и т.п.)
при температуре 500... 1100 °С [7]. В результате оксидирования на
поверхности образуются оксидная пленка и газонасыщенный слой,
обуславливающие адгезию латунного покрытия, которую наносят на
подготовленную таким образом поверхность по обычной технологии в
среде глицерина.
4. ФАБО шарнирно-болтовых соединений
Иногда шарнирно-болтовые соединения машин и механизмов
изнашиваются в результате схватывания поверхностей трения
(образования задиров) и фреттинг-коррозии. Это происходит вследствие
повышения нагрузок, недостаточного поступления в зону контакта
смазочного материала и низких антифрикционных свойств
трущихся материалов (пары трения сталь - сталь).
Для устранения возможности задиров, фреттинг-коррозии и
заедания шарнирно-болтовых соединений В.Н. Лозовский разработал
оснастку и технологию ФАБО [4]. На рис. 8.1 приведена схема
установки детали (болта шарнирного соединения) и приспособления для
ФАБО на токарно-винторезном станке.
Для латунирования использовались прутки из латуни Л62
диаметром 4 мм. Удельная нагрузка составляла 100... 150 МПа. Скорость
скольжения 0,15.. .0,23 м/с. Перемещение прутка вдоль детали
осуществлялось с подачей 0,1...0,2 мм/об. Глицерин наносился на деталь
кисточкой.
Для получения высококачественного латунного покрытия
достаточно сделать 2—3 прохода. Если при латунировании происходит
сильный нагрев детали, вызывающий кипение глицерина, то следует
увеличивать продольную подачу латунного прутка. При этом
необходимо также увеличивать число проходов. Перед очередным
проходом глицерин, покрывающий обрабатываемую сталь, в случае его
сильного загрязнения, удаляют ветошью, и на деталь волосяной
кисточкой наносят слой свежего глицерина. После снятия со станка
латунированные детали тщательно промывают в воде, обдувают
сжатым воздухом или насухо протирают чистой ветошью и
консервируют.
Описанная выше технология использовалась в 1960-е годы на
заводах, производящих ремонт самолетов типа ТУ. ФАБО
подвергались шарнирно-болтовые соединения шасси [9].
В.Н. Лозовский, имея опыт фрикционного латунирования
шарнирно-болтовых деталей самолетов, указывает, что на качество
процесса влияют следующие факторы:

426 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Рис. 8.1. Установка детали и латунного прутка при фрикционном латунировании на
токарно-винторезном станке:
1 - центр, закрепленный в шпинделе станка; 2 - латунируемая деталь; 3 - подвижный центр
задней бабки; 4 - латунный пруток; 5 - приспособление, закрепленное в резцедержателе станка
1. Степень обезжиривания детали и полнота удаления с ее
поверхности окисной пленки. Наличие жировых и окисных пленок на
поверхности детали не позволяет получить качественное латунное
покрытие;
2. Исходная шероховатость поверхности детали. Шероховатость
поверхности детали влияет на сплошность латунного покрытия;
3. Величина удельной нагрузки, с которой латунный пруток
прижимается к детали. При недостаточном удельном давлении
снижается плотность покрытия, а при чрезмерном давлении возможно
образование кольцевых рисок на поверхности детали;
4. Скорость скольжения латунного прутка относительно
поверхности детали. Отклонение скорости скольжения от оптимального
значения в сторону уменьшения снижает производительность процесса,
а в сторону увеличения уменьшает толщину покрытия;
Рис. 8.2. Приспособление для зажима латунного прутка:
1 - корпус; 2 - резьбовая пробка; 3 - плунжер; 4 - винт; 5 - пружина (ОВС диаметром 5);
6 - латунный пруток

ФАБО шарнирно-болтовых соединений
427
5. Величина продольной подачи латунного прутка. Увеличение
подачи снижает плотность покрытия, а снижение подачи уменьшает
производительность;
6. Величина биения обрабатываемой поверхности детали
относительно линии центров токарного станка. Чем больше биение, тем
менее равномерным по толщине получается латунное покрытие;
7. Смачивание поверхности детали глицерином. Отсутствие на
поверхности детали слоя глицерина при латунировании приводит к
сухому трению и может вызвать повреждение детали.
Технический контроль деталей, латунированных фрикционным
методом, осуществляется путем осмотра латунного покрытия с
помощью лупы четырехкратного увеличения. При этом не должны быть
видны участки поверхности детали, не покрытые слоем латуни, с
налипшими отдельными крупными частицами латуни или с
кольцевыми рисками.
Возможные дефекты при фрикционном латунировании деталей
и способы их устранения приведены в таблице 8.1.
Таблица 8.1
Виды дефектов
Деталь не
покрывается слоем латуни
На латунируемой
поверхности детали
образуются кольцевые
риски или налипают
отдельные крупные
частицы латуни
Деталь имеет
неравномерное латунное
покрытие. На одной
стороне детали может
происходить
налипание отдельных
крупных частиц латуни, а
на противоположной
образуется ровное, но
тонкое латунное
покрытие
В латунном
покрытии детали видны
просветы
Причины дефектов
На поверхности
детали имеется окис-
ная или масляная
пленка
Чрезмерно высокое
давление латунного
прутка на деталь или
недостаточное
смачивание поверхности
детали глицерином
Повышенное биение
латунируемой
поверхности детали
относительно оси
центров токарного
станка
Недостаточная
чистота поверхности
детали; огранка
шлифованной детали
Способы устранения дефектов
Удалить с поверхности
глицерин, промыть ее бензином
и зачистить шлифовальной
шкуркой. Вновь произвести
латунирование
Удалить с поверхности
детали глицерин, зачистить ее
шлифовальной шкуркой до
выведения рисок. Запилить
латунную поверхность
прутка напильником. Вновь
произвести латунирование
Удалить с поверхности
детали глицерин, зачистить ее
шлифовальной шкуркой.
Выверить деталь на биение и
вновь произвести
латунирование
Удалить с поверхности
детали глицерин. Обработать
поверхность детали с целью
повышения ее чистоты или
выведения огранки. Вновь
произвести латунирование

428 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
5. ФАБО деталей с плоской рабочей поверхностью [3]
В.М. Кремешным разработан процесс ФАБО для торцовых
поверхностей втулок, уплотнений, который включает следующие
операции.
1. Подготовка поверхности. Поверхность детали обезжиривают
промывкой в бензине или ацетоне. Затем с нее удаляют окислы
обработкой на притирочной плите с абразивным порошком и снова
промывают в бензине.
2. Монтаж обрабатываемой детали. Для ФАБО детали
применяют приспособление, показанное на рис. 8.3. Деталь фиксируют
болтами 5 в корпусе 4. Корпус приспособления закрепляют на столе
сверлильного станка б, в патрон 1 станка устанавливают
обрабатывающий инструмент 2.
3. Нанесение покрытия. На обрабатываемую деталь наносят
композицию, включают станок и создают необходимую удельную
нагрузку в зоне трения. После завершения обработки снимают давление и
обрабатываемую деталь вынимают из приспособления.
Рис. 8.3. Приспособление для фрикционного нанесения покрытий на плоские
поверхности трения:
1 - патрон; 2 - обрабатывающий инструмент; 3 - обрабатываемая деталь; 4 - корпус крепления
обрабатываемой детали; 5 - фиксирующий болт; б - стол сверлильного станка

ФАБО деталей с плоской рабочей поверхностью
429
4. Пассивирование. Деталь промывают в бензине, пассивируют в
подогретом до 30 °С 0,3.. ,0,5%-ном растворе кальцинированной соды
в течение 30.. .50 с и консервируют смазкой ЦИАТИМ-201.
Испытания на изнашивание обработанных деталей показали, что
они практически не подвергаются схватыванию, а их износостойкость
в 2-3 раза выше, чем у необработанных деталей.
Описанный способ можно применять, по мнению В.М. Кремеш-
ного, не только при производстве новых деталей, но и при
восстановлении изношенных, а также при нанесении подслоя для
последующего никелирования, хромирования и др.
6. ФАБО подшипников качения
В практике эксплуатации подшипников качения наиболее
частыми видами повреждений являются контактная усталость, различные
виды износа дорожек и тел качения, износ и разрушение
сепараторов, потеря работоспособности смазочного материала, износ
уплотнений, пластическое деформирование и хрупкое разрушение
деталей [6].
Указанные повреждения зависят от условий работы
подшипников: скорости качения, нагрузки, температуры узла трения,
попадания в зону контакта абразивных частиц, вибрации, качества
смазочного материала, величины проскальзывания и других причин.
Традиционные методы повышения безотказности работы
подшипников качения сводятся к разработке новых конструкционных
материалов, процессов их термообработки, к оптимизации
конструктивных форм деталей, к выбору числа тел качения, конструкции
сепараторов, величины посадок, к снижению волнистости и
шероховатости контактирующих поверхностей, а также разноразмерности тел
качения, использованию эффективных смазочных материалов,
различных способов разгрузки подшипников, способов уплотнения и т.п.
Все эти способы достигли высокого совершенства и их
целесообразно дополнить другими путями увеличения долговечности.
Одним из новых путей повышения долговечности подшипников
качения является использование ФАБО как для дорожек качения, так
и для тел качения.
6.1. Технологический процесс, разработанный
В.М. Кремешным
В.М. Кремешный с сотрудниками разработал технологию ФАБО
как новых подшипников качения, так и изношенных с целью их
восстановления [3].
Эта технология осуществляется следующим образом. В
обрабатываемый подшипник вводят приготовленную ранее путем
механического перемешивания компонентов при комнатной температуре

430 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
металлополимерную смазку на основе мыльной пластичной смазки,
содержащую 16...20 масс. % порошка меди, 4. ..6 масс. % порошка
свинца и 1...2 масс. % порошка политетрафторэтилена. В качестве
мыльной пластичной смазки используют известные смазки типа
ЦИАТИМ-201, Литол-24, солидол и т.п.
Затем подшипник закрепляют в приспособлении для обработки,
состоящем из корпуса для фиксации наружной обоймы подшипника
с нагревательным элементом, приводного вала, на котором
устанавливают внутреннюю обойму, и устройства для создания радиальной
Рис. 8.4. Приспособление для обработки радиальных подшипников качения:
/ - цилиндр передачи нагрузки; 2 - подогреваемый корпус крепления подшипников; 3 - корпус
испытательной камеры; 4 - втулка крепления наружной обоймы; 5 - обрабатываемый
подшипник; б - втулка осевой фиксации наружной обоймы; 7 - втулка крепления внутренней
обоймы; 8 - втулка осевой фиксации внутренней обоймы; 9 - гайка осевой фиксации
подшипника; 10 - вал машины трения; II - болт крепления втулки осевой фиксации наружной
обоймы

ФАБО подшипников качения
431
Рис. 8.5. Приспособление для обработки упорных и радиально-упорных
подшипников качения:
1 - патрон; 2 - переходной вал; 3 - обрабатываемый подшипник; 4 - корпус крепления
подшипника; 5 - дистанционная шайба; 6,8 - центрирующие болты; 7 - корпус
подогревательного элемента; 9 - стол сверлильного станка
(для радиальных) или осевой (для упорных подшипников) нагрузки.
Приспособление для обработки радиальных подшипников
монтируют, например, в камере крепления образца машины трения СМЦ-2
по схеме "вал-втулка" (рис. 8.4) или на токарном станке.
Приспособление для обработки упорных подшипников закрепляют, например,
на столе сверлильного станка (рис. 8.5).
После этого подшипник начинают обрабатывать. Приводят во
вращение в течение времени ту = 12...20 мин с частотой со; =
= @,01...0,03)со^л, где (йдоп— предельно допустимая частота
вращения подшипника, после чего при этом вращении нагревают до
температуры / = @,5.. .0,7)^., где 1к — температура каплепадения мыльной
пластичной смазки, изменяют частоту вращения до со, =
= @,05...0,07)содол и вращают с этой частотой в течение т2 = 5...8 мин.
Затем при вращении в этих условиях к подшипнику прикладывают
нагрузку Р = @,05...0,8)^, где (? — предельная допустимая
статическая нагрузка на подшипники в направлении расчетной нагрузки, и

432 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
продолжают вращение в течение времени т3 = 2...3 ч при той же
нагрузке Р, частоте со, и температуре /. После этого подшипник
вынимают из приспособления и консервируют любой пластичной
смазкой, не удаляя смазку, применявшуюся при обработке.
Практическое применение способа иллюстрируется
следующими примерами, в которых подшипники качения обрабатывались по
рассмотренному способу. В качестве базовой использовалась смазка
ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6267-74 с температурой каплепадения (к = 173 °С.
В качестве радиальных подшипников использовались серийные
радиальные шариковые подшипники 203 ГОСТ 8338-75, у которых
предельно допустимая частота вращения &доп = 16 000 об/мин B67 с1), а
предельно допустимая статическая нагрузка (? = 4200 Н. В качестве
упорных подшипников использовались серийные разборные
шариковые подшипники 36203 ГОСТ 831-75, у которых предельно
допустимая частота вращения <одоп = 1300 мин-1 B17 с), а предельно
допустимая осевая статическая нагрузка () = 4200 Н.
Стендовые трибологические испытания подшипников,
обработанных по этому способу, проводились на модернизированной
машине трения СМЦ-2 по схеме "вал-втулка" — в случае радиальных
подшипников и на машине трения с загрузочным устройством для
создания осевой нагрузки - упорных подшипников. Испытания
радиальных подшипников проводились при радиальной нагрузке 2,5 кН,
частоте вращения 16,7 с-1 на пути трения 100 км. Упорные
подшипники испытывались при осевой нагрузке 2,5 кН, частоте вращения 14,7 с 1
на пути трения 100 км. Повторяемость всех опытов —
четырехкратная. Интенсивность изнашивания определялась весовым методом.
Величина весового износа измерялась на аналитических весах ВЛР-200
с точностью до 0,05 мг. Полученные данные обработаны и
результаты приведены в таблице 8.2.
Таблица 8.2
Данные стендовых испытаний
Смазочный
матер и ал
Интенсивность изнашивания
Обоймы
внутренней
наружной
Шариков
Суммарная
ЦИАТИМ-20Г 4,4 3,9 7,4 15,7
МФС-Ц* 1,9 1,5 2,6 6,0
ЦИАТИМ-201 8.7 27,0 0,3 36,0
МФС-Ц 10,9 13,9 3,9 28,7
* Для деталей с предварительным нанесением покрытия.
Из таблицы 8.2 видно, что применение предлагаемого способа
уменьшает интенсивность изнашивания шарикоподшипника при
использовании смазки ЦИАТИМ-201 в 2,3 раза, а при использовании
смазки МФС-Ц — в 4,8 раза.

ФАБО подшипников качения
433
После обработки шарики приобретают золотистый цвет. Ренге-
ноструктурный анализ материала поверхностного слоя показал
наличие в нем меди. Металлополимерная пленка "залечивает"
усталостные микротрещины в работающих подшипниках и препятствует их
возникновению после обработки новых подшипников. Толщина
пленки составляет несколько десятых долей микрометра и поэтому
зазоры в подшипниках после обработки практически не изменяются.
Высокие противоизносные свойства покрытия при такой небольшой
толщине объясняются механизмом его образования, который
заключается в следующем.
При обработке подшипника частицы металлического и
полимерного наполнителей предварительно измельчаются, одновременно с
рабочих поверхностей подшипника удаляются окисные пленки.
Измерения условного размера частиц показали, что он уменьшается с
5...60 до 0,1...10мкм. Происходит также и растворение в расплаве
смазочного материала частиц с образованием ионов меди, которые
оседают на шариках, роликах и дорожках подшипников качения,
активированных в результате трибологического воздействия. При
дальнейшей обработке происходит уплотнение и увеличение толщины
пленки покрытия.
После достижения определенной, характерной для зазоров
каждого конкретного подшипника толщины между процессами
изнашивания и образования пленки устанавливается динамическое
равновесие, увеличение толщины пленки прекращается. Образовавшаяся
пленка, ввиду своей высокой пористости, пропитана смазочным
материалом, не подвержена наклепу и обладает низким коэффициентом
трения.
Таким образом, применение рассмотренного способа обработки
подшипников качения повышает их износостойкость в 2,3...4,8 раза
и значительно увеличивает их долговечность.
На способ обработки подшипников качения перед
эксплуатацией получено авторское свидетельство № 1196552 (СССР), авторы
В.М. Кремешный, СП. Андронов, В.В. Астахов.
6.2. Технологический процесс, разработанный
С.Н. Комаровым и Н.Н. Добромысловым
Второй заслуживающей внимание работой по ФАБО
подшипников качения является работа, выполненная в Институте коррозии
(ИКОР) С.Н. Комаровым и Н.Н. Добромысловым [6].
Теоретические предпосылки по ФАБО подшипников. К
теоретическим предпосылкам возможного повышения качества
подшипников при ФАБО авторы относят следующие механизмы работы
тонких пластичных покрытий в зоне фрикционного контакта
подшипников.
28 - 2039

434 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
1. Пленка пластичного металла увеличивает фактическую
площадь контакта и тем самым уменьшает концентрацию напряжений
на микровыступах, что снижает усталостное разрушение рабочих
поверхностей подшипников.
2. Многократное увеличение фактической площади контакта и
уменьшение контактных напряжений облегчает условия работы
смазочного материала, что снижает его трибодеструкцию и связанные с
ней трибоокисление и наводороживание поверхностей. Уменьшается
также вероятность схватывания и коррозионно-механического
изнашивания.
3. Более надежное удержание смазочного материала на телах
качения вследствие пористости пластичной пленки.
4. Снижение влияния на долговечность подшипников
технологических погрешностей изготовления деталей (волнистости,
отклонений формы и размеров дорожек качения колец); демпфирование
вибраций пластичной пленкой.
Авторы отмечают, что перечисленные выше механизмы в
полной мере работают в начальный, приработочный, период
эксплуатации подшипника качения, когда и возникают экстремальные условия
контактирования поверхностей деталей подшипника вследствие их
неприработанности. В то же время контактная выносливость
сформированных в процессе приработки с помощью ФАБО
подшипников может быть значительно увеличена при применении в
дальнейшем металлоплакирующих смазочных материалов.
Авторы приводят следующую схему ФАБО тел вращения (рис.
8.6). Как видим, инструмент направлен к детали под углом и, кроме
того, он вращается.
Методы нанесения покрытий. Авторы исследований ФАБО
деталей выделяют три метода ее осуществления. Характеристика
методов приведена в табл. 8.3.
Химический метод основан на процессе самопроизвольного (без
внешнего источника тока) образования металлического покрытия на
поверхности обрабатываемой детали, введенной в контакт с
технологической средой, содержащей ионы соответствующего металла.
Восстановителем для этих ионов может являться как сама
обрабатываемая поверхность (например стальная поверхность для ионов меди),
так и рабочая среда или специально введенные в нее добавки.
Прошедшие механическую обработку поверхности
обезжиривают, декапируют и обрабатывают технологической средой. После этого
следует промывка, сушка и, при необходимости, консервация
изделия.
В зависимости от размеров, формы и характерных особенностей
обрабатываемых деталей или изделий, а также от оборудования
рабочего участка для нанесения покрытий, могут быть применены как
жидкие, так и пастообразные технологические среды. Для нанесения
покрытий на рабочие поверхности крупногабаритных подшипников

ФАБО подшипников качения
435
Рис. 8.6. Принципиальная схема установки для фрикционно-механического метал-
лоплакирования тел вращения:
1 - трехкулачковый патрон токарного станка; 2 - центр токарного станка; 3 - оправка; 4 -
пакет обрабатываемых роликов с отверстием; 5 - обрабатывающий инструмент; 6 -
приспособление для закрепления инструмента
качения без их разборки, а при необходимости, и на месте установки,
а также на поверхностях крупногабаритных изделий удобно
применять пастообразные технологические среды. В ИКОР разработаны
пасты для нанесения на сталь медных и двухслойных медно-оловян-
ных покрытий, а также на любые поверхности из медьсодержащих
материалов (меди, латуни, бронзы) и оловянных покрытий.
Покрытия наносят путем натирания такими пастами
предварительно подготовленных поверхностей, или путем обкатки
подшипников после нанесения пасты на тела или дорожки качения. При
обкатке паста равномерно распределяется по обрабатываемым
поверхностям. Толщина покрытий, сформированных из паст, не превышает
0,5... 1 мкм.
Для обработки поверхностей подшипников средних и малых
размеров, а также отдельных их деталей (тел качения, колец,
сепараторов), как правило, удобнее применять жидкие технологические
среды.
28*

436 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Таблица 8.3
Антифрикционные приработочные металлоплакирующие покрытия
Метод
нанесения
и состав
покрытия
Основная область
применения
Способ
нанесения
Основной
механизм
образования
покрытия
Основные
факторы,
определяющие
качество
Фрикци- Пасты; Поверхно-
онно-меха-растворы сти враще-
нический ния про-
(латунь, стых форм
бронза)
Обработка Адгезион- Оптимальное
вращаю- ный перенос сочетание ско-
щихсядета- на поверх- рости, давле-
лей вращаю-ность дета- ния, коррози-
(цилиндры, щимся ин- ли частиц онной и по-
торы, кор- струментом растравлен- верхностной
пусы и др.) в присутст- ного мате- активности, а
вии рабочей риала инст- также смазы-
среды румента вающей
способности
среды

Химический (медь;
медь+оло-
во, медь+-
свинец)
Некрупно-

габаритные детали
сложных
форм
(шары,
подшипники в
сборе и др.)
Сложные

поверхности
крупногабаритных
деталей (на-
правляю-
щие
станков,
листовые
материалы и др.)
Окунание в
рабочую
среду,
обработка кистью,
тампоном
и др.
1.
Самопроизвольное
контактное
осаждение
металла
(меди, олова,
свинца) из
среды
2.
Восстановление ионов
металла
(меди) средой
3.
Восстановление ионов
металла
специальными
добавками
Выбор
базовой среды
(вода,
органическая среда),
её
восстанавливающая
способность,
наличие
коллоидов, ком-
плексообра-
зователей,
время
обработки и др.
Фрикцион-
но-хими-
ческий
(медь)
Поверхнос- Обработка То же, что и То же, что и
ти враще- вращаю- химический, химический
ния простой щихся дета- но при акти- плюс темпе-
и сложной лей фетром, вации тре- ратурный
формы резиной и нием режим
др. в
присутствии
рабочей среды

ФАБО подшипников качения
437
Покрытия наносят путем окунания обрабатываемых изделий в
емкость с технологической средой и выдержки в этой среде без ее
перемешивания заданное время @,5...5 мин).
При обработке подшипника без разборки необходимо обеспечить
взаимное перемещение деталей подшипника, например, задав
вращение внутреннему кольцу при фиксированном положении наружного.
В ИКОР разрабатываются различные варианты жидких
технологических сред меднения стальных поверхностей, лужения или ос-
винцовывания поверхностей, предварительно омедненных или
выполненных из медьсодержащих сплавов. Состав технологических сред
подбирается в зависимости от желаемых состава покрытия,
технологии его нанесения, материала обрабатываемой детали, совокупности
требований по производительности процесса, толщины покрытий,
пористости, сцепления с подложкой и др. Применяются среды как на
водной, так и на органической основах. Толщина покрытий
0,2... 1 мкм.
В табл. 8.4 приведены некоторые особенности химических
покрытий, полученных из сред на водной и органической основе.
Наилучшие свойства имеют покрытия, полученные из органических сред, в
которых соли меди присутствуют в коллоидной форме.
Как правило, химический способ по сравнению с фрикционно-
механическим более предпочтительнее при массовой обработке
мелких или имеющих сложную форму деталей, поверхностей
крупногабаритных изделий, в том числе и крупногабаритных подшипников,
обрабатываемых по месту установки, а также при обработке
подшипников, не подлежащих разборке.
Фрикционно-химический метод основан на тех же процессах, что
и химический, с тем лишь различием, что для их протекания
необходима дополнительная активация трением. В основе этого метода
обычно лежат термодинамически разрешенные процессы, протекание
которых в обычных условиях из-за различного рода ограничений и
барьеров происходит очень медленно.
По технологии нанесения покрытий этот метод близок к фрик-
ционно-механическому. Различие состоит в том, что вместо
рабочего инструмента из цветного металла используется контртело,
выполненное из фетра, войлока, резины, полимерных и других материалов,
а технологическая среда содержит ионы наносимого металла.
Применение фрикционно-химического метода по сравнению с
химическим предпочтительнее в тех случаях, когда нежелательно
химическое воздействие технологической среды на нерабочие
поверхности обрабатываемой детали, т.е. когда необходима локализация
процесса нанесения покрытия только в зоне трения. Кроме того, этот
метод обеспечивает, как правило, получение покрытий с лучшими
трибологическими характеристиками, чем химический. По сравнению
с фрикционно-механическим этот способ более предпочтительнее при
обработке деталей с более сложной формой поверхности, когда от-

438 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Таблица 8.4
Влияние базовой среды на качество медных покрытий,
полученных химическим методом
Базовая
среда
Внешний вид
(при увеличении в 30 раз)
покрытия
подложки (ШХ-15)
под покрытием
Время

обработки
ДоЛ =
0,5 мкм,
мин
Участие
среды в

новлении
ионов
меди, %

Предпочтительная
область
применения
Вода
1.
Блестящее с
крупными
редкими
порами
Следы травления
и крупный редкий
питтинг.
Поверхность черная,
матированная
0
Пары трения
скольжения
2. Матиро- Следы травления
ванное с с частым мелким
мелкими питтингом. Повер-
частыми хность черная, ма-
порами тированная
Органиче- Матирован- Питтинг отсутст-
ская ное, одно- вует. Поверхность
родное светло-серая,
матированная
Органичес- Блестящее, Питтинг отсутст-
кая плюс однородное вует. Поверхность
медь в кол- светлая, блестя-
лоидной щая
форме
14
60 Подшипники
качения,
легко
нагруженные пары
трения
85 То же
носительно мягкие фетровые или резиновые контртела
обеспечивают более надежный контакт с обрабатываемой поверхностью, чем
металлические инструменты. Оптимальные толщины покрытий 0,2...
1 мкм.
6.3. Влияние ФАБОна долговечность
и контактную выносливость подшипников
Изучение влияния металлоплакирующих покрытий на
показатели безотказности и долговечности подшипников качения
проводилось на подшипниках следующих типов: 204 (шариковый
радиальный однорядный открытого типа), 42204 (роликовый радиальный
однорядный с однобортовым внутренним кольцом открытого типа),

ФАБО подшипников качения
439
180204С9 (шариковый радиальный однорядный закрытого типа со
смазкой ЛЗ-31). Нанесение покрытия на подшипники открытого типа
проводилось в ИНКОР, на подшипники закрытого типа — на ПО
ГПЗ-4 с последующей сборкой. Испытания подшипников
проводились на ПО ГПЗ-4 и НПО ВНИИПП.
Подшипники с покрытиями испытывались по методам,
разработанным ИКОР. Для них оценивались параметры кинетических
полуэмпирических моделей накопления повреждений и расчетными
методами прогнозировались значения показателей безотказности и
долговечности при различных нагрузках, частотах вращения и пр.
Соответствующие данные получали для тех же подшипников без
покрытий.
На дорожки и тела качения опытных партий подшипников были
нанесены следующие покрытия:
1) из меди — для подшипников 204, метод нанесения — фрикци-
онно-химический;
2) из латуни Л63 — для подшипников 42204, метод нанесения —
фрикционно-механический;
3) из латуни ЛС 59-1 — для подшипников 180204С9, метод
нанесения — фрикционно-механический.
Все подшипники испытывались на стендах типа ЦКБ ВНИИПП.
Подшипники открытого типа испытывались в индустриальном
масле И-20А. Испытания всех подшипников проводились при
постоянной радиальной нагрузке, которая определялась для каждого типа
подшипника из расчета достижения масимальных контактных
напряжений на внутреннем кольце приблизительно 1800 МПа, что меньше
предела текучести для стали ШХ 15. Температура наружного кольца
20...50 °С. Параметры модели накоплений повреждений определяли
на основе статистической обработки результатов испытаний по
16.. .32 повторениям для каждого типа подшипника. Критериями
потери работоспособности подшипника являлись превышения
установленных пределов по вибрации, моменту силы трения и температуре
наружного кольца.
Подшипники 204 — серийные и опытные: частота вращения
8000 мин-1, паспортный радиальный зазор 17 ■ 10~* м.
Подшипники 42204 — серийные и опытные: частота вращения
5000 мин-1, паспортный радиальный зазор 12,5 • 10~* м.
Подшипники 180204С9 — серийные и опытные: частота
вращения 1000 мин-1, паспортный радиальный зазор 17 • Ю-6 м.
Испытывались только на контактную усталость.
На рис. 8.7, 8.8, 8.9 приведены результаты расчетов 90%- го
ресурса по каждому типу подшипников как функции радиальной
нагрузки Р. Сплошными линиями показаны результаты расчетов для
подшипников с металлоплакирующими покрытиями, штриховыми —
для серийных подшипников.

440 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
2600
22 00
Ш0
И 00
1000
Ткг
600
г \
\ \
1 \
\ \
\
! ч
1 ч
\ \
\ V
ч
1
| 1
250 500 750
Рис.8.7. Ресурсы подшипников 204:
1 - без покрытия; 2 - с покрытием
1000 *250
Р>Н
4000
3000
гооо
юоо
I Гх~ 1
\ \
\ \]
\ 1
г ■ \
\
\
-А-у
го
\ \
\ \
^ \
оо 40
1
["■^^и
00 60С
ЯП
Рис. 8.8. Ресурсы роликоподшипников 42204:
1 - без покрытия; 2-е покрытием

ФАБО подшипников качения
441
73» л
80000
€4000
4800{7
Э2000
16000
0 400 «00 1200 1600
Рис. 8.9. Ресурсы подшипников 180204С9:
1 - без покрытия; 2-е покрытием
Анализ полученных результатов показывает, что применение
металлоплакирующих покрытий может существенно увеличить ресурс
работы подшипников. Однако этот эффект проявляется, как
правило, в среднем диапазоне радиальных нагрузок и незначителен при
малых и максимальных нагрузках. Небольшой эффект - увеличение
ресурса до 2-х раз - получен при испытаниях подшипников 42204 с
покрытием из латуни Л 63 в диапазоне нагрузок 2.. .4 кН. При
испытании подшипников 204 с покрытием из меди эффект выражен
меньше — увеличение нагрузок 0,3.. .0,7 кН. Наименьший эффект получен
при испытаниях подшипников 180204С9 с покрытием из латуни
ЛС59-1.
Аналогичные результаты, подтверждающие наличие эффекта
увеличения ресурса работы подшипников при нанесении на рабочие
поверхности покрытий из мягких металлов, получены и в другой
серии сравнительных испытаний. Испытывались подшипники 307,
обработанные в омедняющем растворе методом погружения без
предварительной их разборки. В процессе меднения, для обеспечения
равномерности толщины покрытия, осуществлялось вращение
внутреннего кольца подшипника с частотой 50 мин1 при неподвижном
наружном кольце.
и
\
1
\\
А
1

442 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Рис. 8.10. Относительный ресурс работы подшипников 307:
1 - без покрытия; 2-е покрытием
Опытный и серийные подшипники испытывались на контактную
усталость на стенде ЦКБ-50. Частота вращения — 3600 мин-1.
Нагрузка варьировалась по величине. Число повторных испытаний
при каждой нагрузке — 8. На рис. 8.10 представлены результаты
испытаний в виде безразмерной зависимости относительной величины
90%-го ресурса работы подшипника ъ/ъ01Ртах от отрицательного
логарифма отношения заданной радиальной нагрузки Р к
максимальной Р .
тах
Как видно из рисунка, медное покрытие способно увеличить
ресурс работы подшипников. Однако эффект увеличения зависит от
радиальной нагрузки. При малых @,1 Ртах) и максимальной (Ртах)
нагрузках он практически отсутствует, при Р = 0,5Ртах увеличение
долговечности максимально и достигает 60 %.
Приведенные примеры влияния металлоплакирующих покрытий
на ресурс работы подшипников качения показывают, что от их
применения может быть достигнуто существенное, до 1,5...2 раз,
увеличение ресурса. Однако этот эффект зависит от условий работы
подшипников, что необходимо учитывать при выборе методики
ресурсных испытаний. Делать выводы об эффективности металлопокрытий
на основе испытаний при форсированных режимах необоснованно.
Наиболее достоверные данные можно получить на основе
ускоренных испытаний подшипников при эксплуатационном режиме по
методике, разработанной в ИКОР.
Для подтверждения косвенного влияния металлоплакирующих
покрытий на процессы, определяющие безотказность и долговечность

ФАБО подшипников качения
443
подшипников качения, а также для иллюстрации больших
потенциальных возможностей этих покрытий представляют интерес
результаты исследований контактной выносливости стали ВКС-5 с
латунным покрытием. Эта работа была проведена 30 ДнепрЦЭНДИСИ в
рамках договора с ЗМКБ "Прогресс" в 1990 г. с участием ИКОР. Цель
работы — проведение сравнительных контактно-усталостных
испытаний при нормальной B0 °С) и повышенной A50 °С) температурах в
условиях фрикционного качения и качения с принудительным
скольжением цементируемой стали ВКС-5 без покрытия и с латунным
покрытием ЛС 59-1. Сталь сохраняет высокую теплопроводность при
температурах до 400 °С. За расчет рационального легирования в ней
удалось поднять температуру отпуска до 350 °С.
В основу методики испытаний при нормальной температуре
принят ГОСТ 25501 -78. При повышенных температурах применялась
методика, разработанная в ЗМИ им. В.Я. Чубаря.
Образцы с формой рабочей поверхности в виде эллипса
вращения (рис. 8.11) обкатывались между двумя испытательными дисками
диаметром 150 мм (рис. 8.12) до образования питтинга. Частота
вращения дисков 1000 мин1, максимальные контактные давления
3500 МПа. Заданная температура обеспечивалась за счет нагревания
испытательных дисков. Смазка рабочих дисков осуществлялась мас-
лосмесью МС-20 с трансформаторным маслом в объемном
отношении 1:3 капельным методом. Латунирование образцов производилось
в ИКОР по разработанной им технологии.
азг
у
Ав+аа/.
Рис. 8.11. Испытуемый образец

444 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Рис. 8.12. Испытательный стенд:
1 - прижимной диск; 2 - образец; 3 - подвеска образца; 4 - приводной диск; 5 - узел нагружения
образца; 6 - узел разгружения образца
Результаты испытаний не выявили преимущества латунных
покрытий, испытанных при комнатной температуре без
проскальзывания. По мнению авторов работы, долговечность образцов в двух
вариантах практически одинакова. Этот результат полностью
подтверждает исследования ИКОР, рассмотренные выше, в которых эффект
по металлоплакированию при температурах 20...50 °С проявлялся в
области нагрузок, обуславливающих контактные давления, не пре-

ФАБО подшипников качения
445
вышающие 2400 МПа. В расмотренном эксперименте они
существенно выше C500 МПа).
В то же время, при ужесточении тепературных условий и,
особенно, при качении с принудительным скольжением, латунное
покрытие препятствует снижению сопротивления контактной
усталости. Без покрытия долговечность снизилась в 6 раз, с покрытием — в
3 раза.
Резкое снижение долговечности при наличии принудительного
скольжения объясняется авторами работы повышением касательных
напряжений в зоне контакта. И в этом отношении латунное
покрытие снижает касательные напряжения на поверхности основного
металла, локализуя сдвиговые деформации в себе. Косвенно это
подтверждается результатами исследования микротвердости
поверхности. На беговой дорожке непокрытых образцов после испытаний
наблюдается увеличение микротвердости (наклеп) на 80... 120 ед.
Особенно этот эффект имеет место при испытаниях со скольжением. На
латунированных образцах такого эффекта авторами не отмечается.
В то же время возможно проявление других механизмов работы
латунного покрытия. Ориентировочный расчет показывает, что при
заданных давлениях, частотах вращения диска, коэффициенте
проскальзывания, смазочном материале и др. мгновенный подъем
температуры в контакте (над объемной температурой), связанной с
диссипацией энергии трения, составит не менее 250 °С. С учетом
объемной температуры образцов A50 °С) суммарная температура в контакте
может превысить температуру отпуска стали ВКС-5 C50 °С), что
постепенно, от цикла к циклу, приведет к ее разупрочнению и
снижению контактной выносливости. В этом отношении влияние
латунного покрытия может проявиться через снижение сил трения за счет
локализации в нем сдвиговых деформаций, удержания смазки,
улучшения теплоотдачи за счет увеличения фактической площади контакта
и более высокого коэффициента теплопроводности латуни.
Авторами работы отмечается наличие цветов побежалости на дорожках
качения образцов без покрытий и отсутствие этого явления на
образцах с латунным покрытием.
Приведенные Н.Н. Добромысловым и С.Н. Каноровым
исследования показали, что покрытия из мягких металлов могут не только
существенно увеличить ресурс работы подшипников качения в
нормальных эксплуатационных условиях, но и расширить диапазон их
работы, повысить стойкость к разрушению под воздействием
неблагоприятных факторов. Такими факторами могут быть временное
масляное голодание, попадание влаги, вызывающей дополнительное на-
водороживание материала, повышение температуры и др.

446 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
7. ФАБО деталей топливной аппаратуры
Основными требованиями, предъявляемыми к золотниковым и
плунжерным парам, являются высокая стабильность малых по
величине сил трения между деталями, хорошая герметичность и
надежность в работе. Первые исследования по данной теме были
выполнены Г.И. Румянцевым [12]. Ниже приводятся основные результаты этой
работы.
Эксперименты проводили на машине трения 77 МТ-1 с
возвратно-поступательным движением, имитирующим работу золотниковой
пары при скоростях 100 и 200 двойных ходов в минуту, удельной
нагрузке до 20 МПа. Верхние образцы для машины трения (с малой
поверхностью трения) изготавливали из бронз БрАЖМц 10-3-1,5,
БрОФ 7-0,2, БрОЦС 5-5-5, БрОС 10-10, БрАЖН 10-4-4, латуней
ЛС 59-1 и Л62, нижние образцы — из сталей 30ХГСА, Х12М, ХВГ,
12Х18Н9Т. В качестве смазочных средств использовали химически
чистый глицерин и углеводородные виды топлива. Температуру
образцов контролировалась хромоникелевой термопарой,
установленной в одном из образцов.
В результате исследования поверхностей трения бронзовых и
сопряженных с ними стальных образцов было установлено, что
поверхности трения бронзовых образцов значительно отличаются от
исходного состояния. Места наиболее интенсивного трения бронзовых
образцов при работе по стали имели зеркальную поверхность цвета
меди, а на дорожке трения стального образца четко выделялись
частички перенесенного сплава того же цвета.
С помощью химического, металлографического,
электрохимического, спектрального и рентгеноструктурного анализов было
установлено, что эффект избирательного переноса (ИП) проявляется не
только в глицерине и спиртоглицериновои смеси, но и в углеводородных
видах топлива, которые являются рабочей средой для деталей
топливной аппаратуры.
Однако применение пары сталь - бронза в агрегатах топливной
аппаратуры не всегда целесообразно, так как при повышении
температуры топлива коэффициенты объемного расширения для бронзы и
стали различны, а это может привести к изменению зазора в
золотниковых парах.
Поэтому было предложено на одну из стальных трущихся
деталей предварительно нанести слой медного сплава. Этого слоя
достаточно, чтобы возбудить ИП в процессе трения в среде
углеводородных видах топлива, что резко повышает ресурс деталей узла трения.
Для этого была изготовлена установка и разработан
технологический процесс нанесения покрытия на стальные прецизионные
детали топливной аппаратуры (рис. 8.13). Нанесение покрытия на
поверхности деталей, представляющих собой тела вращения, производят
на обычном токарно-винторезном станке, цилиндрические детали за-

ФАБО деталей топливной аппаратуры
447
1К
Рис. 8.13. Схема фрикционного латунирования:
1 - обрабатываемая деталь; 2 - пруток; 3 - хомут; 4 - подвижная часть приспособления; 5 -
электродвигатель; 6 - пружина; 7 - измерительный штырь; 8 - планка; 9 - корпус
крепляютв центрах, один из которых установлен в шпинделе станка
и при работе станка приводит во вращение деталь, а второй
(вращающийся) закреплен в задней бабке станка.
Приспособление устанавливают на суппорт токарного станка с
помощью отверстия в неподвижном корпусе и крепят стопорным
винтом. Пруток из медного сплава закрепляют на валу
электродвигателя, который сообщает ему вращательное движение.
Электродвигатель прикреплен к подвижной части
приспособления при помощи хомутов. Давление прутка на деталь регулируется
натягом поперечного суппорта при помощи специального
индикаторного приспособления с пружиной, предварительно
градуированного.
Фрикционную обработку производят при скорости скольжения
прутка 0,1...0,2 м/с, удельной нагрузке 50...70 МПа, продольной
подаче 0,1 ...0,2 мм/об, частоте вращения прутка 200...250 об/мин,
диаметре прутка 4...6 мм, числе проходов 2...3.
Для активации процесса растворения химически стойких
окислов, образующихся на поверхности детали, в процессе фрикционной
обработки была применена среда, состоящая из одной части
глицерина и трех частей 10%-ной соляной кислоты.

448 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
При латунировании стальной детали толщина покрытия
составляет 3...5 мкм, а при бронзировании 1.. .2 мкм.
В результате проведенных лабораторных и стендовых
испытаний было установлено, что на предварительно нанесенном латунном
покрытии образуется медный слой до 1 мкм, который не уносится из
зоны контакта, а переходит с одной поверхности на другую, что
придает высокую износостойкость узлу трения.
Рентгеноструктурный анализ на установке УРС-50 с
использованием трубки с характеристическим излучением железа в камере
РКУ-114М от шлифа установил, что на поверхности трения
присутствуют линии твердого раствора цинка и меди, параметр решетки
которого близок к латуни, и линии фазы, близкой по параметру
решетки к чистой меди.
Приближенная оценка содержания цинка в твердом растворе дает
следующие результаты: 9 %, когда параметр решетки близок к а-ла-
туни {а = 3,70 А); 1,7.. .2 %, когда параметр решетки близок к чистой
меди (а = 3,63 А). Это свидетельствует о частичном выделении цинка
из твердого раствора и обогащении поверхности трения медью, что
характерно для режима ИП. Наиболее распространенной причиной
повышения трения, вызывающего заклинивание и выход из строя
деталей золотниковых регулирующих устройств, является схватывание
трущихся поверхностей. Для выяснения влияния вибрационного
режима работы деталей на схватывание были проведены
сравнительные испытания серийных и экспериментальных золотниковых пар.
На экспериментальные золотники наносили покрытия из
бронзы типа БрОФ, зазор между золотником и втулкой составлял 9...
12 мкм. Испытания проводили в режиме циклических нагрузок, с
частотой 175 Гц и колебаниями давления топлива отр = 3 дор = 7 МПа.
В результате экспериментов было установлено, что серийные
золотники и втулки после 25 ч испытаний имеют ярко выраженный
характер повреждения поверхностей трения с вырывами и переносом
отдельных частиц на сопряженную поверхность; экспериментальные
золотники таких повреждений не имеют. В местах контакта втулки с
экспериментальным золотником хорошо виден слой меди,
выделяющейся из бронзы. Надежность в данном случае повышается, так как
слой меди в этих условиях играет роль защитной пленки.
Технологические испытания в течение 105 ч были проведены на
серийном насосе типа НР. Опыт работы с этими агрегатами показал,
что наибольшее число случаев износа рабочих поверхностей
приходится на золотник обратной связи, сферы плунжера и дифклапана.
На плунжеры, золотник обратной связи и дифклапан были нанесены
покрытия латуни Л62.
В результате испытаний в углеводородном топливе были сняты
характеристики насоса. После разборки и обмера деталей в
соответствии с картами микрометража было установлено, что все
параметры агрегата соответствуют нормам технических условий,
износостойкость экспериментальных деталей в 2...3 раза выше, чем серийных.

ФАБО деталей топливной аппаратуры 449
Рис. 8.14. Кривые диаметральных Рис. 8.15. Кривые диаметральных
износов поверхностей серийного B) износов поверхностей серийного B) и
и экспериментального (/) золотников экспериментального (/) золотников
ограничителя низкого давления дифклапана
Сферические поверхности плунжеров и сопряженная с ними
наклонная шайба повреждений не имеют, класс шероховатости
поверхности повысился с 10-го до 12-го (рис. 8.14, 8.15).
Проведенные испытания показали, что ФАБО деталей
топливных агрегатов снижает износ и устраняет схватывание трущихся
поверхностей.
8. ФАБО шеек коленчатых валов двигателей
Технологию ФАБО шеек коленчатых валов автотракторных
двигателей разрабатывали в Московском агроинженерном
университете им. В.П. Горячкина В.Н. Быстров и В.И. Балабанов [1, 10]. Была
разработана оснастка, технология производства, состав
технологической жидкости и руководство по применению ФАБО при
капитальном ремонте двигателей. На устройство для фрикционного
механического нанесения покрытий шеек коленчатых валов получен патент
№ 1834913 от 13 октября 1992 г.
На рис. 8.16 показано устройство для нанесения покрытий.
Устройство состоит из корпуса /, щек 2 с пазами для ограничения угла
поворота натирающих инструментов со сферическими
углублениями под державки 3, выполненные в виде цилиндров, один торец
которых имеет пазы, а другой — сферическую поверхность и глухое
отверстие с резьбой. Натирающие инструменты 4 выполнены в виде

450 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Рис. 8.16. Схема устройства для ФАБО шеек коленчатых валов двигателей
пластин трапецеидальной формы, фиксаторов 5, винтов б,
направляющих 7 из фторопласта, регулировочного винта 5, гайки 9,
пружины 10, тампонов 11.
Устройство работает следующим образом.
Обрабатываемая деталь 12 устанавливается в механизм
вращения (на чертеже не показан). В державке 3 устанавливаются
натирающие инструменты 4 и крепятся фиксаторами 5. Затем державки (в
сборе) устанавливаются в сферические углубления щек 2 и закрепляются
через подшипники скольжения 7 винтами 6. Тампон 11
пропитывается технологической жидкостью. Осуществляется наладка
устройства путем установки натирающих инструментов 4 в крайнее
положение до упора в пазах щек 2. Вращением гайки 9 по
регулировочному винту 8 осуществляется сжатие пружины 10 на необходимую
величину для прижатия натирающих инструментов 4 к поверхности
обрабатываемой детали 12 с определенным усилием.
Включается механизм вращения детали (на чертеже не показан).
При вращении детали 12 происходит натирание ее поверхности.
Расположение натирающих инструментов 4 под углом к оси
обрабатываемой детали обеспечивает перемещение устройства относительно
обрабатываемой поверхности. При соприкосновении кромок
натирающих инструментов с галтелью торца перемещение устройства
прекращается, производится обработка поверхности галтели и
последующий разворот натирающих инструментов 4 вместе с
державкой 3 в шарнирном соединении со щеткой 2 до упора в
противоположном выступе паза. В результате автоматической переустановки
натирающих инструментов осуществляется движение устройства в
обратном направлении до соприкосновения с противоположным
торцом обрабатываемой детали 12. При продолжении обработки повер-

ФАБО шеек коленчатых валов двигателей
451
хности описанный выше цикл движений повторяется.
Возвратно-поступательное движение устройства в автоматическом режиме
осуществляется до достижения необходимой толщины и качества
покрытия, после чего механизм вращения обрабатываемой детали
выключается.
В разработанной технологии процесс нанесения покрытия
осуществляется за счет переноса металла натирающего инструмента и
восстановления на обрабатываемой поверхности содержащихся в
технологической жидкости солей пластичных металлов (меди, олова и
цинка). В качестве растворителя использована вода (патент РФ
№2004622).
Триботехнические испытания разработанных технологий ФАБО
на лабораторных машинах трения позволили установить снижение
интенсивности изнашивания обработанных и сопряженных с ними
поверхностей в 1,5...2 раза при их 100%-ной задиростойкости.
Наилучшие результаты в процессе испытаний показала технология,
заключающаяся в комплексном использовании ФАБО трущихся
поверхностей при изготовлении или ремонте и применении металлоплаки-
рующих смазочных материалов в эксплуатации двигателей.
Стендовые испытания разработанной технологии проводили на
Ростокинском ремонтом заводе (РРЗ) Мособлагропрома РФ на
двигателях СМД-62. Испытывались две группы двигателей. В одну из
групп входили двигатели, в которых при серийной сборке были
установлены коленчатые валы и гильзы цилиндров с фрикционными
латунными покрытиями на коренных и шатунных шейках и гильзах
цилиндров. Перед их испытаниями в моторное масло М-10Г2 вводили
металлоплакирующую присадку (МПП) в концентрации 0,5
весовых %. В другую группу входили двигатели, прошедшие
капитальный ремонт по заводским технологиям. Испытания проводили на
одном обкаточном стенде с использованием одного для всех
двигателей топливного насоса, комплекта форсунок и турбокомпрессора.
Результаты стендовых испытаний представлены в табл. 8.5.
Таблица 8.5
Результаты стендовых испытаний двигателя
Технические показатели
Технология
Серийные Опытные
Изменение
показателя, %
Момент механических потерь, Нм
Давление масла, МПа
Эффективная мощность, кВт
Концентрация продуктов износа
(железа) в масле, г/т
Износ:
шатунных вкладышей, г
коренных вкладышей, г
шеек коленчатого вала, мм
88
0,4
166
82
0,56
176
6,82
40
6,33
195
45
76,92
0,0365
0,0668
0,006
0,019
0,0418
0,003
47,95
37,43
50

452 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Проведенные испытания показали, что использование
разработанной технологии, включающей ФАБО шеек коленчатого вала и
гильз цилиндров с обкаткой двигателей на масле М- ЮГ с МПП,
обеспечивает: снижение механических потерь на трение на 5.. .9 % (в
среднем на 85 Нм); увеличение давления масла в главной магистрали
дизеля на 25...30 % при номинальной частоте вращения (в среднем до
0,56 МПа); повышение эффективной мощности двигателя после
обкатки на 8... 12 кВт (в среднем до 176,5 кВт); уменьшение износа
шатунных вкладышей на 47...49% (в среднем на 0,019 г); уменьшение
износа коренных вкладышей на 37...49 % (в среднем на 0,042 г),
уменьшение износа шеек коленчатого вала на 49...56% (в среднем на
2,9 мкм); снижение содержания продуктов износа (железа) в пробах
масла из картера двигателя в 4,33 раза (в среднем на 45 г/т).
Испытания показали, что применение разработанной
технологии обеспечивает увеличение эффективной мощности двигателя на
8... 12 кВт за счет снижения механических потерь на трение и
повышения качества приработки деталей цилиндропоршневой группы и
кривошипно-шатунного механизма.
Зарегистрированное увеличение давления масла в главной
магистрали дизеля СМД-62 на 25.. .30 % при номинальной частоте
вращения указывает на более качественную приработку вкладышей
коленчатого вала. Осмотр поверхностей трения соединений шейка -
вкладыш и кольцо - гильза цилиндра после испытаний разработанной
технологии на РРЗ не выявил признаков задиров поверхностей трения и
образования рисок, тогда как у двигателей, прошедших капитальный
ремонт и обкатку по типовым технологиям, выявлено наличие рисок
и натиров материала вкладыша на коленчатый вал.
Применение предлагаемой комплексной технологии обеспечивает
снижение износа деталей соединений в среднем в 2 раза. Снижение
содержания продуктов износа (железа) в пробах масла, определенное
методом рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (РСФА)
на модернизированном анализаторе "Барс-3" [1], указывает на
положительное воздействие металлоплакирующей присадки на все
трущиеся соединения дизеля.
В процессе дальнейшей эксплуатации рекомендуется также
использование МПП в применяемых смазочных материалах в целях
создания условий для сохранения разделительного слоя пластичного
металла и реализации избирательного переноса.
Проведенные эксплуатационные испытания в хозяйствах
Московской, Липецкой областей и в г. Москве, выявившие увеличение
межремонтного ресурса двигателей СМД-62 в 1,3... 1,5 раза, а также
испытания опытных партий дизелей ЯМЗ-238, КА ВА-МАИ О 2156
и их модификаций,позволили провести успешное внедрение
разработанной технологии на ряде ремонтно-технических предприятий
России.

ФАБО шеек коленчатых валов двигателей
453
На основании результатов научно-исследовательских и
конструкторских работ был разработан отраслевой РТМ по применению
ФАБО и ряда других технологий, основанных на использовании
избирательного переноса [11].
9. ФАБО цилиндров двигателей внутреннего сгорания
9.1. Технологический процесс, разработанный
О. В. Чекулаевым и С. А Тережкиным
В России первые работы по созданию технологического
процесса ФАБО цилиндров высоконагруженных дизельных двигателей были
проведены О.В. Чекулаевым и С.А. Тережкиным [7]. Детали цилинд-
ропоршневой группы этих двигателей работают в напряженных
условиях и характеризуются высокими температурами (до 1900 °С
горючей смеси, до 600 °С на поверхности гильзы и до 450 °С на юбке
поршня), давлениями (до 15 МПа) и неблагоприятным характером
трения (от жидкостного до сухого) при возвратно-поступательном
движении. Далее мы процитируем работу авторов [14].
Многочисленными исследованиями условий работы цилиндро-
поршневой группы установлено, что основными видами
изнашивания группы цилиндр - поршень - кольцо являются микросхватывание
и окислительное изнашивание. В последние годы также установлено,
что в изнашивании пары цилиндр - поршневое кольцо большое
значение имеет водородное изнашивание.
Для оценки влияния фрикционного латунирования на противо-
задирную стойкость трущихся деталей были проведены
лабораторные испытания образцов на стойкость, проводили испытания на
машине трения СМЦ-2. Образцы в виде колодок закреплялись в
стальной обойме и прижимались к роликам диаметром 50 мм. Образцы-
колодки были изготовлены из стали 38Х2МЮА с азотированием
рабочей поверхности и из стали с наплавкой поверхности трения
сплавом У30Х28Н4С4 (сормайт № 1). Эти материалы характеризуются
склонностью к задирам в процессе приработки цилиндропоршневой
группы. Рабочую поверхность образцов-колодок, имитирующих
зеркало гильзы, обрабатывали до параметра шероховатости
Ка = 0,16 мкм и покрывали слоем латуни Л62.
Контробразцы (ролики) изготавливали из материалов поршня и
поршневого кольца. Поверхности трения этих образцов
обрабатывали по технологии, применяющейся в производстве форсированных
дизелей.
Рабочую поверхность образцов из алюминиевого сплава АК-4
(материал поршня), подвергнутых закалке и старению (твердость
НВ 96), обрабатывали до Ка = 0,5 мкм и анодировали с толщиной
пленки 0,06.. .0,08 мм.

454 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Стальные образцы, имитирующие поршневое кольцо,
обрабатывали до Ка = 0,25 мкм и покрывали слоем хрома толщиной 0,1...
0,15 мм с последующим дехромированием на глубину 0,03...0,06 мм.
Испытания проводили при окружной скорости 0,78 м/с C00 мин1).
Испытуемые материалы в паре с алюминиевыми роликами
работали при ограниченном подводе смазки (одна капля в минуту), а в
паре с хромированными роликами работали всухую (колодки и
ролики предварительно обезжиривали бензином).
Нагружение образцов проводили ступенчато: через каждые 2 мин
по 0,25 МПа до нагрузки 1,5 МПа и далее по 0,5 МПа.
Начало схватывания определяли по резкому возрастанию
момента силы трения. Нагрузку, соответствующую возникновению задира,
считали предельной нагрузкой. В табл. 8.6 приведены результаты
испытаний.
Таблица 8.6
Результаты определения предельной нагрузки
Материал образца
Предельная нагрузка до задира, МПа
В паре со сплавом
АК-4
В паре с пористым
хромом
Сталь 38Х2МЮА азотированная 1,13 0,66
Сталь 38Х2МЮА азотированная
и латунированная 1,97 3,79
Сплав У30Х28Н4С4 1,87 1,22
Сплав У30Х28Н4С4 латунированный 2,99 2,75
Проведенные лабораторные испытания показали, что
фрикционное латунирование увеличивает предельную нагрузку схватывания
у твердого сплава У30Х28Н4С4 и азотированной стали 38Х2МЮА в
1,6... 1,7 раза при работе с алюминиевым сплавом АК-4 и в 2,3...
5,7 раза — в паре с пористым хромом.
Азотированные гильзы из стали 38Х2МЮА обрабатывали на
токарном станке с помощью приспособления, устанавливаемого в
резцедержателе.
Приспособление (на рис. 8.17 изображена его передняя часть)
содержит головку 8 со стаканами 7, 76, в разрезных направляющих
втулках 2, 15 которой перемещаются два подвижных штока <5, 12. Через
систему рычагов усилие от подпружиненной тяги 9 передается на
штоки, и установленные в них прутки 4, 14 прижимаются к
обрабатываемой поверхности 3 с давлением 80... 120 МПа. Рычаги
17соединены шарнирно с крышкой 1 головки и вилкой тяги.
Самоустановка прутков латуни в процессе работы
обеспечивается перемещением вилки 77, имеющей паз, относительно болта 10.
По мере износа прутки перемещаются в радиальном направлении в
гайках 5, 13 на 12 мм, что вполне достаточно для обработки комп-

ФАБО цилиндров двигателей внутреннего сгорания
455
12 11 10 9
/7 16 15 Ш 13
Рис. 8.17. Схема фрикционного латунирования гильзы цилиндра
лектом прутков сечением 0,4 мм нескольких гильз диаметром 150 мм
и длиной 264 мм.
После изнашивания прутки заменяются новыми. Для введения
латунных прутков в гильзу подпружиненная тяга отжимается
специальной гайкой, в результате чего штоки сдвигаются к центру.
В качестве материала покрытия применяли латунь Л62, в
качестве рабочей жидкости — смесь двух частей технического глицерина
и одной части 10% -го раствора соляной кислоты. После обработки
гильзы тщательно промывали теплой водой, просушивали и
консервировали.
Наличие в приспособлении двух натирающих элементов, а также
то обстоятельство, что при обработке внутренних поверхностей
отсутствует разбрызгивание рабочей жидкости, позволили повысить
скорость обработки до V = 0,5...0,6 м/с при продольной подаче
*у = 0,22 мм/об вместо ранее принятых V = 0,15...0,2 м/с и 5 = 0,1...
0,2 мм/об.
Стендовые испытания проводили на одноцилиндровой
установке по ускоренной методике в объеме обкатки G моточасов) при
уменьшенном подводе смазки к компрессионным кольцам и увеличенном
давлении сгорания. Серийная гильза в таких условиях подвержена
значительным задирам и становится практически неработоспособной.

456 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Испытаниям подвергали гильзы, обработанные различными
технологическими методами повышения долговечности. Было
установлено, что латунирование зеркала цилиндра способствует более
удовлетворительной приработке деталей цилиндропоршневой группы, чем
фосфатирование, направленное хонингование с углом наклона в 45°;
и алмазное вибровыглаживание.
Рабочие поверхности латунированных гильз, в отличие от всех
других, имели вид хорошо приработанных, без ярко выраженных
следов схватывания и задиров. Латунь при этом полностью износилась,
но сыграла роль твердой смазки и обеспечила приработку пары
трения раньше своего износа.
Кроме гильз цилиндров, были пролатунированы и испытаны
поршни тепловозных дизелей. Материал поршней — спецчугун, термо-
обработанный до НВ 207...255. Диаметр поршня 204 мм, длина
324 мм. Латунирование проводили на длине 296 мм от нижнего
торца юбки в том же режиме, что и при обработке гильзы. Стендовые
испытания в объеме 22 моточасов показали, что качество
приработки опытного поршня, обработанного фрикционным методом, не
отличается от качества серийных поршней, на боковую поверхность
которых нанесен слой олова толщиной 0,02.. .0,03 мм. Это
свидетельствует о целесообразности использования метода фрикционного
латунирования рабочих поверхностей для повышения противозадирнбй
стойкости цилиндропоршневой группы.
9,2. Технологический процесс, разработанный
Г. Польцером [8]
Обширные исследования по ФАБО цилиндров двигателей
внутреннего сгорания были выполнены в Германии проф. Г. Польцером
и его учениками. Предварительно проведенные лабораторные
испытания латунированных и нелатунированных валов в паре с чугунным
подшипником показали, что этот процесс придает высокие
антифрикционные свойства стальным и чугунным поверхностям. Причем эти
свойства сохраняются и после того, как латунное покрытие будет
полностью изношено. Следствием этого является то, что при
латунировании стальная и чугунная поверхности упрочняются на глубине
до 80 мкм.
На рис. 8.18 приведены графики изменения температуры и
коэффициента трения в зависимости от времени I работы подшипника.
Втулка подшипника — чугун, вал — сталь. Смазочный материал -
пластичная смазка. Удельная нагрузка 9 МПа, скорость скольжения
0,34 м/с.
Поверхности цилиндров подвергаются различным методам
обработки: вибрационному упрочнению, жидкостному азотированию,
дробеструйной обработке и др. Проф. Г. Польцером были проведе-

ФАБО цилиндров двигателей внутреннего сгорания 457
т,к
350
300
0 0 50 100 *> мин
Рис. 8.18. Кривые изменения средней температуры Г трущегося тела и коэффициент
трения \1 в процессе приработки работы чугунного вкладыша со стальным валом
для латуниро-ванной поверхности (А) и без латунирования (В) [8]
ны испытания на изнашивание образцов, обработанных различными
методами, и получены результаты, показанные на рис. 8.19.
Научной школой проф. Г. Польцера был разработан ряд
приспособлений для ФАБО цилиндров двигателей и других деталей.
Приспособления устроены так, что в них натирающий стержень
(инструмент) вращается вокруг свой оси. Это позволяет обеспечить:
1) линейное касание элемента и вместе с тем малую реальную
площадь его контакта с натираемой поверхностью, что позволяет
иметь высокие давления при небольших усилиях прижатия;
2) постоянное изменение области контакта в процессе
латунирования. Оба условия необходимы для того, чтобы с помощью
микроадгезионных процессов обеспечить высокое качество покрытия.
Исследованиями установлены оптимальные удельные нагрузки — от 60
до 90 МПа, и давления по Герцу свыше 700 МПа.
1. -—м
11
Р *
I —ту
Г/0Г» То"* 7 Г0'*
Рис. 8.19. Истирание 7а, отнесенное к пути скольжения. Втулка подшипника сталь
ССЬ 20 - вал сталь 81 38. Смазывание консистентным смазочным материалом.
Ук= 0,377 м/с, Р* = 6000 Н
1 - без упрочнения; 2 - вибрационное упрочнение; 3 - жидкостное азотирование; 4 -
дробеструйная обработка; 5 - фрикционное латунирование

458 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Разработка как механического, так и химико-механического
латунирования имела отправной точкой простое натирание латуни на
поверхность и связана с одновременным упрочнением этой
поверхности. Различие размеров и конфигурации подлежащих покрытию
деталей обусловило различие способов осуществления процесса.
Г. Польцер приводит четыре способа ФАБО.
1. Покрытия наносят путем натирания поверхности
вращающимся относительно своей продольной оси латунным стержнем. Этим
способом латунируют валы, а также симметричные плоские
поверхности, причем подлежащие обработке детали в процессе натирания
вращаются (рис. 8.20).
2. Второй способ имеет два варианта: а) для деталей, которые
можно привести во вращение (например гильзы); б) для деталей,
находящихся при обработке в статическом состоянии (например блоки
цилиндров двигателей). Покрытия наносят путем натирания
поверхности двумя перекрещивающимися вращающимися относительно
своих продольных осей латунными стержнями. Этим способом
латунируют внутренние цилиндрические поверхности деталей, которые в
процессе обработки вращаются относительно своих продольных осей
(рис. 8.21). Схема приспособления, соответствующего второму
варианту этого способа - при неподвижном изделии — приведена на
рис. 8.22. Процесс ведут с помощью приспособления МВ-5А,
которое устанавливается как натирающий инструмент - головка на верти-
5^
Рис. 8.20. Приспособление МВ-1 для
латунирования валов и плоских
поверхностей, устанавливаемое на
токарном станке:
1 - приводной электродвигатель; 2 -
станина; 3 - гидроцилиндр; 4 -
направляющие; 5 - червячный редуктор; 6 -
натирающий стержень
Рис. 8.21. Приспособление МВ-ЗА для
латунирования гильз:
1 - приводной электродвигатель; 2 - зубчатая
передача; 3 - основная плита; 4 - гидроцилиндр;
5 - приводной вал; 6 - зажимное устройство; 7 -
натирочная головка; Я- натирающий стержень;
9 - гильза цилиндра ДВС

ФАБО цилиндров двигателей внутреннего сгорания
459
Рис. 8.22. Приспособление МВ-5А для
латунирования внутренних цилиндрических
поверхностей в блоках цилиндров,
устанавливаемое на
вертикально-сверлильном станке:
1 - шпиндель; 2 - кожух; 3 - коническая
шестерня; 4 - натирающий стержень; 5 - малая
шестерня; 6 - натирочная головка; 7 -
шпиндель
'* 13 9 14
Рис. 8.24. Натирающее приспособление МВ-б для наружных цилиндрических
поверхностей:
I - корпус (базовая деталь); 2 - центральная труба; 3 - фланец; 4 - планетарная шестерня;
б - карданный вал; 7 - вал малой шестерни; 8, 9 - малые шестерни; 10 - натирающий элемент;
II - натирающий стержень; 12 - пневмоцилиндр; 13 - нажимная штанга; 14 - нажимная вилка;
15 - приводной шпиндель; 16 - планетарная коническая шестерня; / 7 - солнечная коническая
шестерня [8]
Рис. 8.23. Принципиальная схема
обработки с использованием
приспособления МВ1ВР

460 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
кально-сверлильном станке (рис. 8.22). Вращение натирающих
стержней осуществляется путем принудительного обкатывания са-телли-
тов относительно конической шестерни, соединенной неподвижно со
станиной станка. Прижатие стержней осуществляется через
систему рычагов и валиков сателлитов, в которых закреплены
стержни.
3. Покрытия наносят путем натирания поверхности одним или
спаренным, расположенными оппозиционно, натирающими
трубчатыми латунными элементами, которые прижимаются к
вращающейся детали (валу или плоской детали), подлежащей покрытию
(рис. 8.23). Применение латунных натирающих трубок делает
возможным фрикционное латунирование поверхностей с нарушениями
сплошности (сверления, канавки, кольцевые углубления).
4. Приспособление для фрикционного латунирования МВ-6 дает
возможность аналогично приспособлению МВ-5А латунировать
валы, закрепляемые неподвижно (рис. 8.24).
Можно также применять специальные вспомогательные и
установочные приспособления для закрепления подлежащих покрытию
деталей: зажимное приспособление для разрезных поршневых
колец, приспособление для закрепления шатунов при натирании их
кольцевых поверхностей и приспособление для закрепления плоских
некруглых деталей, обеспечивающее их вращение при натирании
плоскости.
9.2.1. Повышение износостойкости цилиндров
и сокращение расхода топлива
Для определения влияния ФАБО на износостойкость
цилиндров Г. Польцером были проведены испытания двухтактного
автомобильного двигателя с латунированным и нелатунированны-
ми цилиндрами. Износ цилиндров замерялся методом вырезанных
лунок.
На рис. 8.25 даны эпюры износа стенок цилиндров после
условного пробега автомобиля, равного 100 000 км.
Представляет интерес влияние ФАБО цилиндров на удельный
расход топлива. Эта работа была выполнена проф. Г. Польцером и
его учениками. Испытывался четырехцилиндровый четырехтактный
двигатель Фиат 1300. Результаты испытаний приведены на рис. 8.26.
Как видно, имеется явная тенденция уменьшения расхода топлива при
латунированных цилиндрах по сравнению с его расходом при нела-
тунированных цилиндрах.

ФАБО цилиндров двигателей внутреннего сгорания
461
гильза с фрикцион
ным латунированием
гильза без
фрикционного латунирования
Рис. 8.25. Радиальное распределение износа. Стенка цилиндра, двухтактный
двигатель, пробег 100 000 км [10}
ве, г/кв.ч
440
420
400
1000
2000
3000
4000 п, об/мин
Рис. 26. Удельный расход топлива ве. Четырехцилиндровый четырехтактный
двигатель Фиат 1300:
/ - без латунирования; 2 - при фрикционном латунировании [10]

462 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
9.2.2. Упрочнение поверхностей стальных
и чугунных деталей при ФАБО
Благодаря относительно большому давлению Ра F0...80 МПа) в
местах контакта при ФАБО происходит упрочнение стальной и
чугунной поверхности обрабатываемой детали на глубину до 80 мкм.
Это впервые было изучено проф. Г. Польцером и его учениками.
Результат был неожиданным, так как обычно упрочнение поверхности
стальных деталей проводится стальными шариками или алмазным
наконечником, например при алмазном выглаживании. Здесь мягкий
латунный пруток производил упрочнение, причем на достаточно
большую глубину. При этом, по-видимому, имело место
объемно-напряженное состояние сжатия микрообъемов поверхности, что и
упрочняло материал обрабатываемой детали. Кроме того, проф.
Г. Полыдер производил обработку деталей вращающимся прутком,
что еще более способствовало упрочнению поверхности.
Измерение микротвердости поверхностного слоя стальных и
чугунных образцов после ФАБО производили по методу Ханемана, где,
аналогично методу Виккерса, используют алмазную пирамиду,
закрепленную в измерительной головке. При определенных условиях
нагружения пирамида оставляет на полированной поверхности
объекта квадратный отпечаток, который затем измеряют.
На рис. 8.27 показано в обобщенном виде распределение
микротвердости чугуна ССЬ25 на разной глубине при латунировании и без
покрытия [10]. По результатам исследования можно отметить, что на
глубине 70.. .80 мкм твердость поверхности увеличивается до 30 % по
сравнению с твердостью основы. Условия ФАБО (давление, скорость
процесса) влияют на характер кривой распределения твердости по
глубине.
Рис. 8.27. Кривые изменения микротвердости чугуна ССЬ25 на различной глубине
при механическом (А) и химико-механическом (В) латунировании, а также чугуна
без покрытия (О

ФАБО цилиндров двигателей внутреннего сгорания
463
Данная работа служит объяснением того, что процесс ФАБО
влияет на износостойкость изделия даже после износа латунного
покрытия.
Последующие испытания латунированных цилиндров на
автомобильном двигателе при отсутствии в масле металлоплакирующей
присадки показали, что даже после 70 000 км пробега автомобиля
методом радиоактивных изотопов можно обнаружить на
поверхности цилиндра следы меди. Это объясняется тем, что при
пластическом деформировании поверхности цилиндра латунным
прутком происходит диффузия меди в поверхностные слои материала
цилиндра.
Отметим также, что немецкие коллеги здесь впервые применили
при обработке зеркала цилиндра вращение латунных прутков,
расположенных к поверхности цилиндра под углом. Это позволило
создать линейный контакт между обрабатываемой деталью и
инструментом вне зависимости от износа последнего, а следовательно,
значительно повысить давление инструмента на обрабатываемую
поверхность.
10. Шероховатость обрабатываемой поверхности
при ФАБО
ФАБО снижает шероховатость поверхностей деталей. Ее
величина после латунирования зависит от материала основы и исходной
шероховатости поверхности. Параметр Ка должен иметь значение не
ниже 1,25 мкм. В этом случае обеспечивается высокое качество
покрытия и высокая производительность (наименьшее число проходов
инструмента 1—2). Здесь образуются на поверхности
микронеровности острой формы и интенсивно изнашивают инструмент, а
продукты износа образуют сплошное покрытие. При значениях Ка меньше
0,3 мкм латунирование затруднено тем, что процесс микрорезания
инструмента деталью заменяется пластическим оттеснением, в
результате чего интенсивность изнашивания инструмента падает,
происходит постепенный наклеп инструмента на значительную глубину, что
затрудняет отрыв отдельных частиц и перенос их на деталь.
Особенно это характерно для поверхностей, обработанных методами
поверхностного пластического деформирования (обкатка роликами,
алмазное выглаживание и т. д.), имеющих большой радиус закругления
микронеровностей.
При значении параметра шероховатости Ка = 2,5 мкм и более
грубых шероховатостях сложно обеспечить проникновение
материала инструмента во впадины микронеровностей; покрытие в этом
случае получается не сплошным. Получить качественное покрытие на
поверхностях, имеющих грубую регулярно-шероховатую поверх-

464 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
ность, авторам работы [14] удалось с помощью обработки
периферийной частью свободно вращающегося на оси латунного ролика,
ось которого составляет с осью детали угол 75-80° . В этом случае
ролик получает вращение вследствие трения о деталь,
прирабатывается к обрабатываемой детали, на его рабочей поверхности
формируется ответный микрорельеф, который легко внедряется во
впадины микронеровностей и осуществляет натирание вдоль них. По
такой схеме можно обрабатывать поверхности, получаемые токарной
обработкой, при значениях Ка = 40...320 мкм, а также резьбы [14].
11. Влияние ФАБО на наводороживание рабочей
поверхности цилиндров
В.Я. Матюшенко и Н.Ф. Соловей [13] установили значительное
влияние водорода на износостойкость цилиндров и поршневых
колец двигателей внутреннего сгорания. При этом первостепенное
значение имеет концентрация водорода и его распределение в
поверхностных слоях деталей. Г. Польцером и его сотрудниками были
проведены тщательные исследования по определению концентрации
водорода и его распределению в материале цилиндров двигателей
внутреннего сгорания в зоне мертвой точки, как при ФАБО, так и без него.
Для исследования был применен разработанный в Центральном
институте ядерных исследований (г. Россендорф, ФРГ) метод
радиоактивного анализа с помощью ядерной спектроскопии, позволяющий
оценить концентрацию водорода с точностью до 0,1 атомн. %.
Исследования образцов, вырезанных из цилиндров двигателей,
осуществлялись на глубину до 0,8 мкм.
"Л,
в,35
4*4
**•.«—•*••-''«,
и
%4 Ь,***
*
$2 $4 н,мкм
Рис. 8.28. Кривые изменения
концентрации атомов водорода Сн по глубине Л в
образцах, вырезанных из гильз
цилиндров дизельного двигателя до начала его
эксплуатации при механическом
латунировании (А) и без латунирования (В)
Рис, 8.29. Кривые изменения
концентрации атомов водорода Сн по
глубине Л в образцах, вырезанных из гильз
цилиндров дизельного двигателя
после 212 ч его работы при механическом
латунировании (А) и без
латунирования (Б)

Влияние ФАБО деталей на фреттинг-коррозию и фреттинг-усталость
465
На рис. 8.28 показано изменение концентрации водорода по
глубине в образцах, вырезанных из гильз цилиндров четырехтактного
дизельного двигателя до начала его эксплуатации, а на рис. 8.29 — то
же после наработки двигателем 212ч при механически
латунированных и нелатунированных поверхностях.
Из рисунка отчетливо видно снижение концентрации водорода
при латунировании цилиндров, что естественно должно отразиться
на их износостойкости.
12. Влияние ФАБО деталей на фреттинг-коррозию
и фреттинг-усталость
Влияние того или иного вида окончательной обработки
поверхностей трения двигателей на их прочность, особенно усталостную,
необходимо учитывать, когда имеется вероятность износа
поверхностей в результате фреттинг-коррозии. Прочность деталей может быть
снижена при гальванических хромировании и никелировании, фос-
фатировании, оксидировании и других видах обработки.
Исследования показали, что ФАБО деталей увеличивает их
сопротивление фреттинг-усталости. Это было проверено при
сравнительных усталостных испытаниях образцов диаметрами 12 и 17 мм с
напрессованными втулками, подвергнутых нагружению чистым
изгибом с вращением. Образцы и втулки изготавливались из
нормализованной стали 35. Для всех образцов методом селективного
подбора создавали натяг 20 мкм, что соответствует прессовой посадке.
Сопротивление фреттинг-усталости оценивали по величине
предельного циклического напряжения, при котором образцы проработали
2 -107 циклов без разрушения.
В связи?е тем, что фрикционное латунирование проводится при
значительных удельных нагрузках, можно ожидать наклепа
(упрочнения) стальной поверхности, что вызовет увеличение предела
выносливости образцов. Для сопоставления результатов возможного
наклепа при латунировании и самого латунирования испытаниям
были подвергнуты образцы трех серий: шлифованные,
латунированные фрикционным методом и наклепанные.
Фрикционное латунирование образцов проводили в среде
глицерина. Режимы латунирования: окружная скорость образцов 0,2 м/с;
продольная подача латунного прутка 0,2 мм/об; давление латунного
прутка 100 МПа; число проходов 2.
Наклеп образца проводили в условиях, максимально
приближенных к фрикционному латунированию. Однако для предотвращения
осаждения пленки латуни обрабатываемая поверхность покрывалась
не глицерином, а пластичной смазкой АФ-70 (смазка УНМА).
Как следует из кривых усталости (рис. 8.30.), построенных по
результатам испытаний латунированных, наклепанных и шлифованных
образцов диаметром 17 мм, фрикционное латунирование способствует
7П _ ->П70

466 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
0а
250\
г и и \
*ъп
ои
1ПП
ши
МПа
Г
| \
[ ш
Ш
Ш
аПе^
МГ4
ж23
|!И\э
1П& V
-!1; Н\-\>'
\\\\\ \Х
\ \ \
1 \
I 1 *
1 1
111
.. и
Ш
ьЩ
1 1 <
1 1 1
А
) ) >
1 1 >
1 1 1
|! н*\у!' 1
1 1 !
1
Т111 ~~
ним
■утл 5
!]'[
Ж 1
1^,
ИЧ
0,5 1%0 2,0 5Л '0 20
N10* иихлсб
Рис. 8.30. Кривые усталости образцов диаметром 17 мм с напрессованными втулками:
1 - латунированные образцы; 2 - наклепанные образцы; 3 - образцы без покрытия
увеличению предела выносливости образцов до аа = 185 МПа по
сравнению с 105 МПа для шлифованных образцов. Это увеличение не
является следствием наклепа образцов при латунировании — форма
кривой усталости и значение предела выносливости (для выбранной базы
испытаний N = 2 • 107 циклов) для образцов шлифованных и
наклепанных совпадают.
Дальнейшие исследования показали, что на величину
предельного циклического напряжения значительное влияние оказывает состав
среды, применяемый в процессе латунирования. Была найдена
концентрация раствора соляной кислоты в глицерине, при которой
предел выносливости латунированных образцов диаметром 12 мм с
напрессованными втулками возрос до 206 МПа, а величина давления
прутка при латунировании снизилась до 70 МПа.
Для изучения механизма увеличения сопротивления фреттинг-
усталости фрикционным латунированием были проведены
металлографические исследования характера повреждений образцов в
процессе деформации, видоизменяющей фреттинг-процесс.
В результате исследований испытанные образцы разделили на три
группы в зависимости от степени фреттинг-коррозионных
повреждений и характера разрушения.
1. Образцы, испытывавшиеся при напряжениях са = @,9...1,6)а г
У этих образцов в зоне, примыкающей к кромке втулки, по всему
периметру наблюдается четко выраженный поясок коррозионных
повреждений шириной 1,5...2,5 мм из окислов черно-бурого цвета.
Поверхность контакта нелатунированных образцов повреждена фрет-

Влияние ФАБО деталей на фреттинг-коррозию и фреттинг-усталость
467
тинг-коррозией в большей степени, чем латунированных. Окислы на
латунированной поверхности образуются в основном за счет
разрушения стальной втулки. Это подтверждается тем, что при удалении
окислов обнажается латунная пленка. Трещины на этих образцах,
проработавших без разрушения в течение Ъ107 циклов, не обнаружены.
2. Образцы, испытывавшиеся при оа = @,1-.1,3)а г С
увеличением действующих напряжений интенсивность фреттинг-коррозионных
повреждений несколько уменьшается; однако на поверхностях легко
обнаруживаются трещины, которые располагаются не только
вблизи излома, но и проникают вглубь (более крупные у излома, менее
крупные на расстоянии до 3,5 мм). Как правило, трещины
направлены в сторону от зоны возможного разрушения под углом 60...70° к
контактной поверхности.
3. Образцы, испытывавшиеся при са = A,3...1,6)а г При высоких
напряжениях влияние латунирования проявляется особенно заметно.
Изменяется форма контактной поверхности, пластически
деформируется материал в приконтактной области. У нелатунированных
образцов формадонтактной поверхности не изменяется в ходе
испытаний: линия контакта остается ровной. У латунированных образцов
линия контакта волнистая. Различие в структуре приповерхностных
областей состоит в том, что у латунированных образцов
наблюдаются значительные области пластической деформации, в то время как у
нелатунированных таких областей нет, и зарождающиеся трещины
имеют чисто усталостный характер.
Пластифицирующее действия латунной пленки проявляется в
процессе работы прессового соединения. Линия контакта
искривляется за счет того, что в приповерхностных областях образуются зоны
пластической деформации. Особенно велика зона деформации в
области концентрации напряжений — у кромки втулки. На валике,
проработавшем 3,3 • 106 циклов при са = 210 МПа, слой упрочненного,
пластически деформированного материала имел протяженность около
5 мм.
Таким образом, фрикционное латунирование способствует
повышению предела выносливости узлов, детали которых собраны с
гарантированным натягом, за счет пластифицирования материала в
зоне контакта, препятствующего зарождению усталостных трещин.
Сравнительные данные по влиянию различных покрытий на из-
носо- и фреттинг-усталость можно получить в работе [7].
13. Новые решения по совершенствованию технологии
ФАБО цилиндров двигателей
Ранее было показано, что ФАБО цилиндров двигателей
позволяет получить ряд экономических преимуществ по сравнению с
окончательной обработкой зеркала цилиндра такими методами, как
дробеструйная обработка, вибрационное упрочнение, жидкостное азо-
10*

468 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
тирование и др. ФАБО цилиндров сокращает время обкатки
двигателя, а следовательно, уменьшает расход горюче-смазочных
материалов, увеличивает ресурс двигателя и повышает надежность его
работы.
Несмотря на имеющийся опыт использования ФАБО для
цилиндров, до настоящего времени широкомасштабного применения эта
технология не нашла ни в нашей стране, ни за рубежом. На это
имеются две причины.
1. Существующие конструкции оснастки ФАБО цилиндров не
обеспечивают необходимой производительности при массовом
изготовлении цилиндров. Это связано с тем, что натирающими
элементами (инструментом) являются всего лишь 1 ...3 латунных прутка
диаметром 3...4 мм, что вынуждает выполнять несколько проходов
инструмента, чтобы покрыть латунной пленкой всю поверхность
зеркала цилиндра. Для этого требует пять и более минут на один
цилиндр двигателя.
2. Разработанные технологии ФАБО цилиндров не дают
необходимого упрочнения рабочей поверхности (зеркала) цилиндра, что не
позволяет обеспечить его износостойкость на более длительный срок
службы (в автомобильных двигателях, по данным немецких
специалистов, до 70 тыс. км пробега). Наибольшее упрочнение стальной и
чугунной поверхности при ФАБО происходит тогда, когда между
инструментом и обрабатываемой деталью имеется линейный контакт.
Такой контакт был осуществлен проф. Г. Польцером. В его
конструкции оснастки ФАБО цилиндров два латунных инструмента
(прутка) во время работы вращаются; они установлены к поверхности
зеркала цилиндра под углом в 45°. При таких условиях происходит
максимальное упрочнение металлических поверхностей при процессе
ФАБО.
Таким образом, для совершенствования технологии ФАБО
цилиндров необходимо было решить две задачи: повысить
производительность процесса ФАБО и увеличить износостойкость цилиндров
за счет более высокого упрочнения его рабочей поверхности под
латунной пленкой. Кроме того, при решении этих задач потребовалось
разработать новую технологическую жидкость, термически более
стойкую, для производства ФАБО цилиндров, поскольку
температурные условия при решении указанных задач были несомненно
повышены.
13.1. Технологический процесс ФАБО,
разработанный Б.В. Намакопоеым [5]
В Горловском филиале Донецкого политехнического института
доц. Б.В. Намаконовым была разработана новая оснастка для
процесса ФАБО цилиндров, которая позволила сократить время
обработки одного цилиндра до 20.. .30 с. В качестве способа ФАБО иссле-

Новые решения по совершенствованию технологии ФЛБО цилиндров двигателей 469
НИКИ
ю
Ц±Н
и_
П
и
Рис. 8.31. Латунный ролик к хонинговальной головке при производстве ФАБО
дователь взял принцип хонингования, заменив керамические бруски
в хонинговальной головке на латунные ролики (рис. 8.31), имеющие
выступающие рабочие пояски. Ролики крепятся в центрах, что
позволяет им вращаться вокруг своей оси при работе хонинговальной
головки. Эта простая конструкция позволила решить
принципиальные задачи по развитию технологии ФАБО цилиндров. Длина
латунного ролика в три раза меньше, чем хонинговального бруска. Это
дает возможность повысить давление на рабочую поверхность
цилиндра и тем самым создать условия для интенсивного переноса
материала (латуни) с ролика на цилиндр.
В таких условиях не требуется каким-либо образом производить
зачистку окисной пленки как на зеркале цилиндра, так и на рабочих
поясках роликов. Окисная пленка счищается под большим
давлением самими роликами при их вращении с одновременным возвратно-
вращательно-поступательным движением. Для получения хорошей
латунной пленки достаточно всего двух-трех ходов хона, что вполне
приемлемо по производительности при массовом изготовлении гильз
цилиндров.
При работе хонинговальной головки с четырьмя роликами
перенос материала происходит с 32-х рабочих поясков роликов —
каждый ролик имеет 8 рабочих поясков.
Вторая задача была автоматически решена при решении первой.
Новая конструкция инструмента обеспечила линейный контакт при
натирании рабочей поверхности цилиндра, что позволило создавать
высокую удельную нагрузку инструмента на материал цилиндра и
упрочнять его поверхностный слой.
Новая технология ФАБО цилиндров была применена на Коно-
топском заводе по ремонту сельскохозяйственной техники. Была
также разработана и новая технологическая жидкость для ФАБО, более
стойкая при повышенных температурах.

470 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
13.2. Технологический процесс, разработанный
Г.И. Эжиевым
Необходимо отметить еще одну работу по совершенствованию
процесса ФАБО цилиндров двигателя. Г.И. Эжиев при содействии
Министерства сельского хозяйства разработал и организовал
производство специальных станков для ФАБО цилиндров двигателей.
Станок (рис. 8.32) состоит из станины 7, узла 2 зажима обрабатываемых
деталей, устройства 3 подачи технологической жидкости, суппорта 4
вертикальной подачи, шпинделя 5 со сквозным осевым отверстием
для штока 6 пневмоцилиндра 7, закрепленного на суппорте 4
вертикальной подачи, узла Укрепления, рабочего инструмента 9, пульта 10
управления, устройства сигнализации максимального износа
натирающих прутков, включающего микровыключатель У/,
расположенный в пневмоцилиндре 7, и флажок 72, закрепленный на штоке 6
пневмоцилиндра.
Рис. 8.32. Станок для фрикционно-механического нанесения покрытий на
внутренние цилиндрические поверхности

Новые решения по совершенствованию технологии ФАБО цилиндров двигателей 471
Рис. 8.33. Рабочий инструмент станка для ФАБО цилиндров

472 ФИНИШНАЯ АНТИФРИКЦИОННАЯ БЕЗАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА
Рабочий инструмент включает в себя (рис. 8.33) корпус 13 с
кольцевым упором 14 и крышкой 15 с упором 16, натирающие прутки 77,
размещенные в направляющих 18 корпуса 13 и закрепленные в
разжимных брусках 79, подпружиненных двумя кольцевыми
пружинами 20 сжатия и имеющих конусную поверхность 27, стакан 22 с
отверстиями 23 в нижней части под шариковые замки 24,
контактирующий своей верхней донной частью 25 со штоком 6, толкатель 26 с
конусной поверхностью 27 и радиальной канавкой 28 под шариковые
замки 24 стакана 22, подпружиненный своим верхним торцом
относительно крышки 75 корпуса 13 пружиной 31 (причем жесткость
пружины 31 меньше жесткости пружины 30), конусную втулку 32 с
конусной поверхностью 33 и кольцевой канавкой 34 под шариковые
замки 24 стакана 22, концентрично расположенную своей нижней
частью между корпусом 13 и толкателем 26, а верхней частью — между
корпусом 13 и стаканом 22.
В исходном положении (выключенном) обрабатываемая деталь 35
закреплена в узле 2 зажима обрабатываемых деталей, механизмы и
устройства станка выключены, детали рабочего инструмента 9
находятся в положении, показанном на рис. 8.32, главный выключатель 36
включен.
При нажатии кнопки 37 "Ввод" пульта 10 управления
включается механизм привода суппорта 4 вертикальной подачи, который
движется вниз. В момент ввода натирающих прутков 77 рабочего
инструмента 9 в отверстие обрабатываемой детали 35 кнопка "Ввод"
отжимается и механизм привода суппорта вертикальной подачи
отключается.
Нажимается кнопка 38 "Пуск", при этом включаются
механизмы привода суппорта 4 вертикальной подачи и вращения шпинделя 5,
устройство 3 подачи технологической жидкости. Рабочий инструмент
осуществляет вращательное и поступательное (вниз) движения,
технологическая жидкость подается в зону обработки.
Открывается кран 39 подачи сжатого воздуха в полость А
пневмоцилиндра 7. Сжатый воздух по пневмопроводу (на рисунке не
показан) поступает в полость А пневмоцилиндра 7. В результате (рис.
8.33) шток 6 действует с усилием Р, перемещает вниз стакан 22 и
закрепленный в нем с помощью шарикового замка 24 толкатель 26,
который, двигаясь вниз и сжимая пружину 31, обеспечивает
радиальное перемещение разжимных брусков 79 с закрепленными в них
натирающими прутками 77. Прутки движутся по направляющим 18 до
полного контакта с поверхностью обрабатываемой детали 35 и
создают заданное давление, при этом сжатие пружины 30 не
происходит. Давление натирающих прутков 77рабочего инструмента 9на
поверхность обрабатываемой детали 35 регулируется величиной
давления сжатого воздуха, поступающего в полость А пневмоцилиндра 7
(рис. 8.32), с помощью воздушного редуктора 40 и контролируется
манометром 41, расположенным на пульте 10 управления.

Новые решения по совершенствованию технологии ФАБО цилиндров двигателей 473
По мере износа натирающих прутков 7 7 осевое перемещение
толкателя 26 и сжатие пружины 31 увеличиваются до тех пор, пока не
произойдет контакт нижнего торца толкателя 26 с упором 16
крышки 15. Это соответствует максимальной величине радиальной
подачи разжимных брусков 19 и натирающих прутков 7 7 за счет осевого
перемещения вниз толкателя 26. При этом кольцевые канавки 28 и 34
располагаются в одной горизонтальной плоскости.
При дальнейшем действии происходит выдавливание
шарикового замка 24 из кольцевой канавки 28 толкателя 26 и размещение его в
кольцевой канавке 34конусной втулки 32, которая перемещается вниз,
обеспечивая дальнейшую радиальную подачу разжимных брусков 19
и натирающих прутков 77. При этом стакан 22 и закрепленная в нем
с помощью шарикового замка 24 конусная втулка 32 перемещаются
вдоль толкателя 26, сжимая пружину 30 до тех пор, пока не
произойдут максимально заданные радиальная подача разжимных брусков 19
и износ натирающих прутков 7 7. В этот момент происходит контакт
флажка 12 с микровыключателем 77, и сигнал о максимальном
износе натирающих прутков 7 7 поступает на пульт 10 управления
(сигнальная лампа 42).
По завершении цикла обработки нажимается кнопка 43 "Конец
цикла", расположенная на пульте 10 управления. В результате
механизм приводов суппорта 4 вертикальной подачи и вращения
шпинделя 5, устройство 3 подачи технологической жидкости отключаются.
Одновременно переключается кран 39 подачи сжатого воздуха на
полость Б пневмоцилиндра 7. Сжатый воздух по пневмопроводу (не
показан) поступает в полость Б пневмоцилиндра 7. В результате
шток 6, двигаясь вверх, прекращает свое действие на стакан 22
рабочего инструмента 9. далее пружина 30 перемещает стакан 22 и
закрепленную в нем с помощью шарикового замка 24 конусную втулку 32 в
верхнее положение, при котором кольцевые канавки 34 и 28
располагаются в одной горизонтальной плоскости. Шариковый замок 24
устанавливается в кольцевой канавке 28 толкателя 26, шарикового
замка 24, стакана 22 в верхнее исходное положение, а кольцевые
пружины 20 сжатия обеспечивают свод разжимных брусков 19.
При нажатии кнопки 44 "Возврат", расположенной на пульте 10
управления, включается механизм привода суппорта 4 вертикальной
подачи, который, перемещаясь вверх, занимает исходное положение.
Далее цикл повторяется.

ЛИТЕРАТУРА
К общим аспектам
1. Грязное Б.Т. Технологические методы улучшения эксплуатационных
свойств деталей машин криогенной и микрокриогенной техники,
Новосибирск: Изд-во Наука , 1993. 207 с.
2. Куксенова Л.И., Рыбакова Л.М. и др. Влияние содержания воды в
жидкости ПВГ на износостойкость оловянистых бронз // Вестник
машиностроения 1981, №2. С. 30-31.
3. Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения
долговечности машин. М.: Машиностроение, 1964. 1964. 436 с.
4. Научно-технический прогресс в машиностроении. Современные методы
упрочнения поверхностей деталей машин. М.: Машиностроение. Вып.
9,1989.285 с.
5. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение. 1977. 526 с.
6. Рыжов Э.В. Технологические методы повышения износостойкости
машин. Киев: Наукова думка, 1984. 207 с.
7. Ткачев В.Н. Методы повышения долговечности деталей машин. М.:
Машиностроение 1971. 268 с.
8. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. Книга 1. Под ред. И.В. Кра-
гельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение . 1978. 399 с.
К главе 1. О качестве сопрягающихся поверхностей
и точности их взаимного расположения в связи
с износостойкостью деталей.
1. Гаркунов Д.Н. "Триботехника. Износ и безызносноть" 4-е издание
переработанное и дополненное. М.: МСХА. 2001. 616 с.
2. Герасимова Н.Н. Влияние некоторых технологических факторов на срок
службы шариковых радиальных подшипников. Сб. "качество
поверхности деталей машин". № 5. Изд-во АН СССР^961. С. 131-138.
3. Дьяченко П.Е. Современные направления в области обеспечения высокого
качества поверхностей деталей. Изд. НТО Машпром. М.: Общественный
университет. 1960. 83 с.
4. Камбалов В.С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ.
М.: Наука. 1974. 111с.
5. Семенихин П.Г. Выбор рациональной шероховатости поверхностей
деталей машин. М.: Машгиз. 1964. 230 с.
6. Семенов В.С. Взаимосвязь перекосов в сочленениях кривошипно-
шатуннного механизма с паразитными перемещениями поршня и
световой метод центровки. Сб. "Судоремонт". № 1.1964.
7. Трубин Г.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колес. М.:
Машгиз. 1962.402 с.

Литература
475
8. Якобсон М.О. О качестве поверхности и долговечности прямолинейных
направляющих металлорежущих станков. С§. Качество поверхности
деталей машин. № 6. 1966.
К главе 2. Химико-термическая обработка
рабочих поверхностей деталей
1. Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей.
М.: Машшиностроение. 1987. 304 с.
2. Воронин Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов. Минск.
1981.
3. Грязнов Б.Т. Технологические методы улучшения эксплуатационных
свойств деталей машин криогенной и микрокриогенной техники.
Новосибирск:Изд -во Наука. 1993. 207 с.
4. Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения
долговечности машин. М.: Машиностроение. 1964. 399 с.
5. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение.
1976.255 с.
6. Лахтин Ю.А., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов.
М.: Металлургия. 1985.
7. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка стали и сплавов. М.:
Машиностроение. 1965. 491 с.
8. Трение, изнашивание и смазка. Справочник Под ред. И.В. Крагельского
и В.В. Алисина. М.: Машиностроение. Книга 2. 1978. 399 с.
К главе 3. Термическая обработка рабочих поверхностей
деталей
1. Голынтейн Я.Е., Горбульский И.Я., Пятакова Л.Л. Повышение
долговечности тракторных деталей.М.: Машгиз. 1956.225 с.
2. Справочник термиста. Т.2 М. Машиностроение 1977. 720 с.
3. Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения
долговечности машин. М.: Машиностроение. 1969. 399 с.
К главе 4. Химическая обработка рабочих поверхностей
деталей
1. Виноградов Ю.М. Трение и износ модифицированных металлов. М.:
Наука. 1972. 150 с.
2. Грилихез С.Я. Оксидные и фосфатные покрытия металлов. Л.:Машино-
строение. 1977.
3. Голубев А.М. Анодное окисление алюминиевых сплавов. М.: Изд-во АН
СССР. 1961.
4. Повышение надежности и долговечности деталей машин химическим
никелированием. М.:Машгиз. 1963. 173 с.
5. Повышение стойкости деталей машин /сульфидирование/. Сб. М.:
Машиностроение. 1960.190с»

476
ЛИТЕРАТУРА
К главе 5. Гальванические покрытия рабочих
поверхностей деталей
1. Борисов В.С. Выносливость хромированных коленчатых валов // Вестник
машиностроения. № 1. 1962. С 34-38.
2. Гаркунов Д.Н. Повышение износостойкости деталей машин. Киев,
Машиностроение, 1960. 160 с.
3. Закиров Ш.З. Упрочнение деталей машин электроосаждением железа.
Изд-во "ИРФОН", Душанбе. 1978. 297 с.
4. Левитский Г.С. Хромирование деталей машин и инструмента. Киев,
Машиностроение. 1956. 265 с.
5. Каменев Н.А., Михайлов А.А. Некоторые особенности шлифования
хромированных деталей. Станки и инструмент. № 7, 1953.
6. Плетнев Д.В., Брусенцова В.Н. Основы износостойких антифрикционных
покрытий. М.: Машиностроение, 1968. 271 с.
7. Поляков А.А., Гаркунов Д.Н. Сравнительная оценка антифрикционных
свойств при трении по чугуну пористого хрома и хрома, осажденного
на поверхность с механическими нанесенными углублениями. Сб.
Повышение износостойкости и срока службы машин. Киев.:
Машиностроение, 1963. С. 414—418.
К главе 6. Наплавка поверхностей трения деталей,
металлизация напылением, электроискровое упрочнение
деталей
1. Власов М.В. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей.
М.: Машиностроение, 1987. 304 с.
2. Иванов Г.П. Технология электроискрового упрочнения инструментов и
деталей машин. М.: Машгиз, 1961. 302 с.
3. Красниченко Л.В. Новые высокоантифрикционные материалы,
полученные электрометаллизацией распылением. Сб. Износ и
износостойкость. Антифрикционные материалы. Изд-во АН СССР. 1960.
С. 152-157.
4. Лазаренко Н.Н. О механизме образования покрытия при электронно-
искровом легировании металлических поверхностей. Электронная
обработка материалов. // Вестник машиностроения , 1965. № 1.С.35 - 57.
5. Ткачев В.Н. Работоспособность деталей машин в условиях абразивного
изнашивания. М.: Машиностроение, 1995. 332 с.
К главе 7. Обработка поверхностей трения
1. Вайнштейн В.Э., Трояновская Г.И. Сухие смазки и самосмазывающиеся
материалы. М.: Машиностроение, 1968. 179 с.
2. Виноградов Ю.М. Трение и износ модифицированных металлов. М.:
Наука, 1972. 149 с.
3. Гусева И.М. Технологические аспекты ионной имплантации в металлах.
Проблемы машиностроения и надежности машин. 1991, № 3. С. 73 - 81.

Литература
477
4. Грязнов Б.Т., Зинкин А.Н., Прудников В.В., Степаненко В.П.
Технологические методы повышения долговечности машин микрокриогенной
техники. Новосибирск.: Наука, 1999. 271 с.
5. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. Справочник. М.:
Машиностроение, 1985.
6. Рассел Хм Руге И. Ионная имплантация. М.: Наука, 1983. 360 с.
7. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей
машин. М: Машиностроение, 1967. 394 с.
8. Ткачев В.Н. Работоспособность деталей машин в условиях абразивного
изнашивания. М.: Машиностроение , 1995. 332 с.
9. Хворостухии Л.А., Ильин Н.Н., Чабан А.С. О связи истинной способности
выглаженной поверхности с комплексными показателями ее качества.
Сб. Современные технические и технологические методы повышения
качества деталей машин. Кишинев. КПИ, 1976. С.40 - 48.
Глава 8. Финишная антифрикционная безабразивная
обработка (ФАБО) поверхностей деталей
1. Балабанов В.И. Повышение ресурса дизелей фрикционным
латунированием шеек коленчатых валов в ремонтном производстве. Автореферат
кандидатской диссертации. Московский государственный агроинже-
нерный университет им. В.П. Горячкина, 1992. 17 с.
2. Балабанов В.И. Финишная антифрикционная безабразивная обработка
деталей дизелей. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. № 12.
С. 23-25.
3. Кремешный В.М. Новые способы повышения износостойкости тяже-
лонагруженных узлов трения. // Обзорная информация. ЛатНИИНТИ.
1987.35 с.
4. Лозовский В.Н. Фрикционное латунирование как метод повышения
антифрикционных свойств стальных деталей авиационной техники.
Автореферат кан. Диссертации. Киевский институт инженеров гражданской
авиации. 1961.20 с.
5. Намаконов Б.В., Кисель В.В., Лялякин В.П. Повышение долговечности
гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания способом ФАБО. Сб.
статей. "Долговечность трущихся деталей машин." Вып. 4. М.:
Машиностроение Л 990. С. 139- 144.
6. Отчет института коррозии (ИКОР) Комитета по оборонным отраслям
промышленности РФ. Опытная разработка основ технологического
процесса нанесения металлоплакирующих покрытий на детали
подшипника сателлита авиационного ГТД. Н.Н. Добромыслов и др. 1993.
7. Повышение износостойкости на основе избирательного переноса. Сб.
статей под ред. Д.Н. Гаркунова.М.: Машиностроение, 1977. 211 с.
8. Польцер Г., Фирковский А., Ланге И. и др. Финишная антифрикционная
безабразивная обработка (ФАБО) и избирательный перенос. Сб. статей.
Долговечность трущихся деталей машин. Вып. № 5. Машиностроение,
1990. С. 85-122.
9. Пооперационная технология ремонта ТУ- 124. Фрикционное
латунирование. Отдел главного технолога завода № 407 ГА. 1968.

478
ЛИТЕРАТУРА
10. Потапов Г.К., Балабанов В.И. Финишная антифрикционная
безабразивная обработка (ФАБО) гильз цилиндров и шеек коленчатых валов
двигателей. // Эффект безызносности и триботехногии. № 3 - 4, 1994.
С. 48-53.
11. Руководство по применению ФАБО деталей и технологической
жидкости "Велап" при капитальном ремонте, обкатке и эксплуатации ДВС.
РТМ 10 Россия. 01.0018-92. Министерство сельского хозяйства РФ.
12. Румянцев Г.И. Фрикционное латунирование деталей топливной
аппаратуры. Сб. статей "Повышение износостойкости на основе
избирательного переноса. М.: Машиностроение. 1977. С. 155 - 159.
13. Соловей Н.Ф., Тороп В.В., Матюшенко В.Я. Наводороживание
трущихся деталей цилиндро-поршневой группы ДВС. // Трение и износ. 1985.
Т.4,№ С. 752-755.
14. Терешкин С.А., Чекулаев О.В. Фрикционное латунирование деталей
двигателей. Сб. статей "Повышение износостойкости на основе
избирательного переноса." М.: МашиностроениеЛ977. С. 152- 155.

ЧАСТЬ III
ТРИБОТЕХНИКА
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
МАШИН

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Общие сведения
Конструктивное совершенство и высокое качество изготовления
и установки машины не гарантируют длительной и безаварийной ее
работы. Дополнительными условиями являются грамотная
техническая эксплуатация и целесообразная система ремонтов.
Изменение эксплуатационных свойств в их взаимосвязи с
износом зависит от типа машины. Возьмем для примера автомобиль.
Износ цилиндров, поршневых колец и поршней, лакообразование в
цилиндрах и износ клапанов ухудшают герметичность рабочего
пространства, в результате чего снижается среднее индикаторное
давление, что влечет за собой уменьшение мощности двигателя и
увеличение удельного расхода горюче-смазочных материалов. С потерей
мощности двигателя ухудшаются тяговые качества автомобиля -
возрастает время и путь разгона, понижается предельная скорость
движения на той или иной передаче.
Износ деталей цилиндропоршневой группы, шатунных
подшипников и деталей газораспределительного механизма приводит к
усилению шума при работе дигателя. Увеличение зазоров в рулевом
механизме, износ тормозных колодок и барабанов, тормозного
кулака и шарнирных соединений тормозного привода ухудшают
управляемость автомобиля и в связи с увеличением пути торможения
понижают безопасность движения.
Важной предпосылкой правильного использования и грамотной
эксплуатации машины является наличие ее технического описания,
правил технической эксплуатации, основных правил техники
безопасности при обслуживании машины, альбома чертежей и карты
смазки. Указанная документация составляется под непосредственным
руководством конструктора на основании опыта эксплуатации
подобных машин, результатов исследовательских работ, стендовых и
эксплуатационных испытаний опытных образцов.
Задачей технической эксплуатации машины является
обеспечение ее исправного технического состояния и безаварийной работы
при необходимой экономичности. Уровень технической
эксплуатации машин определяется установкой их в надлежащем месте,
рациональным использованием в соответствии с назначением,
квалификацией обслуживающего персонала, постановкой ухода и технического
надзора за машинами, организацией смазочного хозяйства [9].
Сданная в эксплуатацию машина или установка поступает в
ведение лиц, управляющих ею и обслуживающих ее агрегаты.
31-2039

482
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для обеспечения должного уровня технической эксплуатации к
самостоятельному управлению машинами и их техническому
обслуживанию допускаются лица, пригодные к данной работе по
состоянию здоровья, отлично изучившие машины данного типа и
получившие соответствующие свидетельства. Во многих случаях к
управлению машинами не допускаются лица, не достигшие 18 лет. Знание
обслуживающим персоналом правил технической эксплуатации и
технических инструкций должно систематически проверяться.
Необходимые навыки в обращении с машиной вырабатываются
у машиниста, станочника или оператора при длительной работе на
ней. Поэтому к перестановке рабочего с машины на машину
прибегают только при настоятельной необходимости.
Для надзора за оборудованием действуют органы технического
надзора. В зависимости от характера оборудования технический
надзор бывает государственный и местный или только местный.
Государственный надзор осуществляют такие организации как
Госавтоинспекция, Госавиаинспекция, Госгортехнадзор, Морской регистр
и др. Вообще, в функции технического надзора входит надзор за
монтажом оборудования, техническим состоянием машин и
оборудования, выполнением правил управления машинами, их обслуживании,
контроль за сроками и качеством выполнения ремонта, за
испытанием оборудования и за ведением технической документации.
Органы Государственного технического надзора занимаются
освидетельствованием, испытанием и разработкой норм
проектирования машин и оборудования с точки зрения надежности работы и
безопасности в обслуживании.
Цель технического ухода и ремонта - поддерживать
работоспособность машины. Но если технический уход представляет собой
совокупность мероприятий, направленных на борьбу с износом, то
задачей ремонта является ликвидация последствий износа.
В одних отраслях народного хозяйства ремонт является
элементом технической эксплуатации оборудования, в других он обособлен.
На практике расходы на ремонт могут достигать очень большой
величины, превышая в некоторых случаях стоимость машины в
несколько раз. Иногда расходы на ремонт поглощают большую часть
доходов, приносимых машиной, что делает эксплуатацию машины
нерентабельной.
В настоящее время ставится на очередь задача перехода на
безремонтную эксплуатацию или ремонт без разборки машины.
Под последним термином понимается:
-устранение капитальных ремонтов;
- восстановление изношенных узлов трения без их разборки;
- широкое использование диагностических средств с целью
оценки фактического состояния машины;
- перевод узлов трения машины на смазывание их металлоплаки-
рующими смазочными материалами;

Общие сведения
483
-в некоторых случаях использование восстановительного
ремонта и замена его комплектационным ремонтом, осуществляемым
сменой износившихся деталей, узлов и агрегатов.
Переход на безремонтную эксплуатацию является комплексной
задачей. Решение этой задачи должно базироваться на следующем:
-переход от планово-предупредительной системы ремонта к
ремонту по техническому состоянию;
-использование всевозможных методов повышения
износостойкости трущихся деталей, основанных на эффекте безызносности
(избирательном переносе при трении), включая конструктивные,
технологические и эксплуатационные методы;
-использование в машине не изнашивающихся фиксирующих
поверхностей трения, служащих при установке сменных деталей;
- использование в машине агрегатного принципа, который
допускает независимую смену изнашивающихся пар трения и узлов.
Приведем некоторые термины, относящиеся к третьей части
книги, взятые из работы П.И. Орлова [4].
Долговечность машины есть общее время, которое она может
отработать на номинальном режиме в условиях нормальной
эксплуатации без существенного снижения основных расчетных
параметров, с учетом всех ремонтов при экономически обоснованной их
суммарной стоимости. Долговечность в наибольшей степени
определяется износостойкостью деталей.
Ресурс долговечности — время работы машины в часах до
первого капитального ремонта.
Срок службы машины - это общая продолжительность
пребывания ее в эксплуатации до полного исчерпания ресурса
долговечности.
Надежность техники — свойство техники в течение заданного
времени сохранять работоспособность, находиться в исправном
состоянии и выполнять установленные функции. Надежность техники
является комплексным параметром, включающим такие показатели,
как безотказность техники, долговечность ее работы,
ремонтопригодность и сохраняемость свойств. Надежность техники зависит как
от качества инженерного проекта и особенностей конструкции, так и
от качества изготовления и эксплуатации техники. На стадии
проектирования и конструирования особое значение для обеспечения
надежности имеют уровень инженерных решений, учитывающих
свойства применяемых физических объектов и конструкционных
материалов, методы и средства защиты от вредных воздействий извне и т.п.
Усложнение конструкций техники обычно снижает ее надежность.
Степень надежности техники определяется уровнем применяемой
технологии, качеством изготовления узлов и деталей, качеством сборки
и контроля продукции. Надежность техники зависит от условий и
интенсивности ее эксплуатации, качества проводимых
профилактических работ и ремонтов, использования диагностических средств
и т.д. [4].
1 I *

484
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В начальный период эксплуатации надежность техники обычно
ниже среднего уровня, поскольку происходит приработка деталей,
выявляются основные недостатки изготовления. Надежность техники
снижается в конце предусмотренного периода эксплуатации, так
как начинают сказываться старение и износ, усталость материала
и т.п.
Определяющую роль в обеспечении надежности техники играют
уровень квалификации, деловые и нравственные качества
разработчиков, изготовителей, пользователей техники, а также соблюдение
ими трудовой и технологической дисциплины.
В 1950-70-е гг. в связи с резким усложнением техники
сформировалась комплексная отрасль науки, изучающая методы и
приемы обеспечения надежности техники - теория надежности. Эта
теория разрабатывает математические методы расчета и
прогнозирования надежности техники, приемы обработки статистической
информации, получаемой в ходе эксплуатации, разрабатывает
структурные схемы устройств повышенной надежности. Недостаточная
надежность приводит к снижению эффективности техники, росту
сферы ее ремонта и обслуживания, к дополнительным расходам сил и
средств.
Качество продукции - совокупность технических,
эксплуатационных, экономических и других свойств, обусловливающих ее
пригодность для удовлетворения определенных потребностей. Требования
к качеству продукции постоянно возрастают под влиянием развития
науки и техники, совершенствования производства, непрерывного
роста потребностей общества, а также в связи с значительным
расширением международных экономических связей, углублением
международной специализации и кооперации. К главным показателям
качества продукции относятся экономичность, производительность,
надежность, долговечность, материало- и энергоемкость машин и
изделий. Качество характеризуется еще эргономическими,
эстетическими и экологическими показателями [4].
Теория долговечности (следовательно и надежности) находится
еще в стадии формирования; ее задачами являются [4]:
-определение технически и экономически целесообразных
лимитов долговечности;
-разработка методов изучения эксплуатации машин
(статистическая обработка эксплуатационной информации);
- изучение эксплуатационных режимов и их влияния на
долговечность машин; типизация спектров эксплуатационных режимов;
-определение степени использования машин в эксплуатации и
соотношения между долговечностью и сроком службы машин;
-диагностика причин изнашивания деталей и их разрушения;
-выявление наиболее изнашиваемых деталей, лимитирующих
долговечность машины в целом;

Общие сведения
485
- разработка методов стендовых и эксплуатационных испытаний
машин, узлов и деталей на долговечность; прогноз
эксплуатационной долговечности машин на основании стендовых испытаний;
-разработка объективных показателей долговечности
выпускаемых машин.
По мнению П.И. Орлова, многочисленность и разнородность
факторов, влияющих на долговечность (технический уровень
эксплуатации, колебания эксплуатационных режимов, качество изготовления
и т.д.), неопределенность многих факторов (рассеивание
характеристик прочности и износостойкости материалов, влияние
региональных и климатических условий и т.п.) заставляют при определении
долговечности прибегать к методам теории вероятности и
математической статистики. Вследствие этого теория не дает однозначного
ответа на вопрос об ожидаемой долговечности, ограничиваясь
установлением функциональных зависимостей вероятности износа и
разрушения от продолжительности и режимов эксплуатации (рис. 1) [4].
Теория может только установить, что вероятная
продолжительность работы машины на данном режиме будет равна 7,2; 10,5 и 15
тыс. ч при вероятности разрушения соответственно 90, 80 и 60 %, или
установить вероятное число остающихся в эксплуатации машин
(процент выживания) после определенных периодов работы [4].
Выводы основываются на изучении находящихся в эксплуатации
машин выпуска прошлых лет и всегда запаздывают, по существу они
Рис. 1. График вероятной долговечности:
/ - вероятный срок службы (процент выживания); 2 - вероятность разрушений; 3 - плотность
вероятностей срока службы

486
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
не приложимы к машинам новых выпусков, подвергаемым
конструктивным и технологическим усовершенствованиям. При прогнозе
долговечности новых машин, являющемся насущной практической
задачей, приходится базироваться на стендовые испытания машин
(или вводимых в них новых узлов).
Таким образом, одним из важнейших разделов теории
долговечности является разработка методов ускоренных испытаний и
корреляция результатов испытаний с эксплуатационными условиями.
Теория долговечности, строящая выводы на статистических
данных, в сущности, пригодна к изделиям массового производства и в
гораздо меньшей степени - к изделиям мелкосерийного, тем более
единичного выпуска. Вообще же, теория долговечности в описанной
выше трактовке исходит из феноменологических позиций, оперируя
цифрами достигнутой долговечности.
Гораздо большее значение имеет разработка методов
повышения долговечности. Здесь на первый план выдвигается задача
изучения физических закономерностей разрушения, износа и повреждения
деталей (в зависимости от вида нагружения, свойств материла,
состояния поверхностей и т.д.). Задачи эти настолько
дифференцированы и специфичны, что вложить их в рамки общей теории
долговечности вряд ли возможно. Они решаются методами триботехники,
теории прочности и, главным образом, целенаправленной
конструкторской и технологической работой над повышением долговечности.
Долговечность машины, как уже указывалось, определяется
износостойкостью ее трущихся деталей. Постепенно развивающийся
износ ведет к общему ухудшению показателей машины, снижению
точности выполняемых ею операций, падению КПД, увеличению
электропотребления и снижению полезной отдачи. С течением
времени износ может перейти в катастрофическую стадию.
Прогрессирующее повреждение поверхностей вызывает поломки и аварии
(разрушение подшипников качения, выкрашивание зубьев зубчатых
колес, заедание подшипников, поломка поршневых колец и т.п.).
Долговечность машины можно искусственно продлить при
помощи восстановительных ремонтов.
В начальный период эксплуатации ремонтные расходы, как
правило, невелики. Затем они скачкообразно возрастают по мере
появления текущих и средних ремонтов и, наконец, достигают
значительной величины, соизмеримой со стоимостью машины, когда машина
подвергается капитальному ремонту. Перед сдачей в капитальный
ремонт должен быть решен вопрос о целесообразности дальнейшей
эксплуатации машины. Если оставить в стороне вопросы
морального устаревания, то экономически целесообразным пределом
эксплуатации надо, по-видимому, считать момент, когда предстоящие
расходы на капитальный ремонт приблизятся к стоимости новой
машины. Выгоднее приобрести новую машину, чем ремонтировать
старую, тем более, что новые машины всегда превосходят по каче-

Общие сведения
487
ству машины, прошедшие ремонт, и тем более, что показатели новых
машин в результате непрерывного технического прогресса всегда
выше показателей старых машин. Вместе с тем, с течением времени
закономерно снижается стоимость новых машин в связи с
неуклонной интенсификацией и совершенствованием производственных
процессов [4].
При решении вопроса о прекращении эксплуатации, кроме того
должна быть учтена суммарная стоимость всех произведенных ранее
ремонтов. В качестве ориентировочного правила можно считать, что
суммарные затраты на ремонт за весь период службы машины не
должны превышать ее стоимости [4].
Главным способом повышения износостойкости при абразивном
износе является увеличение твердости трущихся поверхностей.
Влияние поверхностной твердости на износостойкостьповерхностей,
подвергнутых действию абразива (корунд), показано на рис. 2. За
единицу принята износостойкость поверхности с НУ 500 (НКС 48)» Как
видно из диаграммы, повышение твердости на каждые 500 единиц
ЯК увеличивает износостойкость в 10 раз. Условия опыта
(абразивный износ) отличаются от реальных условий работы смазанных
поверхностей в узлах трения машин. Тем не менее, по мнению
П.И. Орлова, они дают представление об огромном влиянии
твердости на износостойкость.
1000
30 ио 50 60
70ИКС
Рис. 2. Зависимость износостойкости деталей от поверхностной твердости (по
Гудвину)

488
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Современная технология располагает эффективными
средствами повышения поверхностной твердости: цементация и обработка
ТВЧ (НУ 500 - 600), азотирование (ЯК800 - 1200), бериллизация (НУ
1000 - 1200), диффузионное хромирование (НУ 1200 - 1400),
плазменная наплавка твердыми сплавами (ЯК 1400 - 1600), борирование (НУ
1500 - 1800), бороцианирование (НУ 1800 - 2000) [4].
Приведем еще один пример по упрочнению деталей цилиндров и
поршневых колец. Испытания различных вариантов упрочнения
деталей ЦПГ даны в табл. 1 [7].
Таблица 1
Результаты испытаний упрочненных деталей ЦПГ
Метод упрочнения
Средние значения максимального износа
И • 10 \ мкм/км
гильз цилиндров
поршневых колец
Хромирование:
гильз
поршневых колец
Изотермическая закалка гильз
Нормализация колец
Без упрочнения
3,1
7,8
8,6
15,4
16,8
17,4
14,8
37,5
44,0
48,5
Испытания показывают, что хромирование цилиндров
повышает их износостойкость в 3.. .5 раз, а соединенных с ними нехромиро-
ванных колец в 2.. .3 раза. Однако учитывая, что поршневые кольца
карбюраторных двигателей покрыты хромом, а при работе пара хром
по хрому не работает (коэффициент трения 0,08... 1,0), в то же время
хром по чугуну работает хорошо (при аналогичных условиях
коэффициент трения хром по чугуну 0,06.. .0,08), то чугунные гильзы
карбюраторных автотракторных двигателей не хромируют.
Хромируют в основном цилиндры авиационных двигателей. Здесь
поршневые кольца применяют из высоколегированных чугунов [6].
Другим направлением является улучшение антифрикционных
свойств поверхностей путем использования методов, основанных на
эффекте избирательного переноса (ФАБО, металлоплакирующие
смазки, антифрикционные вставки, медьсодержащие чугуны и др.),
осаждении фосфатных пленок (фосфатирование), насыщении
поверхностного слоя серой (сульфидирование), графитом (графитирование),
свинцом (свинцевание) и др. При умеренной твердости такие
поверхности обладают малым коэффициентом трения, высокой
устойчивостью против задиров и схватывания. Эти способы (особенно при
режиме избирательного переноса) увеличивают износостойкость
стальных деталей в 10-20 раз.
Важное значение имеет правильное сочетание твердости парных
поверхностей трения. При движении со средними скоростями под

Общие сведения
489
высокими нагрузками целесообразно максимальное повышение
твердости обеих поверхностей. При этом поверхности трения должны быть
тщательно пригнаны одна к другой и приработаны. В качестве
примера можно привести результаты длительных испытаний (более
1000 ч) пористохромированного подшипника скольжения,
работающего в паре с шатунной шейкой коленчатого вала авиационного
двигателя М-11. Износ трущейся пары по сравнению с традиционной
парой (баббит - сталь) в этом случае был в 3 раза меньше [2].
При движении с большими скоростями в присутствии смазки -
сочетание твердой поверхности с мягкой способствует повышению
антифрикционных свойств. Еще раз подчеркнем, что наиболее
целесообразным является создание на трущихся поверхностях сервовит-
ной пленки в сочетании с серфинг-пленкой, разделяющих
поверхности трения, исключающих непосредственный контакт и
обеспечивающих безызносное трение.
У транспортных машин долговечность составляет 10... 20 тыс. ч
и срок службы 5...8 лет, у стационарных, например машин-орудий, —
50 ... 100 тыс. ч, что при двухсменной работе соответствует сроку
службы 15 - 25 лет, при трехсменной работе — 10.. .20 лет. При таких
сроках службы становится актуальной проблема морального
устаревания.
Вопросы повышения долговечности и морального
устаревания техники тесно связаны между собой. Моральное устаревание
наступает, когда машина, сохраняя физическую работоспособность,
по своим показателям перестает удовлетворять промышленность
в силу повышения требований или появления более совершенных
машин.
Признаками морального устаревания являются пониженные по
сравнению со средним уровнем показатели надежности, качества
продукции, производительности, расхода электроэнергии на единицу
продукции, стоимости рабочей силы при обслуживании и ремонте и,
как общий результат, - сниженная рентабельность машины.
Моральное устаревание не связано с физическим износом.
Рассматривая в настоящее время общее положение дел с
качеством технической продукции в России, нельзя не процитировать
некоторые тезисы из статьи В.А. Бокова, специалиста в области
надежности машин, "Кризис методов обеспечения качества
продукции" [1]:
-качество основной массы продукции нельзя признать
удовлетворительным и соответствующим мировым стандартам:
-рекомендации науки и разработанные на их основе
руководящие документы (ГОСТы, справочники, методические указания и др.)
в основном малоэффективны, так как рассчитаны на узкий круг
специалистов-теоретиков и далеки от практики;
-практические инженерно-технические мероприятия по
повышению качества продукции носят поверхностный характер из-за слабо-

490
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
сти экспериментальной базы и не вскрывают глубинных
первопричин дефектов продукта;
- отсутствует государственная целенаправленная программа
управления качеством, не разработана единая техническая политика
обеспечения качества и нет системы подготовки специалистов.
Необходимость улучшения ситуации с качеством продукции
диктуется, как отмечает В.А. Боков, тем обстоятельством, что, начиная с
1970-х гг. в мировое экономическое развитие вмешались такие
факторы, как энергетический кризис, экологические ограничения и
дефицит трудовых ресурсов, которые свели к абсурду выпуск
низкокачественной продукции. Положение усугубляется ослаблением
координации работ по проблеме качества в связи с изменением
общественного устройства и его демократическим реформированием на пути к
рыночной экономике.
Приведенные пояснения по неудовлетворительному состоянию
качества продукции целиком относятся к развитию и использованию
методов повышения износостойкости машин и механизмов, новых
более эффективных технологических процессов обработки трущихся
деталей, к разработке и применению методов безразборного
восстановления узлов трения и машин в целом.
В связи с этим следует продолжить начатый анализ,
выполненный, В.А. Боковым о кризисе методов обеспечения качества
продукции. Он пишет: " Математический аппарат, предлагаемый для
оценки качества и надежности, доступен из-за своей сложности только
узкому кругу теоретиков и его можно отнести, по справедливому
определению академика Л. Понтрягина, к "математической
мистификации". Этот аппарат создает завесу математической абстракции и
является бутафорией, прикрывающей практическую неэффективность
трудов, посвященных надежности и управлению качеством.
Исходные статистические данные, используемые в расчетах при
оценке или управлении качеством, утеряли первоначальный
физический смысл и связи с законами природы и производства. Это,
например, прямо следует из утверждения, что "предметом математической
статистики является формальная математическая сторона
статистических методов исследования, безразличная к специфической
природе изучаемых объектов" (МСЭ т. 5)".
Наличие кризиса и его углубление, вызванное
принципиальными расхождениями между теоретической и практической сторонами
проблемы качества В.А. Боков объясняет следующими причинами:
- развитие теоретических основ качества и надежности
происходило на волне общей тенденции возрастания роли научных
исследований, в частности математических методов в технике;
-математизация методов обеспечения качества и надежности
облегчала и ускоряла нахождение требуемых зависимостей,
освобождая от затрат усилий и средств на отыскание и исследование
истинных закономерностей, связанных с физической сущностью объектов;

Общие сведения
491
-наукообразие основ управления качеством и надежностью не
позволяло сомневаться в их истинности без риска быть обвиненным
в посягательстве на науку либо просто в безграмотности;
-возможность опоры на "высокую науку", хотя и уводившую в
дебри математической абстракции, формализма и схоластики,
устраивала не только разработчиков теоретических основ, но и
изготовителей продукции, фактически освобождая их от ответственности
за конечные результаты. Кризис поразил, хотя и в меньшей степени,
развитые промышленные страны, за исключением Японии. Годами
упорного труда японские специалисты выбирали из мирового опыта
такие приемы и подходы, которые можно легко применить без
специальной математической подготовки. Это позволило создать и
широко использовать систему, решающую основные проблемы
управления качеством[1].
Несомненно, сказанное относится к развитию и использованию
триботехнических методов повышения качества
машиностроительной продукции. Приведем лишь несколько примеров,
подтверждающих такое мнение. Так, например, в некоторой технической
литературе, изданной за три последние десятилетия, включая учебники и
учебные пособия по трибологии, отсутствуют данные по физике
отказов узлов трения машин, доказательства механизмов отдельных
видов изнашивания и повреждений поверхностей трения методами
электоронной микроскопии, спектроскопии, меченых атомов,
металлографических исследований, рентгеноскопии, использования фото
как объективных документов и т.п. Кандидатские и докторские
работы в некоторых случаях заканчиваются разработкой
математических моделей, из которых не вытекает конкретных, проверенных
на практике, рекомендаций по повышению надежности трущихся
деталей и узлов машин и механизмов. В ряде изданий по триботехнике,
рекомендованных как учебники или учебные пособия, без особого
физического анализа излагаются математические выкладки по
отдельным процессам, разобраться в которых не только студенту, но и
преподавателю затруднительно.
Можно полагать, что с подъемом промышленности и развитием
конкуренции в решении задач по повышению качества
машиностроительной продукции будет востребован прежний арсенал тонких
физико-химических методов исследования поверхностных слоев
трущихся деталей, вновь разовьются лабораторные и стендовые
испытания образцов, деталей и узлов машин.
В будущем при эксплуатации машин найдут более широкое
применение методы повышения износостойкости узлов трения,
основанные на эффекте безызносности. Однако использование таких
методов требует специальной подготовки обслуживающего
персонала, как в части теоретических знаний, так и практических
навыков.

492
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Необходимо обратить внимание на то, что в последние годы в
популярной технической литературе появилось много рекламных
материалов о новых препаратах российского и зарубежного
производства, применение которых в эксплуатации даст потрясающие
результаты по экономии топлива, повышению ресурса и других
эксплуатационных характеристик машин. Некоторые из них не обоснованы
с научной точки зрения, не исследованы и не дают ожидаемых
результатов. Иногда авторы, без проведения необходимых
исследований, ссылаются на эффект безызносности, который якобы
проявляется при применении разработанных препаратов, но на других
принципах, отличных от избирательного переноса (эффекта
безызносности). Поясним это.
Эффект безызносности, как явление природы, может быть
только один так же как нет нескольких эффектов Ребиндера, явлений
сверхпроводимости или сверхпластичности и др. При работе узлов
трения детали могут не соприкасаться между собой (например при
газовой или гидродинамической смазке). В этом случае износ
деталей может быть равен нулю, однако это в научном плане не является
эффектом безызносности. Иногда авторы при экспериментах
вследствие малой чувствительности метода измерения износа его не
улавливают и выдают это как безызносность, не анализируя физических
причин "безызносности".
В связи с изложенным ниже будут даны лишь некоторые
основные аспекты в области проявления эффекта безызносности и его
механизма.
Эффект безызносности. Напомним, что на основе эффекта
безызносности разработаны новые износостойкие материалы,
конструкции узлов трения и смазки, которые позволяют:
-повысить ресурс машин и механизмов;
-снизить расход топлива и смазочных материалов;
-сократить потребление запасных частей, время регламентных
работ;
-в некоторых случаях заменить смазку маслом на смазку водой;
- улучшить эксплуатационные характеристики машины (улучшить
запуск двигателя внутреннего сгорания, снизить трение в
соединениях машины);
-улучшить экологическую обстановку при работе двигателей
внутреннего сгорания;
- без разборки двигателя поднять его эксплуатационные
характеристики и др.
Все это проверено на практике и описано в учебнике [3], а также в
журнальных статьях, сборниках и трудах конференций. Применение
эффекта безызносности в промышленности не требует больших
капитальных затрат и может быть реализовано на любом
транспортном и промышленном предприятии.

Общие сведения
493
Избирательный перенос апробирован и применяется в ряде
отраслей промышленности: авиационная техника, морской флот,
тяжелое машиностроение, легкая промышленность,
железнодорожный транспорт, станкостроение, машины горнорудной
промышленности и др. Однако не стоит упрощать механизм эффекта безызнос-
ности.
К механизму реализации эффекта безызносности при трении в паре
сталь -медный сплав. Рассмотрим реализацию эффекта
безызносности пары сталь - бронза при смазывании ее глицерином.
1. При трении глицерин восстанавливает оксидные пленки на
поверхностях трения медного сплава и стали.
2. Далее глицерин начинает растворять поверхность трения
медного сплава, удаляя с поверхности легирующие элементы: алюминий,
олово, цинк, железо и др.
3. Легирующие элементы медного сплава уходят в смазочный
материал и с лигандами смазочного материала образуют
координационные (комплексные) соединения.
4. Поверхность медного сплава постепенно обогащается
атомами меди. Диффузия легирующих элементов из медного сплава к
поверхности и переход их в смазку происходит до тех пор, пока на
поверхности медного сплава образуется слой медной пленки толщиной
1,5-2 мкм.
5. Медная пленка на поверхности медного сплава переносится на
стальную поверхность и постепенно полностью ее покрывает. Ее
толщина- 1,5-2 мкм.
6. С этого момента растворение медного сплава прекращается -
происходит пассивация поверхности как стали, так и медного
сплава. Начинает работать сервовитная пленка по сервовитной пленке с
малым коэффициентом трения и почти без износа.
Процессы в сервовитной пленке, обеспечивающие ее деформацию
при трении без разрушения.
1. Ушедшие в смазочный материал атомы легирующих
элементов создают в медном сплаве большое количество вакансий,
которые, объединяясь, образуют поры. Поры заполняются смазочным
материалом.
2. Образующиеся при трении в сервовитной пленке дислокации
разряжаются в поры или выходят на поверхность трения. При их
разряжении на поверхности образуется ативный центр с большим
количеством энергии, которая расходуется при подходе молекулы
смазки на ее разложение и образование координационного
соединения.
3. В результате большого числа вакансий и малого количества
дислокаций, которые, образуясь в процессе трения, разряжаются,
параметр решетки меди (сервовитной пленки) намного меньше по
сравнению с чистой медью. Сервовитная пленка представляет собой
полужидкое тело, потому она не наклёпывается и не разрушается.

494
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
4. При определенной насыщенности сервовитной пленки
дислокациями происходит кинетический переход от консервативного
движения дислокаций к переползанию к поверхности, что обеспечивается
наличием большого количества пор, а также вследствие малой
толщины пленки — близостью к поверхности трения и осмотическим
давлением [5]. Навстречу движению дислокаций к поверхности в глубь
пленки движутся вакансии.
5. В случае разрушения сервовитной пленки и образования ее
частиц последние под действием электрических сил двигаются в
зазор и там схватываются с сервовитной пленкой.
6. Поверхность сервовитной пленки весьма активна, так как на
ней нет оксидных пленок. В результате она покрывается толстым
слоем комплексных соединений, которые предотвращают
поверхности от окисления и проникновения диффузионно-способного
водорода. Эту пленку называют серфинг-пленкой; она является
дополнительной защитой поверхностей трения от изнашивания.
Обмен веществам между сервовитной пленкой и смазочным материалом.
1. Образующиеся координационные соединения (комплексные
соединения) в смазочном материале в результате растворения
медного сплава не являются прочными. При повышении давления или
температуры они распадаются на координирующий атом и лиганды.
Координирующий атом соединяется с сервовитной пленкой, а
лиганды остаются в смазочном материале. Цикл образования
комплексного соединения и его распада повторяется.
2. При нормальной работе трущегося соединения соотношение
между образованием координацинных соединений и их распадом
должно быть близко к единице.
3. Имеется возможность заранее вводить в смазочный материал
координационные соединения металлов (меди, олова), что
повышает надежность работы трущегося соединения. На этой основе
создаются металлоплакирующие смазочные материалы, которые
реализуют эффект безызносности.
Диссипативные структуры как результат проявления эффекта
безызносности.
1. Износ деталей машин при граничном трении обусловлен
накоплением дислокаций в поверхностном слое контактируемых
поверхностей, образованием трещин, разрушением и уносом частиц в
окружающую среду. Все это подробно описано в работе [8] Е.М.
Швецовой и И.В. Крагельским. Напомним лишь основные этапы износа
деталей при трении: взаимодействие поверхностей, изменения на
поверхности, разрушение [8]. Дислокации не могут выйти на
поверхность и разрядиться. Этому мешает окисная пленка, всегда
имеющаяся на поверхности, которая сама разрушается в первую очередь.
Энергия трения тратится на упрочнение материала и его
переупрочнение и разрушение, т.е. на увеличение энтропии системы.
Смазочный слой значительно уменьшает износ за счет снижения
молекулярного взаимодействия между трущимися поверхностями, но этот слой

Общие сведения
495
не может исключить пластическую деформацию поверхностного слоя
деталей, здесь не образуются защитные пленки, которые полностью
исключили бы взаимодействие материалов основных деталей.
2. При эффекте безызносности образуются новые структуры,
которые экранируют основные материалы трущихся деталей. Эти
структуры обладают особыми свойствами: они обмениваются с внешней
средой энергией и веществом, деформируясцне разрушаются, их
продукты износа, если таковые по каким-либо причинам образуются, не
уходят в смазочный материал, а втягиваются в зазор электрическими
силами. Благодаря кинетическому переходу движения дислокаций от
консервативного к переползанию, накопления последних не
происходит и трещинообразование в сервовитной пленке отсутствует. Все
это свидетельствует о том, что энергия трения расходуется не на
разрушение поверхности, а на физико-химические процессы, происходящие в
тонком слое трущихсядеталейи смазочном слое, без финального состояния.
Простейшая схема безызносности в узлах трения компрессора
домашнего холодильника.
1. В компрессоре домашнего холодильника трущимися
элементами являются: цилиндр и сопрягаемый с ним поршень; коленчатый
вал и подшипники скольжения; шатун и сопрягаемые с ним шейка
коленчатого вала и поршневой палец. Все детали выполнены из стали.
2. Компрессор работает в тяжелых условиях — постоянные
запуски и остановки, что неблагоприятно отражается на смазочном
режиме подвижных деталей. Смазкой служит маслофреоновая смесь
E0 % масла и 50 % фреона).
3. Компрессоры работают круглые сутки в течение многих
десятков лет без ремонта узлов трения.
4. При длительной работе холодильника в смазочной
композиции накапливается небольшое количество кислот, разъедающих
медные трубки холодильника, по которым движется смесь масла с фреоном.
5. Ионы меди, образовавшиеся в результате растворения медных
трубок в смазке, попадая в зазоры трущихся соединений,
восстанавливаются на стальных поверхностях трения всех деталей и образуют
сервовитную пленку. Она пориста и имеет меньший параметр
кристаллической решетки меди. Толщина пленки 1 - 2 мкм.
6. После того, как поверхности трения стальных трущихся
деталей компрессора покроются медью, трение в соединениях
уменьшается и наступает установившийся режим работы.
7. Образующиеся сервовитная и серфинг-пленки предохраняют
трущиеся детали от износа.
Описанные два примера проявления эффекта безызносности в
паре сталь - медный сплав и в узлах трения компрессора домашнего
холодильника являются достаточными для того, чтобы представить
возможность использования эффекта безызносности в машинах при
их эксплуатации. Здесь имеется в виду использование эффекта
безызносности при ускоренной обкатке двигателей внутреннего сгорания
и при восстановлении машин и механизмов без разборки деталей и узлов.

Глава 1. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СМАЗКИ
И АНТИФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОДШИПНИКОВ
СКОЛЬЖЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
1. Эксплуатационные свойства смазочных масел
Эксплуатационные свойства смазочных масел характеризуют
поведение масла в условиях службы.
Для улучшения эксплуатационных качеств минеральных масел
применяют специальные добавки к ним, именуемые присадками.
Присадки к маслам должны в них хорошо растворяться, не выпадать
в виде осадка, не задерживаться в фильтрах масляной системы. По
целевому назначению присадки бывают:
1) антифрикционные - для стабилизации трения или снижения
его в условиях граничного трения;
2) противоизносные — для предупреждения схватывания
поверхностей в условиях умеренных нагрузок и температур;
3) противозадирные - для предотвращения и смягчения процесса
заедания поверхностей;
4) вязкостные - для улучшения вязкостно-температурной
характеристики масел;
5) депрессорные - для снижения температуры застывания масел;
6) противоокислительные (ингибиторы)-для замедления
процесса окисления масла кислородом воздуха; их применение уменьшает
лакообразование и снижает корродирующие свойства масел;
7) антикоррозионные -для уменьшения коррозионного действия
масел на металлы;
8) моющие - для уменьшения углеродистых отложений на
деталях двигателей;
9) противопенные - для предотвращения вспенивания масел и
быстрого разрушения образующейся пены;
10) металлоплакирующие — для создания на поверхностях
трения сервовитной пленки, снижающей трение, износ и
предохраняющей схватывание поверхностей.
Знание эксплуатационных свойств масел позволяет оценить
степень их пригодности для применения в той или иной машине. К этим
свойствам относятся следующие.
1. Антифрикционные свойства - способность масел снижать
сопротивление трения в условиях граничной смазки, стабилизировать
его, предупреждая скачки при относительном перемещении.
2. Противоизносные свойства характеризуют способность масел
снижать износ. Это снижение происходит за счет образования
прочных граничных пленок на поверхностях трения, окисления маслом
вновь обнажающихся поверхностей в результате износа или
образования на них легко срабатываемых химических соединений, пласти-

Эксплуатационные свойства смазочных масел
497
фицирования поверхностных слоев металлов. Данные процессы были
подробно обсуждены в работе [4].
3. Вязкостные свойства определяют нагрузочную способность
пары при жидкостном и полужидкостном трении. Вязкость масла
является функцией температуры и давления. С возрастанием
температуры вязкость убывает. Наиболее резко вязкость падает в
интервале температур до 60 ° С. Снижение вязкости масла при повышении
температуры неблагоприятно отражается на несущей способности
масляного клина и ограничивает верхний предел температурного
режима работы многих машин. При температуре выше 100 ° С
различие в вязкости нефтяных масел сглаживается, по вязкости они
становятся ближе друг к другу, хотя авиационные масла и в этих условиях
сохраняют наибольшую вязкость.
При снижении температуры нефтяных масел ниже нуля их
вязкость резко увеличивается. При низких температурах в некоторых
маслах выпадают кристаллы парафина, масло превращается в
суспензию, что внешне выражается в аномалии вязкости, заключающейся
в том, что вязкость при данных температурах становится еще
функцией градиента скорости сдвига. В связи с повышением вязкости при
низких температурах ухудшается прокачиваемость масла через
маслопроводы, может стать невозможной смазка зубчатых колес
окунанием, затрудняется слив масла из емкостей, возрастают потери
мощности при запуске машин и увеличивается сопротивление трения в
механизмах управления машинами.
Изменение вязкости от температуры особенно важное для машин,
работающих на открытом воздухе, с большими перепадами
температур, когда перед запуском машины температура масла может быть
на несколько десятков градусов ниже нуля, а рабочая температура
может доходить до 100 °С и выше.
Лучшими вязкостно-температурными свойствами обладают
масла с меньшей зависимостью от температуры. В этом отношении
качество масел селективной очистки значительно лучше масел сер-
но-кислотной очистки. Такие синтетические масла, как полиэтиленг-
ликоль и кремнийорганические соединения (силиконы), обладают
очень хорошими вязкостно-температурными свойствами в широком
температурном интервале, имея температуру застывания ниже
минус 50 °С.
С повышением давления вязкость возрастает. Более чуствитель-
ны к повышению давления высоковязкие масла. Рост температуры
уменьшает влияние вязкости. При высоких давлениях, порядка
200.. .300 МПа, вязкость некоторых нефтяных масел может возрасти
в сотни раз по сравнению с вязкостью при атмосферном давлении.
При дальнейшем повышении давления масло начинает обнаруживать
свойства пластичности и переходит в квази-твердое состояние.
4. Стабильность — это способность масла сохранять свои
физико-химические свойства при хранении и в процессе применения. Так
32 - 2039

498
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СМАЗКИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
как изменение физико-химических свойств в основном связано с
окислением масла под действием кислорода воздуха, то стабильность
представляет собой способность масла противостоять окислению.
Стабильность смазочного масла в масляной системе во многом
зависит от условий службы (температурного режима, кратности
циркуляции, степени засоряемости механическими частицами,
интенсивности изнашивания деталей и т.д.). Для стабильности масла важное
значение имеет глубина его очистки. Поскольку различные группы
углеводородов окисляются по-разному, то стабильность масел
зависит от их состава. Так, парафиновые углеводороды сравнительно
устойчивы при низких температурах и сильно подвержены
окислению при высоких для масла температурах. Нафтеновые масла
содержат весьма устойчивые ароматические углеводороды, которые
способны при определенных концентрациях защищать другие
углеводороды, входящие с ними в смесь.
5. Агрессивное действие масел. Масла могут вызывать
коррозию смазываемых металлических поверхностей и стимулировать
старение резиновых и кожаных уплотнений. Коррозия черных
металлов и медных сплавов происходит при наличии в масле воды, кислот
и активных присадок, содержащих серу. Соответствующим
подбором рецептур резиновых смесей можно нейтрализовать агрессивное
действие масел. Снижение химической активности масел
способствует и сохранности кожи.
6. Эмульгируемость - способность масел к образованию
стойких водомасляных эмульсий. Эмульсия не является стабильной
системой, однако необходимое время для разделения водной и
масляной фаз весьма различается от секунд до многих лет. Чем сильнее
поверхностное натяжение масла и меньше его вязкость, тем быстрее
разделяются фазы, т.е. отстаивается вода.
Полярно-активные вещества адсорбируются как на воде, так и
на масле; они также уменьшают поверхностное натяжение на
границе этих фаз. Поэтому полярно-активные вещества препятствуют
слиянию соприкасающихся капель масла и являются эмульгаторами, т.е.
веществами, повышающими стойкость эмульсии.
Водно-масляная эмульсия по сравнению с маслом обладает
меньшей вязкостью, что ухудшает условия для жидкостного и
полужидкостного трения; ухудшает смазочные свойства поверхностей при
граничном трении; приобретает больший объем, благодаря чему
увеличивается объем масла в картерах и маслосборниках
циркуляционных систем. К тому же вода, выпадающая из эмульсии, способствует
ржавлению деталей из черных металлов, а также вызывает
водородный износ подвижных соединений.
Масла, применяемые в условиях возможного обводнения,
должны обладать слабой эмульгирующей способностью. Этому
требованию должны удовлетворять прежде всего масла для смазки деталей

Эксплуатационные свойства смазочных масел
499
паровых турбин, прокатных станов и других машин, имеющих
подшипники жидкостного трения.
Чтобы не допустить образования эмульсий, применяют
специальные присадки - деэмульгаторы, которые желательны для
вышеуказанных масел и ряда других, в том числе для работающих в
качестве гидравлических жидкостей.
В некоторых случаях, помимо приготовления эмульсий в
качестве смазочно-охлаждающей жидкости при резании металлов, эмуль-
гируемость масла желательна. В закрытых дейдвудных трубах
морских судов необлицованные гребные валы вращаются на
подшипниках, смазываемых циркулирующим маслом гравитационной системы^
при подшипниках качения встречается также струйная смазка;
нарушение плотности кормового уплотнения открывает доступ
забортной воде в дейдвудную трубу и создает опасность коррозионного
повреждения гребного вала. Опасность снижается применением
судового масла, хорошо эмульгируемого морской водой. Другим
примером могут служить специальные масла для цилиндров дизелей,
работающих на сернистых видах топлива. Для нейтрализации
серной кислоты на стенках цилиндров служит щелочной агент,
растворимый в воде, входящий в эмульсию. Вода эмульсии способствует
лучшей очистке стенок цилиндра и лучшему растеканию смазки.
7. Пенообразование. Пена представляет собой соединение
микроскопических пузырьков газа или пара, отделенных друг от друга
пленкой жидкости толщиной около 10 5 см. Пена образуется при
взбалтывании масла и выделении из него находящихся в растворенном
состоянии воздуха, паров и газов.
Все жидкости способны растворять в себе газы в количестве,
прямо пропорциональном давлению на поверхности контакта и
зависящем от свойств жидкости и газа. Воздух, например, при повышении
давления на 1 кГ/см2 растворяется в маслах и смесях минерального
происхождения в количестве до 10 % объема жидкости, азот-до
13 %, углекислый газ - до 85 %. При снижении давления излишки
газа выделяются до наступления равновесия между жидкой и газовой
фазами, причем процесс происходит во много раз интенсивнее
растворения.
Пенообразование может произойти при смазке деталей
окунанием и при стоке масла в маслосборники. Другая возможность пено-
образования обусловлена выделением газов и паров из масла.
При взбалтывании масла, при его разбрызгивании и струйной
смазке высокооборотных деталей в масло заносится воздух, а в
картеры двигателей прорываются газы и пары топлива. В некоторых
подшипниках в слое масла, омывающего цапфу, в ненагруженной зоне
образуется вакуум, в результате чего в масло также подсасывается
воздух.
Выделение воздуха из масла вследствие снижения давления
может произойти во всасывающей полости насоса и на участках масло-
32*

500
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СМАЗКИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
провода, где повышается скорость масла или изменяется
направление его движения. Выделившийся здесь или поступивший вместе с
маслом воздух расширяется, заполняет некоторый объем и в
последующем насос сжимает масляно-воздушную смесь.
С наличием нерастворимого в масле воздуха и с пенообразова-
нием связаны такие отрицательные явления, как:
1) снижение производительности масляных насосов;
2) появление пульсации давления в системе, что исключает
возможность подачи масла равномерной струей к смазываемым
поверхностям;
3) ухудшение смазки вследствие разрыва масляной пленки на
смазываемых поверхностях пузырьками воздуха, что может
привести к опасному местному перегреву;
4) перенос масла пузырьками воздуха через зазоры, сапуны
картеров или маслобаков, что приводит к потере масла;
5) искажение показаний уровня масла в картере, что может
вызвать эксплуатацию машины или механизма при недостаточной смазке;
6) ускорение окисления масла.
Если исключить такие обстоятельства, как расположение
масляного насоса, конструкция маслозаборника и маслопровода, то пено-
образование зависит от качества масла. Моющие присадки в
маслах, обводнение и окисление масла способствуют пенообразованию.
Достаточно наличие ничтожного количества воды в масле — менее
0,1 % по весу,— чтобы проявилась тенденция к пенообразованию. В
коробках скоростей при определенной окружной скорости
независимо от сорта и номинальной вязкости смазки существует область
температур, а следовательно, и рабочих вязкостей, при которых пенооб-
разование наиболее интенсивно. Это связано с противоположным
влиянием температуры на образование и стойкость пены. Стойкость
пены уменьшается с повышением температуры; по имеющимся
данным, температура свыше 70 °С вызывает быстрый распад пены.
Вышеизложенное позволяет объяснить причину, по которой
вспенивание масла при картерной смазке происходит не сразу после пуска
машины, а спустя некоторое время, и прекращение пенообразования
происходит после того, как пройдет некоторый температурный
интервал. Для уменьшения пенообразования применяют противопен-
ные присадки к маслу.
2. Физико-химические изменения
Смазка в работе стареет, т.е. ее первоначальные свойства
изменяются в результате физических и химических процессов, которым
она подвергается. В процессе эксплуатации происходит испарение
преимущественно легких фракций масла; оно засоряется продуктами
окисления, полимеризации, конденсации и распада самого масла,
загрязняется продуктами износа смазываемых поверхностей и пылью
(минеральной, металлической или органической); в двигателях внут-

Физико-химические изменения
501
реннего сгорания масло, кроме того, загрязняется продуктами
неполного сгорания топлива и топливом. В насосах и других машинах не
исключается некоторое загрязнение масла иными жидкостями.
В масло попадают продукты разрушения разнообразных
металлических и неметаллических поверхностей деталей, включающие
частицы уплотнений. Что касается пыли в масле, то природа ее зависит
от типа машины и условий эксплуатации - это может быть пыль
дорожная, угольная, металлическая, от абразивного инструмента, от
добываемых и перерабатываемых строительных материалов, от
сельскохозяйственных культур в процессе уборки, от их обработки и
переработки и т.п.
Как как физико-химические изменения масел связаны прежде
всего с окислением их кислородом воздуха, то под окислением масла
понимают совокупность химических превращений в смазочном
масле в присутствии кислорода. Окисление масла происходит в толстом
слое (в масляных цистернах, баках, маслопроводах, картерах), в
тонком слое (на смазываемых поверхностях) и в туманоподобном виде.
Н.И. Черножуков и СЗ. Крейн [6] установили, что окисление
углеводородов нефти и нефтепродуктов в объеме может происходить
по такой схеме:
Углеводороды
-» Перекиси
—> Фенолы —> нейтральные смолы —»
асфальтены —» карбоны
-» Кислоты -» окиси кислот эстолиды —>
асфальтогеновые кислоты -> карбойды
—> Кетонокислоты -^ продукты конденсации
—>Альдегиды -» кислоты
[Кислоты —» сложные эфиры-н>
Спирты 1_оксикислоты -> эфирокислоты
Смолистые вещества в нефти и нефтепродуктах подразделяются
на следующие.
1. Нейтральные нефтяные смолы - полужидкие, иногда тягучие,
темно-желтые или коричневого цвета вещества, вполне растворимые
во всех нефтяных фракциях.
2. Кислые смолы (асфальтогеновые кислоты и их ангидриды) -
полутвердые или твердые смолистые вещества того же цвета,
нерастворимые в нефтепродуктах, даже в петролейном эфире.
3. Асфальтены - темно-бурые или черные аморфные порошки,
неплавящиеся при нагреве, разлагающиеся при температурах свыше
300 °С на газы и кокс; кроме углерода и водорода содержат до 8 %
кислорода и некоторое количество азота и серы; представляют
продукты уплотнения нейтральных смол; не дают истинных растворов с
нефтепродуктами.
3. Карбены и карбойды — черного цвета вещества, из которых
первые представляют продукты уплотнения асфальтенов, а карбои-

502
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СМАЗКИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
ды - комплекс высокомолекулярных соединений, состоящих в
основном из углерода и содержащих в небольшом количестве водород
и другие элементы. Карбойды не растворимы ни в каких
растворителях. Карбоиды и карбены не встречаются в сырой нефти.
Все эти вещества имеют удельный вес выше единицы; у асфальте-
нов, к примеру, он равен 1,08, у карбенов - 1,28.
При обычных температурах и атмосферном давлении
минеральные масла в объеме (в толстом слое) почти не окисляются, при
повышении температуры окисление ускоряется: изменение
физико-химических свойств при температуре 100 °С исчисляется уже сутками, а
при 250 °С - минутами. Скорость окисления значительно изменяется
в присутствии металлов, особенно их окислов и металлических мыл.
Свинец является наиболее сильным катализатором окисления, за
ним следуют медь и железо. Алюминий почти не оказывает влияния
на процесс окисления. Каталитическое действие других металлов
слабое, они могут даже тормозить окисление. Наличие воды в масле, как
показывают опыты Н.М. Черножукова, делает окисление более
интенсивным.
При определенных условиях соединения меди (в случае
использования их в металлоплакирующих смазочных материалах) могут
тормозить окисление масла [2].
Окисление масла кислородом воздуха в толстом слое не
составляет главной доли. Однако процесс в объеме наиболее изучен и дает
представление о протекании его в других случаях.
Основное окисление масла происходит в тонком смазочном слое,
где масло подвергается высокому давлению и наибольшему нагреву
и где сильнее сказывается каталитическое воздействие металлов, а
также в контакте со стенками маслопроводов. Интенсивное
окисление происходит при большой поверхности соприкосновения масла с
воздухом, при струйной смазке или при смазке окунанием.
Вспенивание способствует окислению. Насыщение масла воздухом,
повышение температуры масла, обводнение в присутствии стали, бронзы,
латуни, баббитов и их продуктов износа стимулируют окисление масла
и в объеме (в толстом слое).
В общей сложности, продуктами окисления масел являются
спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, сложные эфиры, смолы, асфальте-
ны, карбены и карбоиды. Образование тех или иных продуктов
окисления и количественное соотношение между ними зависит от
химического состава масла, от строения его углеводородных групп,
продолжительности окисления, кратности циркуляции масла в системе,
режима трения, материалов трущихся поверхностей, обводнения
масла, взаимодействия с горячими газами и некоторых других факторов.
В результате окисления масло претерпевает следующие
изменения:
1. Изменяется его химический состав;

Физико-химические изменения
503
2. Увеличивается содержание исходных смолистых веществ,
заново образуются другие;
3. Повышается плотность и температура вспышки, масло
приобретает более темный цвет;
4. Увеличивается вязкость, которая может намного превысить
исходную в связи с образованием или увеличением содержания ас-
фальто-смолистых веществ в масле.
Повышение вязкости является фактором, благоприятным для
усиления гидродинамического действия масла и повышения
нагрузочной способности смазочного слоя. Вместе с тем возрастают потери
на перемещение по маслопроводам, а при смазке окунанием - на
размешивание. Из-за увеличения внутреннего трения масла может
повыситься его средняя температура, что усилит окисление. В
быстроходных машинах, где повышение вязкости масла связано с
возможным сильным перегревом поверхностей трения, ограничивают рост
вязкости. Так, в паровых турбинах допускается вязкость
отработавшего масла не более 25 % сверх нормы для свежего.
В двигателях внутреннего сгорания старение масла происходит
более интенсивно, чем в других машинах. Масло не только
окисляется и обводняется, но и загрязняется топливом и продуктами его
окисления и распада. Поэтому плотность и вязкость масла в системе
могут увеличиваться, уменьшаться или оставаться без изменения в
зависимости от степени окисления масла и степени разжижения масла
фракциями топлива;
5. Образуются нафтеновые кислоты, химический состав которых
может быть весьма различным. Их образование отмечается
увеличением кислотного числа, так как продукты окисления сами по себе
оказывают каталитическое действие. Сезонные изменения
температуры могут заметно влиять на интенсивность окисления масел в
масляных системах машин высокой теплонапряженности. К концу
летнего периода кислотное число в таких случаях оказывается выше, чем
к концу зимнего периода, при прочих равных условиях.
Несмотря на слабо выраженные кислотные свойства,
нафтеновые кислоты оказывают корродирующее действие на свинец, цинк,
кадмий, образуя металлические мыла, которые могут выпадать в виде
осадка. На черные металлы эти кислоты практически не действуют,
алюминий на них практически не реагирует^
6. Образующиеся кислоты и смолы, являясь полярными
соединениями, улучшают смазочную способность масел в области
граничного трения;
7. Смолистые и углистые вещества, как продукты
полимеризации масел при их окислении, выделяются в раздробленном
дисперсном состоянии. В таком же состоянии выпадают в масло и продукты
износа, а также посторонние механические частицы. Во взвешанном
состоянии находится и вода в масле. Поэтому работавшее масло
представляет собой ряд дисперсных систем с различной степенью диспер-

504
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СМАЗКИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
сности. Смолы диспергируются до молекул, углистые частицы дают
более грубые дисперсные системы.
Часть смолистых веществ растворяется в масле, образуя
истинные растворы; остальная часть и углистые вещества входят в
коллоидный раствор или образуют суспензию (взвесь). Не
растворяющиеся в маслах смолы, асфальтены, карбены и карбоиды, к которым
присоединяются оксикислоты, могут выпадать из масла в виде осадка;
для этого требуется некоторая концентрация этих веществ.
Смолистые вещества могут откладываться и на поверхностях трения.
Причины обводнения масла в смазочных системах следующие:
1. Выделение воды в результате разложения углеводородов
масла в процессе старения;
2. Прорывание пара через уплотнения. В паровых турбинах пар
проникает через лабиринтные уплотнения - при отсутствии или
неудачно поставленных отбойных щитках - в стулья подшипников, где
конденсат смешивается со смазочным маслом. Аналогичное
происходит и в турбонасосах. В подшипники может попасть также пар на
стоянке машины через неплотности пускового вентиля;
.3. Попадание воды через уплотнения. В систему смазки машины
вода может попасть там, где она применяется по ходу
технологического процесса, как, например, в прокатных станах, где водой
сбивают окалину с прокатываемого металла; в металлорежущих станках,
где водные растворы и эмульсии служат для охлаждения
инструмента, в бумагоделательных машинах, с сеточной части которых
удаляется вода, находившаяся первоначально в волокнистой суспензии.
Вода в масло может попасть изнутри самой машины или аппарата,
как, например, к подшипникам через сальниковые уплотнения
водяных насосов или через прокладки головок цилиндров.
В судовых силовых установках обводнение масла иногда
происходит в маслосборной цистерне, расположенной во втором дне,
через неплотности системы охлаждения или циркуляционной системы
и неплотности настила машинного отделения;
4. Конденсация попавшей из атмосферы влаги в условиях
высокой влажности в картерах, корпусах редукторов и т.п. при стоянке
машины, в баках и цистернах ("отпотевание" стенок);
5. Частичная конденсация водяного пара, входящего в состав
продуктов сгорания и прорывающегося вместе с ними в картеры
двигателя внутреннего сгорания.
В результате сгорания 1 кГ бензина или дизельного топлива
образуется приблизительно 1,3 кГ водяного пара. При хорошем
уплотнении рабочего пространства лишь небольшая часть пара
прорывается в картер. С изнашиванием поршневых колец и стенок
цилиндров проникновение отработавших газов в картер увеличивается. В
недостаточно прогретом двигателе пар конденсируется на холодных
стенках цилиндра, и вода, смешиваясь с маслом, также в небольшом
количестве попадает в картер.

Физико-химические изменения
505
По данным Л.И. Парадашвили, относящимся к автомобильным
двигателям, содержание конденсата водяных паров в работавшем
масле составляет после 100 ч работы двигателя при средней
температуре стенок цилиндров 40 °С на богатой смеси при коэффициенте
избытка воздуха а = 0,95-24,4 %, на нормальной смеси при а = 0,95—
12,0 % и на бедной смеси а = 1,15 — всего 0,8 %. Напомним, что
карбюраторные двигатели развивают наибольшую мощность при
недостатке воздуха в рабочей смеси, когда а = 0,8.. .0,9, в связи с большой
скоростью сгорания, наибольшая же экономичность достигается на
бедной смеси при а = 1, 05... 1,15. В дизелях а = 1,2... 1,5, поэтому
обводнение масла меньше.
Здесь не рассматривались случаи обводнения масла из-за
образования трещин в головках или блоках цилиндров двигателей
внутреннего сгорания и трубах маслоохладителей и т.п.
Вода в масле ухудшает его смазочные свойства, усиливает в
присутствии металлов-катализаторов окисление масла и создает
опасность корродирования поверхностей деталей. Рабочие поверхности
некоторых деталей, например шеек валов, при наличии в масле
пресной воды темнеют, при наличии соленой воды заметно
корродируют. Предупреждение коррозии производится не только для
повышения износостойкости пар трения. Корродирование, например, бойка
предельного регулятора турбины может повлиять на безотказность
его работы, и в связи с этим скорость ротора может превысить
предельно допустимую [5].
Вода в масле или топливе - одна из основных причин
водородного изнашивания деталей.
Рис.1.1. Образование ледяных пробок в сверлениях шатунной шейки:
/ - шатунная шейка; 2 - масло; 3 - ледяная пробка

506
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СМАЗКИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Вода в масле циркуляционной системы транспортных
двигателей может стать причиной серьезных неисправностей в зимнее
время. Масляные фильтры могут оказаться закупоренными льдом, а
масляный насос может прекратить подачу масла вследствие
обмерзания сетчатых фильтров. Это относится в первую очередь к
автомобильным двигателям, где находящееся в нижнем картере масло
подвергается интенсивному охлаждению при движении автомобиля. Этим
объясняются нередко наблюдаемые случаи выплавления в холодную
погоду подшипников коленчатых валов этих двигателей. В
двигателях с внутренними полостями в коленчатых валах вода, попадая
вместе с циркулирующим маслом во внутренние полости шатунных шеек
и имея большую плотность, чем масло, сепарируется и
накапливается здесь во время работы двигателя. Если после остановки двигателя
шатунная шейка, в которой накопилась вода, займет положение выше
коренных шеек, то вода, отстоявшись во внутренней полости шейки
(рис. 1.1), заполнит соединительные каналы в щеках, где при
охлаждении двигателя образуются ледяные пробки [1].
В этом случае при пуске двигателя, если не будут приняты пред-
варительнве меры для оттаивания пробок, часть коленчатого вала
окажется отключенной от системы смазки [1].
3. Отложения на деталях и в системе смазки
Отложения на деталях и в системе смазки образуются в
результате старения масла, а в двигателях внутреннего сгорания, кроме того,
в результате наличия продуктов разложения и неполного окисления
топлива. Хотя эти отложения не являются полностью
углеродистыми, но они получили такое наименование.
Углеродистые отложения в двигателях разделяются на три вида:
нагар, лак и осадки (шлам). Для нагара характерен черный цвет, но
он может быть белого, оранжевого, коричневого и других цветов, имея
различную структуру, - плотную, рыхлую или пластинчатую. Нага-
рообразование, кроме двигателей, возможно и в других машинах.
Лак представляет собой тонкий слой твердого или клейкого
углеродистого вещества от коричневого до черного цвета. Лаковые
отложения в двигателях на боковой и внутренней поверхностях
поршня, на шатуне и поршневых пальцах объясняются тем, что масло в
тончайшем слое при повышенной температуре на металлической
поверхности в присутствии кислорода подвергается полимеризации и
уплотнению. Такова же природа процесса лакообразования на
штоках клапанов, пальцах прицепных шатунов, коренных и шатунных
подшипниках авиационных поршневых двигателей, а также
подшипниках качения турбореактивных двигателей. Этот процесс
протекает, хотя и с меньшей интенсивностью, в подшипниках и на шейках
валов менее теплонапряженных автотракторных, тепловозных и
судовых двигателей, а также на деталях других машин с невысокой

Физико-химические изменения
507
объемной температурой, как, например, на бронзовых подшпниках
шпинделей металлорежущих станков. При неудовлетворительной
работе системы охлаждения компрессоров образуются лаковые
отложения на клапанах, поршневых кольцах цилиндров и пластинах
ротационных компрессоров. В опытах СВ. Венцеля [3] над возвратно-
поступательной парой из цилиндра и кольца наблюдалось
образование отложений при средней объемной температуре металла до 70 °С
и масла до 50 °С.
Если лаковые отложения на поршне могут привести к его
перегреву вследствие ухудшения условий теплоотвода и к заклиниванию
поршневых колец в канавках поршня, то отложения на рабочей
поверхности подшипников можно рассматривать как положительный
фактор уменьшения износа и повышения противозадирной
стойкости сопряженной пары. Некоторые исследователи утверждают, что
всякий хорошо приработавшийся подшипник обычно покрыт
полимерными образованиями.
В картерах двигателей, шестеренных и клапанных коробок, в
корпусах редукторов, на коленчатых валах, в баках, маслосборниках и
во всей масляной системе обнаруживаются при работе машин липкие
осадки или так называемый шлам. Шлам - это тестообразное или
полутвердое вещество от светло-коричневого до черного цвета,
состоящее из жидкости и нерастворимых в ней веществ, загущающих
ее в эмульсию или суспензию. В масляной системе шлам состоит из
масла, нерастворимых в нем смолистых веществ и других продуктов
окисления масла, воды и твердых частиц в масле. Соответственно
условиям образования шлам может содержать большое количество
смол и быть почти свободным от воды и углистых частиц, и
наоборот, он может содержать много воды, образующей эмульсию в
масле, и твердых частиц, в том числе кокса, при незначительном
количестве смолы. Разумеется, возможны и другие соотношения.
Таблица!. 1
Состав осадка в системах смазки паровых турбин

Мощность

турбины,
кВт
Время

работы, ч
Содержание, %

карбоны,
асфаль-
тены
и пр.

смазочные
масла
вода

кремний

окислы
железа

окислы
меди

окислы

кальция

окислы
цинка

сульфаты

хлориды
10000 54 35,92 35,70 21,70 0,36 1,92 0,69 Следы 2,21
56 7,3 80,07 8,55 0,37 1,68 1,56 - 0,44 0,10 -
20000
74 9,3 51,9 24,37 1,4 11,1 1,2 - 0,3 0,4 0,1
Шлам в картерах автомобильных двигателей состоит на 50 -
70 % из масла, на 5 -15 % из воды, а в остальном из горючего,
продуктов окисления масла и твердых частиц. В состав осадка систем

508 ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
смазки паровых турбин входят масло, нерастворимые продукты
окисления, вода, кремний, окислы железа, меди, цинка, сульфаты и
хлориды. Количественное содержание осадка в системе смазки паровых
турбин по данным Олд и Николсона представлено в табл. 1.1.
Шлам может встречаться в виде отдельных сгустков, плавающих
в масле или, в исключительных случаях, в виде больших комьев.
Шламообразование, связанное с интенсивным старением масла,
существенно зависит от температуры последнего. Обводнение
смазки, засорение ее механическими частицами, в особенности
мельчайшими, являющимися эмульгаторами, частичное или полное
засорение сапуна в двигателях внутреннего сгорания способствуют
образованию шлама. Накопившийся шлам забивает фильтры,
маслоохладители и полости центрифуг, уменьшает пропускную способность
масляных каналов. Забивка шламом приемника масляных насосов
может полностью нарушить работу масляной смстемы. При
центробежной очистке масла в полостях шатунных шеек коленчатых валов
отделившийся шлам освобождается от жидкой фазы и
спрессовывается. Эти отложения могут ограничивать ресурс двигателя.
Отложения смолистых веществ из рабочей жидкости
гидравлических систем на детялях прецизионных золотниковых пар могут
привести к временному зависанию золотниковых пар или к полному
заклиниванию пары.
4. Изменение антифрикционных свойств подшипников
скольжения при эксплуатации
При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания происходит
неизбежное попадание на рабочие поверхности подшипников
твердых частиц в виде песка или пыли, продуктов износа (металлических
частиц), продуктов коксования масла (твердых углистых частиц) и
др. Попадание твердых частиц на мягкую заливку подшипника
существенно влияет на его работу не только в начальный период, но и в
течение всей эксплуатации двигателя. Причиной большего износа
шеек коленчатых валов автомобильных двигателей по сравнению с
износом их подшипников, являются именно эти мелкие твердые
частицы, содержащиеся в автомобильном картерном масле. Эти
частицы во время работы попадают в подшипник скольжения и некоторое
количество их остается на его поверхности. Способность
подшипникового материала работать со смазкой, содержащей абразивные
частицы, является важной его эксплуатационной характеристикой,
имеющей большое практическое значение. Это значение возрастает
при уменьшении толщины заливки подшипника и при повышении
твердости подшипникового материала.
Исследования американских ученых по оценке
работоспособности подшипниковых материалов при смазке, содержащей абразивные
частицы, свидетельствуют, что при попадании абразивных частиц в

Изменение антифрикционных свойств подшипников скольжения
509
подшипник происходит резкое повышение его температуры. Степень
повышения температуры находится в линейной зависимости от
концентрации абразива в смазке. При этом для каждого
подшипникового материала имеется критическая величина концентрации абразива,
при которой подшипник немедленно выходит из строя. Величина
износа цапфы также находится в линейной зависимости от
концентрации абразива. Для абразивных частиц большего размера, чем
номинальная толщина масляного слоя, повышение температурного
режима подшипника пропорционально номинальному размеру частиц.
При увеличении толщины заливки подшипника степень подъема
температуры подшипника при попадании в него абразива резко
снижается и при дальнейшем увеличении асимптотически приближается к
прямой линии, имеющей малый угол наклона к оси абсцисс. В том
случае, когда толщина заливки существенно меньше, чем
номинальный размер абразивных частиц, основной материал подшипника
существенно влияет на работоспособность подшипника. Так, например,
при основном металле - меди, происходит большее повышение
температуры, чем при основном металле — алюминии.
В некоторых случаях для улучшения работы твердых
подшипниковых материалов, когда при эксплуатации неизбежно попадание в
смазку абразивных частиц, прибегают к изготовлению "сетчатых"
подшипников с заполнением углублений "сетки", образованной из
твердого материала, мягким антифрикционным металлом, например
баббитом. Такая конструкция облегчает работу подшипника при
попадании абразивных частиц. Испытания показали, что если
чистая медь при попадании абразива дает увеличение температуры
подшипника на 1800 °С в минуту (получено путем интерполяции), то
"сетчатый" подшипник с углублениями, заполненными баббитом при
тех же условиях испытаний, дал увеличение температуры всего на
36 °С в минуту. Различные подшипниковые материалы обладают
разной работоспособностью при смазке, содержащей абразив.
Наиболее чувствительными являются медь и свинцовистая бронза. Мягкие
покрытия на твердых подшипниковых материалах увеличивают
работоспособность подшипника при смазке, содержащей абразив.
Как уже упоминалось, при эксплуатации двигателей в верхний
слой материала подшипника впрессовываются твердые частицы,
оказывающие влияние на его работоспособность на протяжении всего
ресурса. В практике ремонта мощных тяжелонагруженных
авиационных поршневых двигателей с бронзовыми подшипниками
естественно возникает вопрос о том, насколько снижаются
антифрикционные свойства подшипников за период их эксплуатации и не может
ли вследствие снижения антифрикционных свойств произойти
заедание или выход их из строя при повторном использовании. В связи с
этим были проведены испытания образцов из вкладышей
подшипников, залитых свинцовистой бронзой, бывших в эксплуатации
(проработавших более 300 ч),и новых вкладышей. Исследованию подвер-

510 ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
гались образцы вкладышей со свинцовым покрытием и без него в
условиях граничной смазки (фитильная подача смазки). Поверхности
трения образцов, вырезанных из вкладышей, бывших в
эксплуатации, не повреждалась. Поверхности стальных образцов, вырезанных
из материала коленчатого вала, зачищались наждачной шкуркой №
400 и промывались бензином. Один и тот же режим зачистки
сохранял постоянную величину шероховатости рабочей поверхности
стального контртела.
Химический анализ поверхностей трения вкладышей из
свинцовистой бронзы, проработавших длительное время на двигателе,
проводили послойно. С рабочей поверхности двенадцати вкладышей
острым шабером снимали тонкий слой, который подвергали
химическому анализу на содержание железа и алюминия. Затем снимали
второй слой и также определяли содержание железа и алюминия.
Проведенные исследования позволили сделать следующие
выводы.
1. Коэффициенты трения образцов из вкладышей (свинцовистая
бронза), выработавших ресурс, при трении по стали выше (на 25—
30 %) по сравнению с образцами из новых вкладышей как
освинцованных, так и не освинцованных.
2. Период приработки образцов из вкладышей, выработавших
ресурс, больше (на 25—30 %) по сравнению с образцами из новых
освинцованных и не освинцованных вкладышей.
3. При резком увеличении нагрузки (в период приработки)
заедание образцов из вкладышей, выработавших ресурс, происходит при
более низкой нагрузке, чем образцов из новых освинцованных и не
освинцованных вкладышей.
4. Химический состав верхнего слоя свинцовистой бронзы
вкладышей, выработавших ресурс, отличается от химического состава
новых вкладышей; в нем содержится до 2,37 % железа и до 2,5 %
алюминия. По техническим условиям допускается в новых вкладышах
железа не более 0,3 % и алюминия 0,02 %.
Выполненные исследования позволили скорректировать режимы
приработки двигателей, прошедших капитальный ремонт, с
вкладышами коленчатого вала^установленными повторно.

Глава А. ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
1. Обкатка машин
Как новая, так и отремонтированная машина или силовой
механизм перед вводом в нормальную эксплуатацию в соответствии с
паспортными данными должны пройти обкатку. Назначение обкатки -
приработка в едином комплексе всех пар трения, входящих в состав
машины.
Погрешности сопрягаемых поверхностей деталей и неточности
взаимного расположения рабочих поверхностей в соединениях
обусловливают весьма малую фактическую площадь контактирования
деталей. Приложение эксплуатационных нагрузок к деталям при
таком контактировании их поверхностей привело бы при работе
машины к быстрому перегреву во многих парах и заеданию в них. Обкатка
машины или механизма подготавливает их к восприятию
эксплуатационных нагрузок при соответствующих скоростных режимах.
Во время обкатки должна быть реализованы два процеса:
а) износ поверхностей на вершинах волн шероховатости и на
участках, где исходные технологические неточности, дефекты
монтажного происхождения, силовые тепловые деформации препятствуют
распространению пятна контакта до проектного;
б) ликвидация исходной шероховатости поверхности и
формирование новой, с определенными параметрами и направленностью,
характерными для каждой поверхности трения при работе машины
на эксплуатационном режиме наибольшей длительности.
Первый процесс можно назвать макрогеометрической
приработкой, второй - микрогеометрической. Микрогеометрическая
приработка проходит сравнительно быстро. У автомобильных двигателей
на это требуется 1 -2 ч, между тем как полная приработка двигателя
типа ЗИЛ на обычном масле без приработочных присадок длится 35-
40 ч, полная обкатка тракторных двигателей по некоторым режимам-
50 - 60 ч [22]. Значительные технологические дефекты изготовления
деталей и сборки машины и конструктивные недочеты в обеспечении
хорошего взаимного прилегания поверхностей не могут быть
устранены при обкатке и даже при работе машины в течение
межремонтного перида.
Приработка протекает на отдельных участках в режимах
полусухого, граничного и полужидкостного трения. При этом
происходит повышенное накопление продуктов износа. Возможно отделение
крупных частиц при выкрашивании и срабатывании наиболее
выступающих неровностей. Поэтому желательно при стендовой обкатке
машин, в зависимости от их типа и масштабов производства, иметь
специальную циркуляционную систему смазки с усиленной фильтра-

512 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
цией для предохранения поверхностей трения от повреждения
продуктами износа и вынужденной необходимости в связи с этим
удлинить время приработки. После приработки масло в картерах и
остальных элементах системы загрязняется, и его следует считать
отработанным. Слив масла для лучшего удаления отстоя и загрязнений
производят, когда масло достаточно прогрето. Картер промывают
маловязким маслом или смесью масла с керосином; двигатель при
этом проворачивают.
Масляные фильтры и отстойники промывают керосином или
другой промывочной жидкостью. Промывка трущихся поверхностей
керосином после обкатки недопустима: керосин смывает масляную
пленку и после пуска машины поверхности будут кратковременно
работать всухую. Разборка узлов трения по окончании стендовой
обкатки для контроля деталей требует в дальнейшем
дополнительной обкатки.
Критерии оценки окончания приработки:
а) переход на прямолинейный участок кривой износа (можно
установить по определению железа в масле);
б) достижение минимума мощности, потребной на холостой ход
машины;
в) стабилизация момента трения и температуры;
г) достижение наибольшей эффективной мощности двигателя при
заданной скорости;
д) достижение определенной степени прилегания
контактирующих повехностей.
Длительность обкатки определяется начальной шероховатостью
трущихся поверхностей, точностью обработки деталей и их сборки,
материалом деталей наиболее напряженных пар трения и зависит от
эксплуатационных режимов работы машины, от режимов обкатки и
от свойств смазки.
Под режимом обкатки понимают последовательность и
длительность нагружения машины при соответствующих скоростных
режимах. Обкатку машины начинают с холостого хода на малых
скоростях. Холостой ход используют также для проверки исправности всех
устройств и систем. Если при нормальной эксплуатации машины
некоторые узлы трения работают при повышенных температурах, то
при обкатке должен быть этап, соответствующий такому тепловому
режиму машины. Поэтому обкатка, например, автотракторных
двигателей складывается из холодной (с приводом от постороннего
источника) и горячей. Режим горячей обкатки под нагрузкой иногда
относят к испытаниям.
Обкатка является заключительным звеном в технологической
цепи производства или ремонта. С этой точки зрения обкатка новой
машины должна была бы завершиться полностью на
заводе-изготовителе или ремонтной базе. Это легко выполняется, например, для
станочного оборудования и редукторов общего назначения. Метал-

Обкатка машин
513
лорежущие станки после ремонта испытывают на холостом ходу,
пуская последовательно станок на всех скоростях и подачах и оставляя
его работать на максимальной скорости 1,5.. .2 ч. Затем станок
испытывают под нагрузкой, обрабатывая образцы. Здесь обкатка
совмещена с испытанием и она непродолжительна. Машины, требующие
много времени на обкатку, на стенде обкатывают только частично,
перепоручив эксплуатационному персоналу дообкатку в условиях
службы при регламентированных ограниченных нагрузках и
скоростях, что характерно для автотракторных двигателей. Машины
обкатывают полностью в эксплуатационных условиях, если по габаритам
или другим причинам невозможно это выполнить в заводских
условиях. Для транспортных машин предусмотрен обкаточный пробег при
регламентированных предельных величинах нагрузки и скорости.
Механизмы, проходящие стендовую обкатку, подлежат большей или
меньшей длительности дообкатки в составе машины в зависимости
от различий в силовых воздействиях в той или другой обстановке.
Планируемая эксплуатационная обкатка встречает иногда
затруднения в осуществлении. Тракторы для сельскохозяйственных
работ ремонтируют зимой, и в начале весенних работ трудно
исключить полную нагрузку на отремонтированный двигатель.
В машинах индивидуального производства в процессе обкатки
нередко выявляется необходимость в дополнительных пригоночных
работах.
Различные варианты режимов обкатки связаны с различной их
продолжительностью и дают неодинаковую величину первичного
(приработочного) износа. В результате обкатки могут произойти
некоторые изменения физико-механических свойств материала
приповерхностного слоя, затронутого приработкой. Последнее
обстоятельство не может иметь существенного значения в парах трения
скольжения при допустимых величинах линейного износа порядка 50 мкм.
Оптимальный вариант режима обкатки машины должен
удовлетворять требованиям наименьшего первичного износа трущихся
частей, минимальных затрат времени и средств. Особую важность
приобретает изыскание оптимального режима обкатки двигателей
внутреннего сгорания, как наиболее распространенных машин,
имеющих большое число узлов трения скольжения с тяжелыми
условиями работы. Вопросам обкатки этих машин посвящены многие
исследования [2, 12, 18, 19].
Режим обкатки нельзя рассматривать изолированно от
применяемых для приработки масел и топлив. Свойства смазочного вещества
при обкатке, как и при любом режиме трения смазанных
поверхностей, имеют существенное значение. Маловязкие масла, проникая
через узкие щели, лучше, чем консистентные смазки, отводят тепло от
поверхностей трения, лучше смывают с рабочих поверхностей
образовавшиеся продукты износа, фильтрация таких масел и выделение
из них загрязнений облегчены.
33 - 2039

514 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Распространены рекомендации о применении для обкатки
смазочных масел в 2 -3 раза меньшей вязкости по сравнению с маслами,
применяемыми в процессе эксплуатации для данной машины.
Режимы обкатки при этом подбираются такими, чтобы было исключено
заедание трущихся узлов. В практике обкатки автотракторных
двигателей применяют масло веретенное 2 или веретенное 3, дизельное
топливо в чистом виде или в смеси с маслом, на котором работает
двигатель. Нижний предел вязкости масла назначается таким, чтобы
была обеспечена достаточная его подача насосом для охлаждения
поверхностей [17].
Для сокращения времени обкатки применяют присадки к маслам,
позволяющие форсировать режим. При этом обкатку часто ведут на
маслах требуемой в эксплуатации вязкости, поскольку при
повышенном температурном режиме масло разжижается. Присадками к
маслам при обкатке могут служить: поверхностно-активные вещества и
их металлические мыла; органические соединения серы, хлора,
фосфора и других активных компонентов; органозоли. В последнее
время для обкатки стали применять металлоплакирующие присадки.
В основе действия поверхностно-активной смазки лежит механизм
адсорбционного пластифицирования. При невысоких давлениях в
контакте смазка, образуя прочный адсорбированный слой,
разделяет поверхности трения и уменьшает износ. На неприработанных
поверхностях, где развиваются высокие местные давления, смазка
пластифицирует металл, ускоряет износ [10].
Действие серо-, хлор-, фосфорсодержащих и аналогичных им
присадок основано на образовании легко срабатываемых пленок,
образующихся в результате химического взаимодействия активного
элемента с металлом детали. Из указанных элементов сера является
наиболее активной и наиболее доступной, поэтому серосодержащим
присадкам было уделено наибольшее внимание. Установлена
эффективность органических присадок ди- и поли сульфидов [22].
Серосодержащие масла образуют различного состава сульфиды железа, меди,
алюминия, олова, сурьмы, магния и ускоряют образование окислов
железа. На меди и сплавах на ее основе образуется сплошная
сульфидная пленка относительно большой толщины. Сера, проникая в
межкристаллитные границы и микротрещины поверхностных слов
стальных и чугунных деталей, действует как поверхностно-активное
вещество.
Органозоли - это коллоидные системы, состоящие из
дисперсной среды и дисперсионной фазы. Если дисперсной фазой является
металл, то получают органозоли металла. Последние по сути
представляют собой высокодисперсные металлические частицы в
органической среде (масле, керосине) при наличии в ней
поверхностно-активных веществ. Органозоли железа получают по способу М.Л. Ба-
рабаша и Э.М. Натансона [3]. Наибольший размер частиц 0,1 мкм,
строение их дендритное. Они несут ежеподобный адсорбированный
слой молекул поверхностно-активного вещества. Такая присадка про-

Обкатка машин
515
изводит пластифицирующее действие и образует на поверхности
трения прочные полимолекулярные слои смазки. Широкие
исследования были проведены по приработке на органозолях железа
автомобильных двигателей [3].
Промывка после стендовой обкатки поверхностей трения не
удаляет с них органозоли и активные вещества из осерненного масла. В
силу этого благоприятное действие присадок продолжается какое-то
время и после обкатки. Что касается приработки механизмов с
высшими парами, то в одних случаях металлические мыла
поверхностно-активных веществ и осерненные масла находят применение для
обычной смазки зубчатых передач, в других только для приработки.
Заметим, что фрикционные пары тоже требуют приработки для
лучшего прилегания поверхностей, а в некоторых случаях для
создания на поверхности рабочего слоя нужного качества, как, например,
при ретинаксовых накладках.
Для облегчения приработки иногда практикуют травление шеек
коленчатых валов на глубину 1-3 мкм. Некоторые заводы
производят травление цилиндров крупных двигателей. Однако наиболее
прогрессивным методом улучшения приработки цилиндров является
процесс ФАБО.
2. Ускоренная обкатка отремонтированных
автотракторных двигателей
Технология ускоренной обкатки отремонтированных
автотракторных двигателей разрабатывалась учеными Московского
государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина и
Санкт-Петербургского технологического института и опубликована
в ряде работ [2, 18, 19]. Технология основана на том, что процесс
обкатки рассматривается не только как износ вершин шероховатостей
поверхностей трущихся деталей, но и как процесс "питания"
поверхностей мягким пластичным металлом (в данном случае медью или
оловом ), который реализуется при эффекте безызносности.
При наличии на трущихся поверхностях мягкого металла
ускоряется их приработка, ликвидируется возможность задиров,
уменьшаются силы трения и, что самое главное, снижается в несколько раз
приработочный износ, а следовательно, увеличивается ресурс
отремонтированного двигателя.
В процессе приработки, как известно, изменяется исходная
шероховатость поверхности и формируется новая, с определенными
параметрами и направленностью, характерными для каждой
поверхности трения при работе машины на эксплуатационном режиме. Это
требует определенного времени работы машины. При режимах
обкатки двигателя с применением масел с металлоплакирующими
медьсодержащими и оловосодержащими присадками в полной мере
этого не требуется, так как в результате образования сервовитной плен-
33*

516 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
ки ускоряется образование определенной структуры
поверхностного слоя. Сервовитная пленка заполняет неровности, выравнивая по-
верх-ность, увеличивая фактическую площадь контакта.
В ранее применяемых технологиях обкатки, которые заключались
в ускорении срабатывания микронеровностей поверхностей трения,
образовывалось большое количество продуктов износа, что
сокращало срок службы приработочного масла и самого двигателя.
Как показал опыт использования новой технологии обкатки,
ресурс двигателя увеличивается на 30...40 %, а время самой обкатки
сокращается в 3.. .4 раза.
Проблема ускоренной обкатки автотракторных двигателей
становится особенно актуальной в связи с тем, что ресурс двигателей
после капитального ремонта в большинстве случаев составляет 30...
47 % ресурса новых двигателей [19]. Так, при нормативном ресурсе
нового двигателя ЗМЗ-53, равном 160 тыс. км, ресурс
отремонтированного двигателя составляет 55...65 тыс. км. В период
эксплуатации машин до капитального ремонта их двигатели подвергаются
капитальному ремонту от двух до шести раз. Например, автомобиль
ЗИЛ-130 поступает в капитальный ремонт примерно на восьмой год,
а его двигатель за этот период проходит ремонт два-три раза. Все это
свидетельствует о необходимости проведения работ по повышению
качества ремонта двигателей. Одним из направлений этого является
повышение качества обкатки как завершающей технологической
операции изготовления и ремонта двигателей.
Основную концепцию ускоренной приработки при обкатке
можно проиллюстрировать на примере кривых износа (рис. 2.1). Кривая
износа при ускоренной обкатке в связи с образованием на
поверхности трения сервовитной пленки более пологая. Приработочный
износ значительно меньше, чем при типовой обкатке. Время обкатки
также меньше.
По данным работы [19], скорость износа деталей после ремонта
возрастает по сравнению со скоростью износа деталей нового
двигателя. Так, у отремонтированного двигателя скорость увеличения
зазора в соединении шатунный вкладыш - шейка коленчатого вала
возрастает в 1,25 раза по сравнению с новым. За первые 15 мин
приработки двигателей на стенде износ деталей отремонтированного
двигателя в 1,7...2,2 раза превышает износ деталей нового.
Исследованиями ГОСНИТИ установлено, что износ деталей
машин за время приработки составляет 10.. .20 % от предельной
величины. По другим данным эта величина составляет 30.. .40 % от
предельного.
Обкатку двигателей производят на различных режимах (по
времени, нагрузке и скорости). В настоящее время отсутствуют
обоснованные методики расчета оптимальных режимов стендовой обкатки,
даже однотипные двигатели на разных заводах обкатывают на
разных режимах. Продолжительность обкатки отремонтированных дви-

Ускоренная обкатка отремонтированных автотракторных двигателей
517
Рис. 2.1. Зависимость износа деталей от времени обкатки двигателей:
1 - при ускоренной обкатке; 2 - при типовой обкатке
гателей колеблется от 0,5 до 3 ч при нагрузках и скоростях,
составляющих 50-100 % от номинальных значений. При этом двигатели или
не достигают номинальной мощности (даже при сдаточных
испытаниях) или работают с ней короткое время (не более 5 мин).
Как правило, заводская обкатка по времени ограничивается
внутренними экономическими соображениями, а не готовностью пар
трения к восприятию эксплуатационных нагрузок. За время
стендовой обкатки на эксплуатационных маслах приработка деталей
завершиться не может [19]. Многие исследователи установили, что для
полной приработки деталей требуется 40.. .60 ч. Это является причиной
того, что заводы-изготовители предписывают первоначальную
эксплуатацию машин в условиях хозяйств производить со сниженными
(на 25 %) скоростями и нагрузками. В условиях интенсификации
сельскохозяйственного производства эксплуатировать машины на
облегченных режимах часто не представляется возможным, поэтому
преждевременный перевод двигателей на работу с полной мощностью
приводит к повышенным износам, задирам деталей и даже
заклиниванию двигателей. Это является основной причиной снижения
ресурса отремонтированных двигателей [18, 19].
В связи с этим крайне важно приработку деталей двигателей
завершать на заводе, исключив ее в процессе эксплуатации. Это может
быть достигнуто применением в процессе обкатки металлоплакиру-
ющих смазочных материалов, создающих на поверхностях трения сер-
вовитную пленку, которая заполняет впадины шероховатостей и вы-

518 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
равнивает профиль поверхности. Помимо этого, сервовитная
пленка повышает антифрикционные свойства трущихся соединений,
снижает коэффициент трения и предотвращает задиры при перегрузках.
Помимо обкатки двигателей на металлоплакирующих смазочных
материалах, ускорить приработку позволяет ФАБО (финишная
антифрикционная безабразивная обработка) поверхностей трения
цилиндров и шеек коленчатых валов. Такая обработка сокращает в 3...
4 раза время обкатки двигателей. Помимо натирания поверхности
трения прутком из медьсодержащих сплавов (в большинстве случаев
из латуни), можно применять металлоплакирующие рабочие среды.
Металлоплакирующая среда состоит из следующих компонентов
(масс. %): порошок меди - 0,5.. .5; глюкоза — 0,5.. .3; окись кремния -
1...4; глицерин - остальное. Натирание производится мягким
инструментом.
К недостатку методов ФАБО в металлоплакирующих средах
относится высокая коррозионная активность среды (необходимость
промывки цилиндров после выполнения технологии ФАБО).
Наиболее широко распространена обкатка двигателей после
ремонта, состоящая из трех этапов: холодная обкатка, горячая без
нагрузки (на холостом ходу) и горячая под нагрузкой.
При холодной обкатке коленчатый вал двигателя получает
вращение от постороннего источника, например от электродвигателя.
Тепловое состояние двигателя поддерживается за счет подачи
горячей воды и подогретого масла.
Горячая обкатка - это процесс, который происходит на
работающем двигателе без нагружения тормозным устройством стенда (на
холостом ходу) или с нагружением.
Авторы [18, 19] отмечают связь режимов и условий заводской
(стендовой) обкатки двигателей с их долговечностью. Качество
приработки в значительной степени определяется правильно
выбранными скоростными и нагрузочными режимами. Нарушения режимов
обкатки могут приводить к резкому снижению ресурса двигателей
(до 30%).
Благодаря рациональным режимам обкатки, можно повысить
ресурс двигателей, ликвидировать случаи выхода их из строя на
стенде и сократить время обкатки.
Как уже упоминалось, в настоящее время не существует
общепринятых методик расчета и назначения режимов обкатки ДВС, ни в
нашей стране, ни за рубежом. Применяемые на заводах режимы
обкатки отличаются по времени, нагрузкам и скоростям.
На предприятиях Форда стендовая обкатка длится 10... 15 мин, а
в филиале той же фирмы в Канаде -8 ч. Двигатели "Додж"
обкатывают 20 мин на холостом ходу, а двигатели МАХ - в течение 4,5 ч.
На заводе "Крайслер" продолжительность обкатки составляет 1 ч,
на заводах "Паккард" -9 ч, "Рено" (Франция") -5ч [18].

Ускоренная обкатка отремонтированных автотракторных двигателей
519
Режимы обкатки отремонтированных двигателей на заводах
Российской Федерации приведены в табл. 2.1 [19].
Таблица 2.1
Режимы обкатки отремонтированных двигателей
Этап обкатки
Частота
вращения
коленчатого
вала, мин-1
Нагрузка, Н
ЗИЛ
змз
ЗИЛ-130
Время, мин
ЗИЛ-375
ЗМЗ-53,
ЗМЗ-66
500 — — 15 15 15
700 — — 10 10 10
1400 — — 10 10 15
1600 49 118 5 10 15
1600 118 167 5 10 10
1600 186 216 5 10 10
1600 274—15 25 —
1800 304 235 15 25 10
2000 333 245 20 30 10
2200 343 265 15 20 10
2400 372 294 5 5 10
Всего: 120 170 115
Холодную обкатку начинают при малых скоростях, что
уменьшает вероятность появления задиров и схватывания. В первые 5...
10 мин холодной обкатки интенсивно изменяются геометрические
характеристики трущихся поверхностей. При этом износы деталей
составляют 20.. .70 % общего износа за время обкатки [19].
Горячая обкатка двигателей на холостом ходу без нагрузки
считается малоэффективной. Ее рекомендуют проводить лишь в течение
времени, достаточного для прогрева двигателя и подготовки его к
обкатке под нагрузкой.
Обкатка под нагрузкой - обязательное условие получения
высокого качества приработки деталей. При этом происходит
формирование физико-химических свойств поверхностей трения, их подготовка
к восприятию эксплуатационных нагрузок. Величина и характер
изменения нагрузок в процессе обкатки для каждой марки двигателя
различны и колеблются в довольно широких пределах. На многих
заводах при обкатке под нагрузкой изменяют частоту вращения
коленчатого вала от 1000... 1400 мин1 до номинальной с предельной
нагрузкой 89... 100 % максимального крутящего момента. Согласно
другим рекомендациям обкатку под нагрузкой проводят при
номинальной частоте вращения с постепенным повышением нагрузки до
значения, соответствующего номинальной мощности двигателя.
Качество приработки и износ деталей цилиндропоршневой
группы двигателя можно оценить по компрессии в камере сгорания.
Для этого при полностью открытой дроссельной заслонке вращают
коленчатый вал двигателя с частотой вращения 200 мин-1. Компрес-
Холодная
Горячая без нагрузки
Горячая под назрузкой

520 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
сометр вставляют в свечные отверстия и поочередно определяют
компрессию в каждом цилиндре (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Нормативные показания компрессометра
Двигатели
Степень
сжатия
Частота
коленчатого
вала при
замере, мин-1
Компрессия, МПа

хорошая

ворительная

требуется
ремонт
ЗМЗ-53, ЗМЗ-66 и ЗМЗ-672 6,7 200 0,82...0,87 0,70 0,60
ЗИЛ-130иЗИЛ-131 6,2 200 0,75...0,80 0,65 0,50
Приработочные металлоплакирующие присадки к обкаточным
маслам, обеспечивая качественную приработку, способствуют росту
компрессии.
3. Металлоплакирующие присадки для ускоренной
обкатки двигателей
Одной из первых металоплакирующих присадок, улучшающей
противоизносные и противозадирные свойства смазочных масел, была
присадка МКФ-18, разработанная Московским технологическим
институтом сервиса совместно с Куйбышевским филиалом ВНИИНП
(авторы присадки А.К. Прокопенко и Ю.С. Симаков). Присадка
представляет собой продукт взаимодействия окиси меди с олеиновой
кислотой и антиокислительных добавок. Этот состав перемешивают с
40 % масла И-1Г-А-32 и вводят в моторное масло в количестве
0,2...0,7 % по массе.
Присадка МКФ-18 У имеет тот же состав, но изготавливалась
она на Урале (г. Екатеринбург). В настоящее время промышленным
путем присадка МКФ-18 изготавливается Куйбышевским филиалом
ВНИИНП и применяется в ряде отраслей промышленности.
Достоинствами присадки являются низкая стоимость, простота
изготовления и достаточно высокая эффективность. При работе масла с
такой присадкой на поверхностях трения образуется тонкая сервовит-
ная пленка меди, иногда обнаруживаемая только спектральным или
другими методами. Однако и это дает положительные результаты [14].
Более сложными и эффективными являются
полифункциональные металлоплакирующие присадки типа "Валена", разработанные
В.Г. Бабель в Санкт-Петербургском технологическом институте.
Присадки, помимо противоизносных и противозадирных компонентов —
галогенидов металлов переменной валентности, содержат
антиокислительные и моющедиспергирующие добавки, что позволяет
использовать их для базовых масел. Применение таких присадок создает на
поверхностях трения сервовитную пленку из металла, вводимого в
масло в виде соли - галогенида.

Металлоплакирующие присадки для ускоренной обкатки двигателей
521
Приработочные свойства присадок типа "Валена" [2]. Прирабо-
точные свойства масел с присадками оценивали на машине трения
МИ-1М по схеме: "вращающийся ролик - самоустанавливающаяся
дуговая колодка". Ролики были изготовлены из стержней одной
плавки (сталь 45), а колодки из чугуна (СЧ 24). Наружный диаметр
ролика и внутренний - колодки составляли 50 мм, точность
изготовления - 0,02 мм. Образцы перед испытаниями притирали на
специальной машине и тщательно промывали. Исходная шероховатость Ка
трущихся поверхностей ролика и колодки составляла при этом 0,32...
0,63 мкм. Твердость по Роквеллу после теромообработки находилась
для ролика в пределах 58...60 и для колодки 30...35 единиц.
Испытания проводили при следующих условиях: частота
вращения ролика 45 рад/с; удельная нагрузка - 3,75 МПа; смазку
поверхностей трения осуществляли погружением части ролика в испытуемое
масло; длительность испытания — 180 мин.
Галогениды металлов добавляли к маслу АС-8 в концентрации
0,25 % - 0,6 масс%. Для повышения стабильности системы в масло
вводили поверхностно-активную присадку С-5А в количестве 1 масс%.
Оценочными критериями приработочной эффективности масел
являлись:
- время приработки, т.е. время стабилизации момента трения
Мтр и температуры трущихся поверхностных слоев 1П. Момент
трения измеряли при помощи устройства балансирного типа с
маятниковым механизмом, а температуру на поверхности образцов - хро-
мель-копелевой термопарой и потенциометром КСП-4. Термопару
устанавливали на расстоянии 0,2...0,4 мм от трущейся поверхности
колодки;
-величина стабилизированного момента трения (коэффициента
трения);
- шероховатость поверхности трения до и после приработки
(определяли профилографом-профилометром М-201);
- весовой износ образцов трения (оценивали взвешиванием на
аналитических весах АДВ-200 с точностью 0,1 мг).
Эффективность опытных приработочных присадок сравнивали
с обкаточным маслом ОМ-2, маслом АС-8 с 3 % Л3-23к и АС-8,
принятым за основу. Испытания каждой присадки повторяли не менее
трех раз.
Результаты испытаний, приведенные на рис. 2.2, показали, что
процесс приработки образцов происходит наиболее эффективно при
добавлении к маслу АС-8 хлоридов меди или олова (кривые 4, 5).
Стабилизация момента трения на низком уровне 0,2...0,3 Н - м.
и температуры поверхностных слоев образцов 35...40 °С при
применении этих присадок происходила уже через 30...40 мин.
Практически такой же результат был получен на обкаточном масле ОМ-2
(кривая 3), эффективность которого на машине трения была показа-

522 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Рис. 2.2. Изменение температуры поверхностных слоев пары трения колодка -
ролик (а) и момента трения (б) в процессе приработки на масле:
1 - АС-8; 2 - АС-8 + 3 % Л3-23к; 3 - ОМ-2; 4 - АС-8 + 0,6 % 8пС14 ■ 5Н,0; 5 - АС-8 + 0,25 %
СиС12 ■ 2Н20 + 1 % С-5А
на многими исследователями. Однако на масле ОМ-2 стабилизация
момента трения и температуры поверхностных слоев происходила
на более высоком уровне 0,42 Н ■ м.? 45 °С. Приработка образцов на
масле с Л3-23к завершалась за 120... 140 мин (кривая 2), а на базовом
масле АС-8 за три часа испытаний приработка далеко не
заканчивалась, момент трения не стабилизировался и оставался на высоком
уровне (кривая 1).
Результаты приработки образцов представлены в табл.2.3.

Металлоплакирующие присадки для ускоренной обкатки двигателей
523
Таблица 2.3
Результаты приработки образцов трения на масле АС-8 с присадками
хлоридов меди и олова, Л3-23к и обкаточном масле ОМ-2
Образец масла
АС-8 + 3 % Л3-23к
ОМ-2
АС-8 + 0,6 % 5пСЬ4 • 5Н20 + 2,4 %
спирта фр. С7-СJ
АС-8 + 0,25 % СиС12 • 2Н20 + 4,75 %
спирта фр. С7 -С,,+ 1 % С-5А
Шероховатость
до
приработки
0,96
1,00
0,90
1,00
после
приработки
0,32
0,18
0,11
0,20
Износ массы
образцов, мг
11,0
7,4
8,4
4,8
Из приведенных табличных данных следует, что наилучшие
результаты по износу образцов и шероховатости трущихся
поверхностей в процессе приработки получены на масле с присадкой хлорида
меди. Так, износ образцов, приработанных на масле с хлоридом меди,
в условиях граничного трения оказался в 2,3 раза меньше, чем износ
образцов, приработанных на масле с присадкой Л3-23к, и в 1,6 раза
меньше износа образцов, приработанных на масле ОМ-2.
С целью проверки работоспособности исследуемых масел при
высоких нагрузках проведены испытания с определением удельных
нагрузок, при которых происходит схватывание образцов (рис. 2.3).
И в этом случае лучшие результаты были получены для масел с
присадками солей меди и олова. Так, при увеличении удельной
нагрузки до 12,5 МПа момент трения повышался незначительно — до
0,3...0,42 Н • м., практически оставаясь величиной постоянной
(гистограммы 4, 5). Неплохие результаты были получены для масла ОМ-
2 (гистограмма 3). Однако стабилизация моментов трения при
повышении удельных нагрузок происходила на значительно более
высоком уровне, и при максимальной нагрузке 12,5 МПа этот показатель
для ОМ-2 превышал таковой для масел с хлоридами меди и олова в
2,5.. .3,6 раза. Схватывание образцов на масле АС-8 происходило при
удельной нагрузке 5,0 МПа, а на масле с присадкой Л3-23к - при
10 МПа.
Для подтверждения результатов лабораторных исследований
на машинах трения были проведены испытания по обкатке
двигателей ЗМЗ-53 на Ломоносовском авторемонтном заводе. Приработка
двигателей на указанных выше маслах проводилась на
электростенде КИ-2139А. В процессе приработки каждого двигателя
контролировали: частоту вращения коленчатого вала, величину нагрузки,
температуру охлаждающей воды на входе и выходе, температуру и
давление масла в системе смазки.

524 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Схботыбше СхЬтыЬате
1\ ^
3
^ I г I I
О 2,5 5,0 7,5 ЩО р,МПа
Рис. 2.3. Изменение момента трения в зависимости от удельной нагрузки на пару
колодка - ролик при смазке маслом:
/-АС-8;2-АС-8 + 3%ЛЗ-23к; ^-ОМ-2; 4-АС-8 + 0,6% 5пС14-5Н,0;5-АС-8+ 0,25%
СиС12 • 2Н20 + 1 % С-5А
В качестве оценочных критериев приработки двигателей были
выбраны следующие показатели: величина момента прокручивания
двигателя, суммарный износ компрессионных колец и шероховатость
поверхностей цилиндров. Выбор указанных показателей
определялся возможностями авторемонтного производства, а также их
оценочной значимостью.
Оценку каждого образца масла проводили на основании обкатки 4
двигателей. Обкатка двигателей на товарном масле АС-8
осуществлялась согласно техническим условиям РКО-200-РСФСР/1-2021-77, а
приработка на опытных образцах масел - по рекомендации ЦКТБ
для ускоренной обкатки двигателей ЗМЗ-53 на активных прирабо-
точных средах. Каждый двигатель после испытаний подвергался
полной разборке и тщательному осмотру трущихся деталей цилиндро-
поршневой группы. После соответствующей подготовки определяли
шероховатость поверхностей цилиндров и суммарный весовой износ
компрессионных колец. Результаты испытаний представлены в
табл. 2.4.
Пгр,
<А
1»\

Металлоплакирующие присадки для ускоренной обкатки двигателей
525
Таблица 2.4
Результаты испытаний по обкатке двигателей ЗМЗ-53 на исследуемых маслах
№№
п/п
Марка (состав) масла
при обкатке
1. АС-8 (ГОСТ 10541-63)
2. АС-8 + 0,25 % СиС12 ■
2Н20 + 1 % С-5А
3. АС-8 + 0,6% 8пС14*
5Н20
4. АС-8
Режим
обкатки
Согласно

техническим
условиям A 15 мин)
Ускоренная
обкатка по

рекомендациям ЦКТБ
C5 мин)
То же
Тоже
Износ
ком-
прес-
сион-
ных

колец, г
0,6846
0,6025
1,0650
ВеличиншПриработ-
падения ка шатун-
мощно- ных вкла-
сти на дышей (в
прокру- % к номи-
чивание нальной
к.в. посла площади)
обкатки,
кВт 1
1,4 66
2,0 68
1,8 80
0,5210 0,7 49
Усредненная
величина
шероховатости
гильз
цилиндров, мкм
до

работки
после

приработки
0,12 0,065
0,14 0,050
0,14 0,040
0,13 0,10
Лучшие результаты по всем оценочным показателям были
получены при применении масла с хлоридом меди, при этом визуальный
осмотр деталей двигателя после обкатки показал наличие
медьсодержащих участков на рабочих поверхностях гильз цилиндров и
поршневых колец.
Использование масла с хлоридом олова дало повышенный износ
компрессионных колец A,0650 г), что согласуется с данными,
полученными при лабораторных исследованиях. Очевидно, это связано с
активностью указанной соли.
Разборка двигателя после обкатки на масле АС-8 в ускоренном
режиме установила наличие шатунных и коренных вкладышей с
задранной поверхностью (до 30 %) и царапин на зеркале цилиндра.
Таким образом, испытания двигателей ЗМЗ-53 подтвердили
возможность использования хлоридов меди и олова в качестве приработоч-
ных компонентов к моторным маслам. В дальнейшем разработанные
присадки применялись на авторемонтных предприятиях
Ленинградской, Псковской, Новгородской и др. областей РФ.
Металлоплакирующая присадка "Валена" в настоящее время
изготавливается фирмой "Надежность и долговечность"
Акционерного общества Корпорации "КАЗАХМЫС" (г. Жесказган) и
применяется в узлах трения промышленного оборудования ряда городов
Казахстана.

526 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Приработочные свойства металлоплакирующей присадки ОГМ.
В Московском государственном агроинженерном университете
(МГАУ) разработано несколько металлоплакирующих присадок типа
ОГМ для ускоренной приработки деталей. С их помощью можно
сократить время стендовой обкатки двигателей и снизить износ
деталей в 3 раза по сравнению с обкаткой на чистых моторных маслах
[19].
Были проведены испытания ряда составов присадок типа ОГМ
(табл. 2.5).
Таблица 2.5
Составы приработочных присадок типа ОГМ
Компонент
Хлорокись меди
Глицерат меди
Олеиновая кислота
Присадка ЛЗ-309/2
Минеральное масло
1
—
3,0
2,0
—
ост.
Концентрация по номерам, %
1 2
0,1
—
0,5
0,07
ост.
1 3
0,5
—
2,5
0,35
ост.
по массе
1 4
0,9
—
4,5
0,63
ост.
Результаты их сравнительных испытаний приведены в табл. 2.6.
Таблица 2.6
Результаты сравнительных испытаний присадок типа ОГМ
Состав
Износ, мг
Время, мин

приработки
сопротивления
схватыванию
Шероховатость поверхности,
мкм
до приработки
после
приработки
1
2
3
4
3,2
2,8
2,1
2,4
20
17
10
12
64
81
112
102
0,32
0,32
0,32
0,32
0,09
0,05
0,02
0,04
Из табл. 2.6 видно, что лучшими антифрикционными
свойствами обладает присадка ОГМ-2. Однако в результате стендовых
испытаний двигателей ЗМЗ-53 на Рязанском ОРМЗ установлено, что эта
присадка недостаточно снижала износ деталей при приработке. Был
разработан новый состав присадки ОГМ-3, при котором детали
двигателя меньше изнашивались, чем при составе ОГМ-2. Состав
присадки ОГМ-3 в % по массе следующий: хлорокись меди -0,1;
олеиновая кислота - 1,9; минеральное масло - ост.
Физико-химические свойства присадки ОГМ-3 приведены в
табл. 2.7.

Металлоплакирующие присадки для ускоренной обкатки двигателей
527
Таблица 2.7
Физико-химические свойства присадки ОГМ-3
Показатель
Норма
Методы испытаний
Внешний вид
Масляная
жидкость
темно-зеленого цвета
Вязкость кинематическая при
100°С,мм2/с
Плотность при 20 °С, г/см3
Кислотное число, мг КОН/г
Температура вспышки в
открытом тигле, °С
Содержание воды, %
Температура застывания, °С,
не более
Массовая доля активных
элементов, %:
меди
хлора
Растворимость в масле
6,79
0,913
200,0
198
Следы
Минус 9
4...5
0,7...0,8
Полная
Визуально в пробирке
0 18...22 мм в
проходящем свете. На часовом
стекле и путем
фильтрации
Испытания присадки ОГМ-3 на двигателях показали возможность
увеличения частоты вращения коленчатого вала на 90 % и нагрузки
на 30 % по сравнению с обкаткой на чистом масле [19].
Разработанная присадка активно действует на детали кривошип-
но-шатунного механизма (КШМ) двигателя и в меньшей степени на
детали цилиндропоршневой группы. По мнению В.В. Стрельцова,
это связано с тем, что на стенки гильз цилиндров масло с присадкой
поступает разбрызгиванием. В зоне работы верхнего поршневого
кольца количество масла ограничено действием маслосъемных и
нижних компрессионных колец.
Для улучшения приработки ЦПГ присадку вводят с воздухом. В
этом случае во время холодной обкатки присадка с потоком
всасываемого воздуха подается в камеры сгорания, где происходит
формирование сервовитнои пленки и новой микрогеометрии поверхности
трения. Введение присадки в камеры сгорания, ее распыление и
автоматическая дозировка при изменении частоты вращения
коленчатого вала двигателя выполняются стандартным карбюратором, что
упрощает применение данного способа.
Схема реализации способа повышения качества приработки
деталей ЦПГ в период холодной обкатки, разработанная В.В.
Стрельцовым, приведена на рис. 2.4.

528 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
{ВОЗДУХ
}ПРИСАДКА
КАРБЮРАТОР
ВЫПУСКНОЙ
КОЛЛЕКТОР
ГОЛОВКА
БЛОКА
КАМЕРА
СГОРАНИЯ
кХ| ГИЛЬЗА
[^-ЦИЛИНДРА
ПОРШЕНЬ
АНТИФРИКЦИОННЫЙ
СЛОЙ МЕТАЛЛА
Рис. 2.4. Схема повышения качества приработки деталей цилиндропоршневой группы
двигателя
За счет соединения выпускного коллектора двигателя с входным
отверстием карбюратора, а также циркуляции воздуха с присадкой
по замкнутому циклу повышается эффективность процесса,
уменьшается расход присадки, улучшается экология.
Процесс образования антифрикционного покрытия, как пишет
В.В. Стрельцов, происходит следующим образом [19]: в такте
всасывания в камеру сгорания поступает воздушная смесь с присадкой, в
такте сжатия за счет трения поршня и поршневых колец на стенках
гильзы и боковых поверхностях поршневых колец восстанавливает-

Металлоплакирл ющие присадки для ускоренной обкатки двигателей
529
ся антифрикционный слой металла (в данном случае - медь).
Процесс образования и частичного стирания антифрикционного слоя
происходит в течение всего периода холодной обкатки.
4. Стендовые и эксплуатационные испытания
Стендовые испытания машин серийного выпуска служат для
контроля их качества; испытания используются также для производства
необходимых регулировок. Уникальные машины или машины
высокой мощности большей частью не могут быть испытаны на заводах-
изготовителях в условиях, соответствующих их нормальной
эксплуатации (гидравлические, паровые и газовые турбины, мощные
судовые двигатели и др.). В таких случаях ограничиваются испытанием
агрегатов, узлов или всей машины на холостом ходу на заводском
испытательном стенде, выявляя при этом неточности сборки,
намечающийся ненормальный износ, задевание деталей, тугое их
вращение и т.д. Эти испытания позволяют заблаговременно устранить
обнаруженные неисправности, что сокращает период монтажа и
наладки на месте установки машины.
Наименование "стендовые испытания " объединяет два вида
испытаний, не одинаковых по своему целевому назначению,
организации и методике проведения. Первый вид испытаний машины или
агрегата является одним из этапов технологического процесса,
следующим за окончанием сборочных работ; задача его состоит в проверке
правильности сборки и работы машины или агрегата. Собранная
машина должна быть проверена на рабочем числе оборотов, так как
вследствие упругих и температурных деформаций, суммирования
погрешностей в пределах допусков в сложной размерной цепи узлов
и механизмов возможны искажения подвижных посадок, нарушения
правильного взаиморасположения деталей и другие дефекты,
отражающиеся на нормальной работе машины.
Второй вид стендовых испытаний носит исследовательский
характер и проводится в лабораторных или близких к ним условиям.
Эти испытания, к которым в дальнейшем будут относиться наши
суждения, позволяют изучить технические характеристики машины,
проверить правильность конструктивных решений в отношении выбора
расчетных схем, конструктивных размеров и параметров узлов,
установить гарантийный срок службы, выявить наиболее
неблагополучные с точки зрения прочности, износостойкости, жесткости и других
признаков узлы и детали для разработки соответствующих
конструктивных и технологических мероприятий.
Испытания на долговечность включают в стендовые испытания
и выявляют время работы даталей до предельного износа или до
разрушения под действием статической, переменной или динамической
нагрузок.
34 - 2039

530 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Стендовые испытания могут быть проведены на элементах узла,
взятом отдельно от агрегата, и на агрегате в сборе. Так, при
испытании ведущих мостов автомобилей испытывают отдельно картеры,
полуоси, шестерни, подшипники и мосты в сборе.
В связи с разнообразием условий эксплуатации многих машин
на их работу влияют переменные факторы в различных сочетаниях.
Достоинство стендовых испытаний состоит в том, что они
позволяют изучить влияние отдельных факторов на работу узлов и
агрегатов; позволяют создать стабильные режимы нагружения, близко
воспроизводящие те или иные эксплуатационные условия, применить
режимы увеличенных или учащенных нагрузок по сравнению с
эксплуатационными для ускорения испытаний, реализовать специальные
режимы нагружения для сравнительной оценки различных
конструкций. При сроке службы машины, исчисляемом многими тысячами
рабочих часов, стендовые испытания представляют во многих
случаях единственную возможность своевременной экспериментальной
проверки конструкции.
Стендовые испытания не могут заменить эксплуатационных
испытаний. Последние позволяют получить наиболее полные ценные
сведения о работе машины в условиях ее службы, которые могут
явиться основой для совершенствования конструкции машины,
установления предельных эксплуатационных зазоров подвижных посадок,
уточнения характера профилактических мероприятий технического
обслуживания машины и установления потребностей в запасных частях.
Большинство стендовых испытаний и часто эксплуатационные
испытания являются ускоренными. Однако ускоренные испытания
могут привести к неверным заключениям. Этот вопрос детально
изучен Р.В. Кугелем [9]. Ускоренные испытания требуют повышения
скоростей, приложения больших нагрузок или того и другого, при этом
тепловые режимы работы деталей и режимы смазки могут изменить
условия работы пар трения в лучшую или худшую сторону;
инерционные нагрузки могут перегрузить отдельные узлы трения, мало влияя
на другие. Так как вид износа зависит от условий трения, то и
режимы стендовых испытаний должны назначаться такими, чтобы изно-
сы деталей были того же характера, что и в определенных условиях
длительной эксплуатации, иначе оценка износостойкости,
произведенная по результатам стендовых испытаний, может отразить изно-
сы для режимов, не свойственных или редко встречающихся в
эксплуатации. Если стендовые испытания могут начаться в период
проектирования машины, то исчерпывающая серия стендовых
испытаний может быть запрограммирована только после эксплуатационных
испытаний.
Конкретные представления о целевой направленности стендовых
испытаний, применительно к такой распространенной машине, как
автомобильный двигатель, дает табл. 2.8 [9].

Стендовые и эксплуатационные испытания
531
Таблица 2.8
Основные возможные варианты режимов стендовых испытаний
долговечности двигателей [9]
Цель испытаний
Особенности режима
Оценка долговечности в
условиях коррозионного
изнашивания
Оценка долговечности в
условиях абразивного
изнашивания
Оценка долговечности при
высоких температурах
Оценка долговечности при
больших числах оборотов
Оценка долговечности при
переменном
эксплуатационном режиме, характерном
для типичных условий
эксплуатации
Непрерывная работа холодного двигателя
интенсивно охлаждаемого проточной
водой. Пуски двигателя в холодном состоянии
с кратковременными периодами работы и
длительными перерывами для охлаждения
Работа двигателя при типичной
эксплуатационной нагрузке с подводом пыли в
засасываемый воздух
То же, но с введением пыли в картерную
смазку
То же, но с введением пыли как в
засасываемый воздух, так и в картерную смазку
Работа двигателя при высоких нагрузках и
умеренном охлаждении
Работа двигателя при большом числе
оборотов
Работа двигателя при программном режиме
нагружения, соответствующем записанному
на пленку эксплуатационному режиму
Работа двигателя при переменном
циклическом режиме, эквивалентном
эксплуатационному режиму
Испытания на износостойкость отличаются большим
рассеиванием результатов даже на лабораторных образцах, а тем более в
узлах, агрегатах или машине в целом. Рассеяние обусловлено
различием геометрических и механических свойств поверхностей трения,
отсутствием постоянства внешних условий и другими
обстоятельствами. Поэтому во многих случаях можно сделать выводы только на
основании испытаний большого числа однотипных объектов с
использованием статистических методов обработки результатов.
Количество машин, выделяемых из всей серии для
эксплуатационных испытаний, зависит от конструкции машины, ее назначения и
разнообразия условий эксплуатации. Вопросы ускоренных
испытаний дизелей рассмотрены в работе [4], испытаний зубчатых
передач— в работе [8].
34*

532 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
5, Методы определения износа деталей
При испытаниях необходимо выявить износы деталей. Методы
измерения износа: взвешивание и микрометраж деталей до и после
работы; профилографирование поверхностей; нанесение на детали
углублений (лунок), отпечатков алмазных пирамид и замер их
слепков до и после работы; определение содержания продуктов износа в
масле спектральным методом или методом меченых атомов и
косвенный метод.
Метод микрометража. Метод заключается в определении
линейной величины износа путем измерения одних и тех же размеров
детали до и после изнашивания. Его можно использовать при
достаточно больших абсолютных величинах износа деталей.
Если деталь помимо износа деформируется, то микрометражом
определяют суммарное изменение линейных размеров.
Основные недостатки метода:
а) невозможна точная повторная установка микрометрического
инструмента в одних и тех же пунктах;
б) неизбежны погрешности измерения, связанные с
непостоянством температуры при измерениях и с непостоянством характера
контактирования измерительного наконечника с поверхностью
вследствие различия в его геометрии и физических свойствах;
в) метод не позволяет по измерению диаметров цилиндров и
валов определять радиальный износ;
г) метод не позволяет с достаточной точностью оценивать при
исследованиях динамику износа, так как каждая повторная
установка узла после его разборки и расчленения сопрягаемых пар трения
сопровождается приработочным износом;
д) изменение остаточных напряжений деталей в условиях
службы может исказить результаты - в цилиндрах двигателей на какой-то
стадии и в некоторых направлениях может даже обнаружиться
уменьшение диаметра.
Метод видоизменяют введением искусственной базы, единой для
всей поверхности трения. Так, фирма Зульцер для определения
радиального износа цилиндровых втулок большого диаметра применяет
центрирующую трубу, от которой производят замеры до стенок
втулки.
Метод взвешивания. Метод заключается в последовательном
взвешивании детали до и после испытания. При достаточно простой
конфигурации деталей весовой износ может быть пересчитан в средний
линейный. Если деталь имеет более одной поверхности трения, то о
распределении износа между ними можно получить представление,
сочетая весовой метод с микрометражом.
Метод взвешивания пригоден для изучения износа деталей
небольшого веса и простой формы. При сложной форме
затруднительна, если вообще возможна, полная очистка детали от отложений.

Методы определения величин износа деталей
533
Метод взвешивания широко используется в практике
лабораторных испытаний на износ и применяется при исследовании износа
поршневых колец поршневых пальцев, вкладышей подшипников и
других подобных деталей. Взвешивание не фиксирует изменение
конфигурации поверхности трения, что следует учитывать в случае
значительного пластического деформирования при трении. Метод
непригоден для исследования износа самосмазывающихся пористых
материалов. Вообще, поры в материале могут стать причиной искаженных
представлений о величине износа, если измерять его по потере веса.
Метод профилографирования. Суть метода состоит в том, что с
поверхности трения снимаются профилограммы по определенным
трассам до и после испытания, совмещают их по линиям неизносив-
шихся впадин или по контурам специально нанесенных царапин
таким образом оценивают величину линейного износа. Метод сложен
и поэтому не получил широкого распространения, однако он
пригоден в лабораторной практике для изучения начального износа
поверхностей.
Метод искусственных баз. Большой гибкостью отличается
метод определения износа при помощи искусственных баз. Метод
представлен в двух вариантах: в виде метода отпечатков и метода
вырезанных лунок (рис. 2.5).
По первому из них износ определяется по разности длин
диагоналей отпечатка (с!0 - и,), нанесенных алмазной пирамидой, затем
делается пересчет на Ь0 - Ьг По другому методу на поверхности при
помощи алмазного резца вырезаются сегментные лунки. Износ
определяется по уменьшению хорды сегмента A0-1,) и пересчитывает-
ся на Ь0 - Ьг Метод искусственных баз позволяет определить мест-
Рис. 2.5. Измерение износа методом искусственных баз:
а - метод отпечатков; б - метод лунок

534 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
ный износ в любой, наперед заданной точке. Метод непригоден для
оценки износа деталей, изготовленных из мягких цветных сплавов и
стальных деталей с мягкими антифрикционными покрытиями, а
также при сравнительно больших линейных износах деталей. Метод
вырезанных лунок был разработан д.т.н., проф. М.М. Хрущовым и к.т.н.
Е.С. Берковичем [20].
Метод отпечатков. Разновидностью метода искусственных баз
является измерение до и после испытания снятого при помощи
силового воздействия оттиска из пластичного материала с заранее
нанесенного углубления [21]. Заметим, что оттиски применяли для
изучения форм питтинговых повреждений поверхностей зубьев.
Метод слепков заключается в сопоставлении при боьшом
увеличении контуров слепков поверхности, снятых в начале и через
определенные интервалы работы деталей. Метод требует наличия неиз-
нашивающейся базовой поверхности. Так, для измерения износа зубьв
колес делают слепки впадины зуба, сравнивая затем контуры
нагруженной и нерабочей боковых поверхностей [23].
Определение износа по количеству металла в масле. Метод
состоит в отборе через установленные промежутки времени проб масла из
масляной системы и определении тем или иным способом количества
накопленного в нем металла. Метод позволяет оценить степень и
динамику износа поверхностей трения двигателей и других механизмов
без их разборки.
Большое распространение получил метод определения железа в
масле. В свежих маслах могут содержаться тысячные и менее доли
процента железа, в отработанных маслах количество его доходит до
сотых и даже десятых долей процента. Для анализа проб масла
можно применить объемный, весовой, полярографический и
спектральный методы. Первые три стандартизованы [5]. Методы анализа
железа в масле отличаются высокой чуствительно-стью. Они, например,
позволяют зафиксировать средний износ цилиндров
автомобильного двигателя 0,2 мкм на диаметр.
Если я приращение весового содержания железа в масле на
единицу объема или единицу веса за время /, то отношение ц/1 даст
среднюю скорость износа за данный промежуток времени. Откладывая
по оси абцисс время, а по оси ординат величину #, получают
построением так называемую линию износа. Метод построения
стандартизован [6]. При определении количества железа #, поступившего в
промежуток между двумя последовательными пробами, в двигателях
учитывается общее количество масла в системе, потери от угара и
долив. Интервалы, через которые берется проба, устанавливаются в
зависимости от режима работы и типа механизмов. При анализе
динамики износа деталей, что важно в процессе их приработки, пробы
отбирают неравномерно и более часто в начале работы. Первую
пробу берут через три-четыре минуты после запуска двигателя,
последующую через десять минут, а после наступления установившегося из-

Методы определения величин износа деталей
535
носа доводят при испытаниях сроки отбора проб до нескольких
часов. В механизмах с малой интенсивностью износа даже на прирабо-
точных режимах сроки отбора проб удлиняют.
Фактическая точность метода ниже точности анализа проб
вследствие неравномерного распределения продуктов износа в масле.
Наиболее крупные частицы могут осаждаться и не попадать в пробы.
Метод определения железа в масле является интегральным,
поскольку он отражает суммарный износ всех стальных и чугунных
деталей исследуемой машины.
Полярографический и спектральный анализы позволяют
определить содержание и других металлов в масле.
Спектральный анализ проб масел применяется как в
исследовательских целях, так и в ряде способов контроля в условиях
эксплуатации. Такие анализы широко практикуются в тепловозных депо
железных дорог России. Лаборатории железных дорог США также в
течение ряда лет периодически проводят испытания проб из
картеров тепловозных двигателей, регистрируя содержание в смазке
шестнадцати различных элементов, повышенное содержание которых
предупреждает о наличии неисправностей или начале
катастрофического износа. Содержание РЬ и 8п характеризует степень износа
антифрикционного слоя вкладышей подшипников; Си — самих
вкладышей; Ре — цилиндровых втулок и поршневых колец; N1 - износ
шестерен и литых коленчатых валов; 81 - плохую фильтрацию воздуха и
др. Спектрометрический анализ масел на присутствие
металлических частиц в масле в авиации признан надежным средством
предупреждения летных происшествий их-за повреждения трущихся
деталей двигателя и его систем.
Метод спектрального анализа является одним из наиболее
точных методов определения износа и способен определять до 106 г
металла в масле, что позволяет судить об износе двигателя уже после
2 -3-х часов его работы.
Метод радиоактивных индикаторов. Радиоиндикаторный метод
позволяет изучить и контролировать износ деталей двигателя
внутреннего сгорания: поршней, поршневых колец, цилиндров,
подшипников, шеек коленчатых валов, деталей насосов, гидроагрегатов и др7
без разборки узлов машин. Метод состоит в том, что деталь
активируют при помощи облучения или диффузии, наносят радиоактивный
изотоп путем электролиза, вводят его в детали при их отливке,
устанавливают радиоактивные вставки или применяют другой способ
активирования. Во время работы такой детали активированные
продукты износа уносятся смазкой, а установленный в потоке смазки или
в непосредственной близости от маслопровода счетчик регистрирует
их облучение, в результате чего по количеству зарегистрированных
импульсов можно судить о величине износа [7, 11, 13, 15, 22].
Основными преимуществами метода радиоактивных изотопов являются:
1. Высокая чуствительность;

536 ОБКАТКА МАШИН. СТЕНДОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
2. Возможность непрерывной регистрации, включая
автоматическую запись, износа одновременно от одной до трех деталей или
отдельных их участков в процессе работы, без разборки машин, что
позволяет выявить влияние на износ различных факторов.
К недостаткам метода следует отнести его громоздкость:
необходимость специальной радиометрической аппаратуры, сложность
введения радиоактивных изотопов в деталь, последующей ее
обработки и необходимость специальной защиты. Следует отметить
также и сложность, связанную с "захоронением" отработанных масел и
деталей.
Новые возможности имеет метод исследования износа,
получивший название дифференциальный метод (метод разработан д.т.н.,
проф. В.И. Постниковым). Износ исследуемой детали имеряется
активностью не всей облученной детали, а только лишь ее небольшого
пятна. Метод предлагает выполнение следующих работ:
Активация детали путем
нанесения
радиоактивного слоя
->
Испытание
детали
—>
Измерение убывающей
активности
Благодаря малой величине активности пятна исследуемой
детали достигается радиационная безопасность метода. Величина
активности может быть снижена в 1000 раз по сравнению с деталями,
полностью облученными в реакторе для исследования износа методом
радиоактивных индикаторов. Активация места износа детали
проводится заряженными частицами на глубину 0,02...0,25 мм. Износ
определяется по уменьшению интенсивности у-излучения,
возникающего в результате активации поверхностных слоев. Посколько
интенсивность по мере износа облученного пятна будет уменьшаться,
то необходимо степень уменьшения интенсивности оценивать на
образцах, которые изготавливаются из того же материала и с той же
механической и термической обработкой, что и исследуемая деталь.
Это необходимо для определения глубины активированного слоя,
закономерности распределения изотопов по глубине и характера
распада смеси радиоактивных изотопов.
На специальном станке СППД2 с активированных образцов
снимается поверхностный слой и определяются величина снятого слоя и
соответствующая интенсивность счета. Полученные данные дают
возможность выяснить зависимость интенсивности счета от
величины снятого слоя. Толщина снятого слоя на образцах измеряется
приборами, например интерферометром ИКПВ-8 с точностью 0,1...
0,5 мкм. Этот метод позволяет изучать местный износ, но при этом
обладает меньшей по сравнению с предыдущим методом точностью,
как за счет уменьшения величины общей активности детали, так и
из-за методических погрешностей.

Методы определения величин износа деталей
537
Метод гашения сцинтилляций смазочного материала. Метод
основан на способности ряда масел сцинтиллировать (высвечивать) под
действием источника инизирующих излучений. При этом
эффективность сцинтилляций резко уменьшается при попадании в смазочный
материал изношенного металла, что дает возможность с высокой
точностью оценить количество металла в пробе смазки с помощью
радиометрической аппаратуры.
Метод позволяет определять лишь интегральный износ, но не
требует предварительной активации исследуемых деталей или
последующей активации проб масла. В настоящее время метод
применяется в лабораторных исследованиях.
Косвенный метод определения износа основан на измерении тех
или иных параметров, позволяющих без разборки механизма оценить
изменение его технического состояния в результате износа.
Состояние деталей цилиндропоршневой группы двигателей может быть
оценено по давлению в цилиндре в конце сжатия и, в особенности, по
расходу масла или по прорыву газов в картере. Угар масла является
весьма характерным признаком изношенности деталей
цилиндропоршневой группы, но для определения расхода масла требуется
сравнительно много времени. Не менее чувствительной является оценка
технического состояния по прорыву газов в картер при помощи
подключенных газовых счетчиков, не требующих к тому же больших
затрат времени.
Измерение уровня шума в некоторых случаях может служить
критерием оценки износа.
Износ плунжерных пар оценивают по гидравлической
плотности пары и по коэффициенту подачи. Суммарный износ рабочей
поверхности подшипника можно определить по просадке вала.
Известен ряд приспособлений для замера зазоров в соединениях
автомобильных двигателей без разборки узлов [1, 16].

Глава 3 • УХОД ЗА МАШИНОЙ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ,
СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН,
ОЧИСТКА ДЕТАЛЕЙ, АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ СМАЗКИ
1. Общие сведения
Уход за машиной во время ее действия зависит от типа и
конструкции машины. В технологических и транспортирующих машинах
он заключается в подаче смазке к поверхностяи трения с
индивидуальной или групповой неавтоматизированной системой смазки и в
наблюдении за контрольными устройствами. Периодичность смазки
желательна не чаще одного раза в рабочую смену или по крайней мере
- в половину смены. В силовых установках, где машины непрерывно
работают много десятков или сотен часов, уход и наблюдение за
установкой занимают основную часть рабочего времени
обслуживающего персонала. Например, в обязанности вахтенного персонала
судовой турбинной установки входит следующее:
1. Наблюдение за режимом работы машины и вспомогательных
агрегатов, за давлением масла в системе смазки и регулирования, за
температурой подшипников турбин, зубчатой передачи и валопро-
вода, за температурой масла до и после маслоохладителя, за уровнем
масла в цистернах и поступлением его на смазку;
2. Прослушивание при помощи стетоскопа турбины при
приемке-сдаче вахты и при изменениях нормального шума;
3. Удаление отстоя из масляной цистерны и периодическое
включение сепаратора для удаления из масла воды, шлама и других
примесей;
4. Смазывание шарнирных соединений рычага регулятора;
5. Запись в машинный журнал показаний
контрольно-измерительных приборов и обнаруженных отклонений в работе установки.
Техническое обслуживание представляет собой совокупность
операций по предупреждению повышенных износов и поломок
деталей и по устранению мелких неисправностей находящейся в
эксплуатации машины для обеспечения ее нормальной работы.
Состав работ по техническому обслуживанию: очистка
машины, промывка некоторых деталей и полостей; крепежные работы;
контрольно-регулировочные работы; устранение мелких
неисправностей; замена быстроизнашивающихся деталей и узлов; заправка и
смазка машины.
Внешняя очистка машины необходима для проверки креплений,
выполнения контрольно-регулировочных работ, предупреждения
засорения смазки во время заправки системы, предохранения от
коррозии и т.п.

Общие сведения
539
Крепление узлов машины прямо или косвенно влияет на ее
износостойкость. Ослабление креплений возникает вследствие остаточных
и упругих деформаций и может быть вызвано также вибрациями.
Крепления необходимо систематически проверять.
Требуется периодическая проверка систем охлаждения, смазки,
гидравлических устройств и др. Для компенсации износа или
остаточных деформаций регулируют зазоры в подшипниках, клапанах, в
передаточных винтах и гайках, во фрикционных муфтах, тормозах
и т.п.; приводят в норму натяжение пружин, цепей и лент.
2. Смазка узлов
Смазка машины. При работе машин количество масла
уменьшается; оно убывает вследствие утечек через неплотности, некоторая его
доля переходит в шлам, часть теряется вместе с удаляемой водой,
испаряется, а в двигателях внутреннего сгорания теряется на угар.
Потери масла в системе периодически восполняются доливом свежего.
Масло в системе вследствие старения теряет смазочные свойства;
требуется несмотря на действие очистительных устройств
периодическая замена его свежим. Независимо от регламентированных
сроков, смена масла производится в случаях выпадения шлама выше
обычного и выхода значений кислотного числа, вязкости и других
показателей за пределы установленных норм. В системах с большой
емкостью рекомендуется периодически производить анализ
работающего масла.
У пластичной смазки, наполняющей некоторую полость
продуктами износа^засоряется только рабочий слой, т.е. слой,
покрывающий поверхности трения. Сильное загрязнение этого слоя усиливает
износ деталей и затрудняет смену смазки. Подаваемая свежая смазка
перемещает неработавшую, вытесняет значительную часть
загрязненной смазки и смешивает ее остаток с остальной смазкой.
Противодавление при нагнетании пластичной смазки определяется опытным
путем: оно зависит при данных физико-химических свойствах смазки
от размеров и формы каналов, подводящих смазку, от конструкции
узла, его износа, от температуры смазки и от состояния старой
смазки, определяемого качеством и регулярностью предыдущих
смазочных операций. По данным исследований, на автомобилях и
сельскохозяйственных машинах смазочное оборудование эффективно, если
оно позволяет развивать избыточное давление 10 МПа и выше.
В автомобильных маслонагнетателях наибольшее развиваемое
ими давление составляет 30.. .35 МПа; имеются образцы с
максимальным давлением 60 МПа.
Смазка при нагнетании в пресс-масленки должна выступать
наружу, через зазоры смазываемого узла. Если масленка исправна, а
смазка все же не проходит через зазор, то нужно загрузить узел и
после этого произвести подачу смазки. При необходимости следует ра-

540 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
зобрать соединение и установить причину непрохождения смазки.
Следует иметь в виду, что пластичная смазка в открытых шарнирных
соединениях и узлах трения, помимо уменьшения трения и износа,
является еще своеобразной защитой от попадания пыли, песка, грязи
и воды. В таких случаях буртик, образующийся из смазки вокруг узла
трения, всегда содержит много пыли и грязи. Перед смазкой
открытые узлы трения должны обязательно промываться керосином с
целью удаления старой загустевшей и загрязненной смазки.
В практике нередки случаи несвоевременной и некачественной
смазки узлов трения по причине неисправных пресс-масленок
(повреждение головки, срыв резьбы или отсутствие шарика), а также износа
наконечников. Следует обращать внимание на саму заправку
смазкой., иногда заправку производят недопустимым приемом - без
наконечника, непосредственно трубкой пистолета в отверстие под
прессе-масленку.
Закладка смазки в смазочную полость производится после
промывки поверхностей трения.
Должна соблюдаться экономия смазочных материалов.
Смазывание подшипников автомобильных колес производят иногда
неправильно, заполняя мазью до отказа ступицы и колпаки. Для работы
подшипников в этом нет нужды; нужно смазывать только
подшипники. Расход смазки в этом случае уменьшится примерно в 4 раза,
смазка не будет вытекать из ступиц и замасливать тормозные
колодки.
Чистота смазочных материалов является одним из важнейших
условий долговечности машин. Поэтому при транспортировке этих
материалов, хранении, выдаче и в процессе заправки должны быть
приняты меры против загрязнения. Головки пресс-масленок перед
заправкой необходимо тщательно протирать.
Во избежание путаницы, инвентарь, в котором хранятся
смазочные материалы, рекомендуется окрашивать в различные цвета и
наносить соответствующие цвета на смазочные точки.
При большом числе масленок со значительной разницей в
периодичности их заправки целесообразно наносить краской на
смазочные точки различные фигуры: квадрат, круг, треугольник и т.п.
Каждая фигура должна соответствовать определенной периодичности.
Смазка машин должна производиться в соответствии с
заводскими инструкциями. Сроки смены масла зависят от условий работы
машины и могут поэтому быть различными для одной и той же
машины. Так, при работе автомобиля в тяжелых дорожных условиях,
когда приходится часто форсировать двигатель и пользоваться
промежуточными передачами, добавку и смену смазочных материалов
следует производить чаще. Точно так же, летом это надо делать чаще,
чем зимой. Еще чаще надо производить эти операции в осеннюю и
весеннюю распутицу. График смазки для автомобилей составляют
обычно применительно к наиболее неблагоприятному сезону.

Смазка узлов
541
Разумеется, что при благоприятных условиях эксплуатации,
тщательном уходе за системой смазки и при регулярной смене
фильтрующих элементов тонкой очистки удается увеличить срок между
сменами масла иногда в 2-3 раза, что дает существенную его экономию.
Наоборот, в двигателях, у которых приближается срок смены
поршневых колец и имеется вследствие этого большой прорыв газов в
картер, масло необходимо менять чаще, чем это указано в заводских
инструкциях.
Для любой машины периодичность подачи смазки в смазочные
точки и периодичность смены картерной смазки должны
назначаться исходя из условий наиболее неблагоприятного длительного
режима работы малоизношенной машины. Для установления такой
периодичности необходимо располагать опытом эксплуатации
данной машины или ей подобной.
При эксплуатации машины необходимо своевременно
производить профилактические мероприятия и регламентные работы
(регулировку зазоров, замену сальников и прокладок, смену смазки,
замену изношенных деталей, очистку фильтров и т.д.). Некоторым могут
показаться обременительными все эти мероприятия по уходу за
машиной, так как и без их выполнения машина будет работать. Это
неверное представление. Действительно, машина будет работать и
при худшем уходе или даже совсем без ухода, но срок службы ее
будет резко сокращен.
Очистка фильтрующих элементов. В процессе эксплуатации
машины в смазочном масле непрерывно накапливаются механические
примеси. В двигателях внутреннего сгорания причины появления этих
примесей следующие:
- при засасывании воздуха в камеру сгорания неизбежно вместе
с воздухом попадают и абразивные частицы. Оседая на стенки, пыль
смешивается с маслом и попадает в картер. Так, например, при
взлете самолета с пыльного аэродрома в цилиндры авиационного
двигателя попадает до 80 г пыли;
- в результате сгорания топлива образуются твердые частицы
органического происхождения, которые также попадают в картер
двигателя;
- при трении образуются продукты износа, которые являются
твердыми металлическими частицами или продуктами их окисления;
- при сборке двигателя в щелях, отверстиях и тупиках остаются
металлические частицы, образующиеся при обработке деталей.
Во время работы они вымываются маслом и попадают в систему
смазки.
Для уменьшения попадания пыли в камеру сгорания на
автомобильных и тракторных двигателях устанавливают воздушные
сетчатые фильтры, а для удаления механических частиц из системы смазки
двигателя устанавливают масляные фильтры грубой и тонкой
очистки. Фильтр грубой очистки пропускает все масло, подаваемое насо-

542 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
сом, а фильтр тонкой очистки только небольшую часть F-8 % от
общего потока) и задерживает частицы механических примесей
размером не более 0,005 мм.
По мере работы фильтрующая способность фильтров падает и
возникает необходимость замены фильтрующих элементов. Сроки
службы фильтрующих элементов масляных фильтров указываются в
заводских инструкциях по эксплуатации машины в зависимости от
фильтра и конструкции двигателя. Однако эти сроки являются
ориентировочными. При благоприятных условиях эксплуатации они
будут большими, а при неблагоприятных - меньшими.
Приближенно можно установить необходимость смены фильтрующего элемента
по цвету масла либо путем просмотра масла на указателе уровня
масла на глаз, либо путем фильтрации капли масла и сравнения осадка с
эталоном. Указанный метод не годится при наличии в масле моющих
присадок, которые удерживают в масле мельчайшие углеродистые
частицы, не улавливаемые фильтром, вследствие чего масло выглядит
темным.
При загрязнении сетки воздушного фильтра ее следует промыть
в керосине, дать керосину стечь или обдуть сжатым воздухом, а
затем окунуть в чистое масло. Следует иметь в виду, что воздушный
фильтр работает до тех пор, пока его сетка покрыта тонкой пленкой
масла. Если сетка сухая, то фильтр пропускает пыль в двигатель.
Карты смазки. Помимо общей инструкции по смазке машины,
составляют для наглядности и во избежание пропусков карту смазки
[5]. Карта смазки - схематический чертеж машины с позициями
смазываемых точек, снабженный спецификацией. Размеры карты
назначаются в зависимости от сложности машины. Наиболее
употребительны размеры 288x407 и 407x576 мм. Все смазываемые точки
должны быть видны; при необходимости приводят схемы узлов. На
чертеже особенно четко должны быть нанесены места залива и слива
масла, насосы, фильтры, маслоуказатели и масленки. При
централизованной смазке обязательно дают на схеме машины разводку
масло- и мазепроводов.
Спецификация карты смазки должна содержать все необходимые
сведения для обслуживания машины. В спецификацию вносят: 1)
порядковые номера смазываемых точек в кинематической
последовательности по узлам; 2) наименования смазываемых узлов и деталей,
причем из двух деталей пары дается наименование только одной;
3) число смазываемых точек, обозначенных на схеме одним номером;
4) наименование смазочной системы точки (ручная, набивка, колпач-
ковая масленка, ванна и т.п); 5) сорт смазочного материала и норма
расхода за рабочую смену; 6) режим - периодичность смазывания,
долива масла, смены его; 7) емкость смазочной системы (бака,
картеров).
Для составления карты смазки используют инструкции и схемы
заводов-изготовителей, результаты исследований и опыт
эксплуатации [5].

Смазка узлов
543
Приведем два примера схем и карт смазки [10]: 1) схема смазки
токарно-винторезных станков, которые широко применяются в ре-
монтно-механических цехах различных отраслей (рис. 3.1, табл. 3.1).
Порядковые номера точек смазки вписаны в условные символы,
обозначающие периодичность выполнения работ по смазке;
2) более сложная карта смазки сновальной машины 4126/2 иностран-
ной фирмы.
1раз в смену(8 ч)
2раза всменуD ч)
40ч
80ч
160ч
320ч
1000ч
Рис З.1. Схема смазки токарно-винторезных сманков моделей 16К20,16К20П,
16К25,16К20Г
Смазочные материалы, рекомендуемые для ткацкой машины
модели 4126/2 и их заменители даны в табл. З.2 [5].
С помощью условных символов и заключенных в символах
номеров точек смазки, вынесенных в рамки, характеризующих различ-
ную периодичность смазочных операций (рис. 3.2), производят 50,
600 и 2000 — часовое обслуживание.
Фирмой рекомендуется добавлять в масло Я50 до 0,1 % порошка
дисульфида молибдена, в первую очередь, в масло для опор валов
(точки 4, 5, 8.).
Централи3ованная смазка оборудования. Объем смазочных и ре-
гулировочных работ при проведении технического обслуживания
машин иногда бывает значительным. Так, например, при
обслуживании самолетов он достигает до 30 % от всего объема регламентных
работ, для машин легкой промышленности — до 60 % объема работ

Таблица 3.1
Карта смазки токарно-винторезных станков моделей 16К20,16К20ГТ, 16К25,16К20Г

Номер

точки

смазки на
рис.
3.1

Количество
точек

смазки
Наименование узла
и точек смазки
Марка
смазочного материала

основного

заменителя

Характер

проводимой

работы

дичность,
ч
Расход

смазочного
материала
разовый
за год,
л/кг

вентарь
Продол-|
житель-
ность
работ

(разовая),
мин
ДСПОЛ!

смазчик
(+)
китель

ночник
@)
Сбор
отработанных масел

количество
разовое
за год,
л
груи
па
4
10
5
7
Маслоуказатель
шпиндельной бабки
1
2 ■
1
1
3
— —
Контроль
уровня
Направляющие ка- И-ЗОА ИГП-30 Смазы-
ретки и поперечные вать
салазки
Конусная ось резце- И-ЗОА То же То же
держателя
Резцовые салазки И-ЗОА ИГП-30 »
суппорта и опоры
винта привода
поперечных салазок
Задняя бабка И-ЗОА То же »
— Мае- —
ленка
0,01 Тоже 0
40
160
Сменные шестерни и Соли- Литол- »
ось промежуточной дол Ж 24
сменной шестерни
Резервуар масляной И-20А ИГП-18 Замена 1000
ванны
Долив 320
&
0,2
10
Ы
1,2
Л
34
0^
3
Кисть
Бачок
2,4
2,4
2,2
19
2,4
0 — —
0 — —
0 — —
+
+
+
+
13,6 МИО
27,2

9
10
11
12
13
1
1
2
1
1
Сливное отверстие
Маслоуказатель
масляной ванны
Задние опоры
ходового винта и
ходового вала
Маслоуказатель
фартука
Резервуар фартука
— — Слив
— —
Контроль
уровня
И-ЗОА ИГП-30
Смазывать
— —
Контроль
уровня
И-ЗОА ИГП-30 Замена
Долив
8
40
8
1000
80
—
0,03
—
1,5
3
0,01
0,03
—

Масленка
—
Бачок
»
—
2,4
1,5
—
10
1,5
и мио
2,4
Примечание. Карта смазки разработана для работы станков в одну смену (8 ч): расход масел приводится в литрах,
пластичных смазок - в килограммах; МИО - масла индустриальные отработанные (ГОСТ 21046-86).

546 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН

Таблица 3.2
Карта смазки сновальной машины модели 4126/2 фирмы «Текстима» (Германия)
Номер
точки
смазки
на рис.
3.2
Число

идентичных
точек
смазки
Наименование смазываемой точки
Смазочный материал
марка
способ
внесения
периодичность
добавления
или замены, ч
норма
расхода
на год,
кг
рекомендуемые
заменители
О
о
ш
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1
1
1
1
2
2
1
1
3
2
1
1
2
15
4 Включение раскладки на свивку
Стойка привода
Опора ручного регулирования
» привода навоя
То же
Переключающая муфта
Механизм ступенчатого
переключения
Опора навоя (контрстойка)
» ручного регулирования
Включение подачи стола на свивку
Опора вала червяка
Опора ручного регулирования
» ходового винта подачи
Переключающие шпонки вилки
муфты
Опора переключения основания
К50 Масленка
50
К50
50
0,001
0,001
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,001
0,002
И-50А, ИГП-49,
Т46, И-Т-С-68
(мп)
То же
»
»
»
»
»
»
»
»
»
0,002 И-50А, ИГП-49
0,002 То же
0,002 »
0,001 »

Продолжение табл. 32
Номер
точки
смазки
на рис.
3.2
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Число

идентичных
точек
смазки
12
1
12
4
1
1
4
2
2
1
3
2
1
1
2
1
3
2
2
1
Наименование смазываемой точки
Ходовые ролики и стойки привода
Дисковая муфта
Ходовые ролики
» »
Вилка рычага включения
Система рычагов переключения
Регулировка конуса
Опоры дифференциала
Подшипник и цепное колесо
Опора ходового винта подачи
» переключения снования
» измерительного
приспособления
Опора оси переключения
» счетчика
» привода счетчика
» ходового винта привода
» системы рычагов
переключения
Опора дополнительного тормоза
» тормозных кулачков
марка
К.50
К.50
»
»
» подачи сновального стола
способ
внесения
Масленка
Масленка
»
»
Смазочный материал
периодичность
добавления
или замены, ч
50
50
50
50
норма
расхода
на год,
кг
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,002
0,002
0,001
0,001
0,001
0,002
0,002
0,002
0,002
0,001
0,002
0,002
рекомендуемые
заменители
»
Масленка
И-50А, ИГП-49,
Т46,И-Т-С-68(мп)
То же
»
»
»
»

36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
13
2
2
2
3
1
1
1
2
1
1
1
2
2
2
1
2
1
1
1
1
Ходовые ролики
Устройство натяжения цепи Я50 »
Опора дополнительного тормоза
» тормозных кулачков
Дополнительный тормоз,
ходовой винт и система рычагов
Опора поворотной трубы
Приводная цепь
Опора шанжирного вала
» ручного регулирования К50
Опора ходового винта привода
» шанжирования
Включение свивки
Поворотный подшипник и стой- К50 Масленка
ка привода
Поворотный подшипник и
контрстойка
Опора промежуточного вала
Натяжной ролик клиновидного
ремня
Подшипники роликов ходового 8\УА532 Шприц
устройства
Опора сновального барабана
Резервный ролик
Опора сновального барабана
Ступенчатый механизм
переключения
ОЫ25 Бачок
50
50
50
600
600
600
600
600
600
2000
0,001
0,002
0,001
0,002
0,001
0,002
0,005
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,001
0,001
0,002
0,002
0,001
0,002
6
»
Литол-24,
ЦИАТИМ-201,
БНЗ-3, Текстол
ИРп-150,
ТАП-15В,
ИСП-110,
И-Т-С-150(мп)
-
9
I 40

Продолжение табл. 32
Номер
точки
смазки
на рис.
3.2
Число

идентичных
точек
смазки
Наименование смазываемой точки
Смазочный материал
марка
способ
внесения
периодичность
добавления
или замены, ч
норма
расхода
на год,
кг
рекомендуемые
заменители
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
1
1
1
2
2
4
2
2
8
Редуктор
Цепная передача (регулируемая)
Передача ходового
приспособления
Редуктор
»
»
Дифференциал
Механизм подачи
Опора механизма медленного
хода
» приводного вала
» направляющей трубы
» приводного цепного колеса
» шлицевого вала
Подшипники электродвигателей
ОЫ25 Бачок
З^А532 Лопатка
То же »
Шприц
»
Лопатка
» Шприц
»
Лопатка
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
0,5
8
0,5
0,5
0,3
0,5
0,003
0,003
0,002
0,002
0,002
0,002
0,002
0,16
ИРп-150,
ИСП-110,
ТАП-15В,
И-Т-С-150(мп)
Литол 24, БНЗ-3,
ЦИАТИМ-201,
Текстол

Смазка узлов
551
на техническое обслуживание оборудования. Число масленок,
установленных на машинах текстильного оборудования, достигает
нескольких сотен. Регулярное пополнение смазочного материала
связано с неизбежной остановкой машины.
Для наземных стационарных машин с целью сокращения
времени смазочных работ и надежности их выполнения, сокращения
расхода смазочных материалов применяют централизованные системы
смазки. Особенно широко такие системы применяют в
оборудовании легкой промышленности немецкие, итальянские, японские,
бельгийские и др. фирмы [10].
Основные термины и определения, а также классификация
смазочных систем, станций и устройств регламентированы ГОСТ
20765-75. Головным заводом в СССР по выпуску централизованных
систем смазки был Николаевский завод смазочного и
фильтрующего оборудования (Украина).
Смазочные системы классифицируются по конструкции и
принципу действия распределительных устройств. Наиболее
распространенные смазочные системы разделяются на системы с насосным
распределением, дроссельного дозирования, двухмагистральные,
импульсные, последовательные (по характеру подачи смазочного
материала) и др. [10].
Выбор смазочной системы производят с учетом характеристик
различных типов систем применительно к особенностям
смазываемых объектов (табл. 3.3).
Таблица 3.3
Характеристика смазочных систем
Параметры
Смазочный материал
жидкий
пластичный
Расход смазочного
материала, л/мин
до 0,03
0,03-0,5
0,5-2,5
2,5-20
свыше 20
Число точек ввода
смазочного материала
до 12
12-30
Максимальное давление
нагнетания, МПа
до 0,6
до 1,6
свыше 1,6

дроссельный
+
—
—
—
+
+
4-
+
+
+
—
—

импульсный
+
—
+
—
—
—
—
+
+
—
+
—
Тип системы
последо-
ватель-
ный
+
+
+
+
+
+
—
+
+
—
+
+
двухма-
гистраль-
ный
+
+
+
+
+
—
—
—
+
—
+
+
с
многоотводными
насосами
+
+
+
—
—
—
—
+
—
+
+
+

552 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
Рис. 3.3. Схема смазки швейной машины ХЕ-500 фирмы "Юнион снециаль" при
использовании автоматической системы смазки:
а - серийной; б - усовершенствованной

Смазка узлов
553
В состав смазочной системы входят: смазочное оборудование -
станции, насосы, централизованные системы распределения и
контрольно-регулировочная аппаратура (дроссельные блоки,
предохранительные клапаны, реле контроля), а также фильтрующее
оборудование (фильтры, сепараторы).
На рис. 3.3 дан пример серийной и усовершенствованной
(автоматической централизованной) систем смазки сверхскоростной
швейной машины ХР-500 фирмы "Юнион специаль" (США), работающей
с частотой вращения главного вала 9000 мин1 [10].
В машине (рис.3.3 а) имеется насос 8 двойного действия, сменные
масляные фильтры 3 и 7, дроссель 9 и вентилятор б, совмещенный со
шкивом, а также маслоохладитель 5 и устройство для охлаждения
иглы 7. Система 2, осуществляющая отсос излишков масла из
фронтальной части машины благодаря малому сечению отсасывающих
трубопроводов, обладает высокой отсасывающей способностью.
Циркуляция масла хорошо видна через прозрачный колпачок -
маслоуказатель 4, выполняющий функцию визуального контроля
исправной работы масляной смстемы. Помимо этого, система имеет и
ряд контрольных устройств, следящих за исправной работой
системы с помощью электроники.
Эта сверхсовременная система получила дальнейшее развитие
(рис. 3.3 б). Новая система отличается тем, что масляный резервуар 6
расположен автономно и соединен с масляным резервуаром 6
шлангами 4. Подача масла к машине производится масляным насосом 5,
смонтированным в виде автономного блока посредством
посадочного фланца 2 на боковой стойке стола машины и приводимым в
действие электродвигателем 7.
В состав системы автономного блока входит также дроссель 3 с
контрольным блоком, который обеспечивает требуемую
температуру масла смазочной системы. Температурные датчики,
расположенные в различных зонах машины. Температура зависит от скорости
циркуляции масла в системе, регулировка которой осуществляется
изменением рабочих характеристик масляного насоса. В систему
смазки входят также масляные фильтры, расположенные в различных
точках системы [10].
3. Ремонт машин
Ремонт заключается в восстановлении и замене изношенных и
поврежденных деталей, узлов и агрегатов, устранении
неисправностей и нанесении антикоррозионных покрытий.
Принцип постановки машины на ремонт при ее дальнейшей
непригодности к эксплуатации требует увеличения парка машин и
численности рабочих, занятых ремонтом, не говоря о снижении
надежности машин в работе.

554 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
В свое время прогрессивной являлась система послеосмотровых
ремонтов, по которой потребность в ремонте определяется в
результате освидетельствования технического состояния машины. Эта
система сохранила свое значение во многих случаях и сейчас. По этой
системе техническое обслуживание и контроль технического
состояния производятся в плановом порядке, а ремонтные работы по
потребности.
Позднее стала признаваться более эффективной для
социалистического ведения хозяйства планово-предупредительная система
ремонта (ППР) и технического обслуживания. Эта система
представляет собой комплекс организационно-технических мероприятий по
уходу, надзору, обслуживанию и ремонту машин и оборудования,
проводимых периодически, по заранее составленному плану. Она
исключает возможность доведения машины и аппаратуры до
неработоспособного состояния [3]. По этой системе машины выводятся на ремонт
в принудительном порядке, по плану, после выработки
определенного ресурса. Измерителем служит время в часах работы для
двигателей, насосов, компрессоров, экскаваторов, дробилок и других
машин.
В зависимости от вида техники мероприятия технического
обслуживания называются техническим обслуживанием, техническим
уходом или в заводском оборудовании межремонтным обслуживанием.
Техническое обслуживание подразделяется на текущее и
периодическое. Текущее обслуживание производится ежедневно или
ежесменно и обозначается ЕО или ЕУ в практике эксплуатации строительно-
дорожных машин, тракторного парка и автомобилей.
Периодическое обслуживание производится после выработки машиной
определенного ресурса в часах или другом измерителе. Техническое
обслуживание в зависимости от содержания выполняемых работ
нумеруется - каждый высший номер содержит все работы низших номеров
плюс дополнительные. Периодическое обслуживание, к примеру,
строительно-дорожных машин складывается из ТО-1 и ТО-2.
Периодическое техническое обслуживание машинного оборудования
предприятий с промывкой оборудования, работающего в условиях
загрязненности в системе ППР именуется осмотровым ремонтом (О).
В зависимости от объема ремонтных работ плановые ремонты
разделяются на текущий (Т), средний (С) и капитальный (К). При
капитальном ремонте производится полная разборка машины. Текущий
ремонт иногда именуют малым и обозначают М.
Для машин, работа которых связана с сезонностью, например
путевых машин, предусматривается дополнительная категория
ремонта - годовой ремонт. Его назначение - подготовить машины к
интенсивным сезонным работам без вынужденных простоев на
непредусмотренные работы. Для некоторых машин может отсутствовать
категория капитального ремонта. Так, паровая турбина может про-

Ремонт машин
555
работать без капитального ремонта до 60 000 ч. Если за
соответствующий промежуток рабочего времени судно, на котором турбина
установлена в качестве главного двигателя, морально износится, то
очевидно, что в систему ППР ремонт турбины не вносился.
Различные категории ремонта приходится устанавливать в связи
с различной износостойкостью узлов трения в машине.
Промежуток в соответствующем измерителе между
следующими друг за другом ремонтами называется межремонтным периодом.
Промежуток между двумя последовательными капитальными
ремонтами называется ремонтным циклом. Порядок чередования всех
видов ремонта внутри цикла определяет его структуру.
Для примера приводится структура ремонтного цикла ковочных
машин, кузнечно-прессовых автоматов, молотов и фрикционных
прессов:
К-О-О-М-О-О-С-О-О-М-О-О-С-О-О-М-О-О-К
Для ряда машин практикой технической эксплуатации
установлено несколько видов текущих ремонтов, отличающихся по объему
работ и их сложности.
Важно при проектировании машины и последующих
эксплуатационных испытаниях иметь номенклатуру запасных деталей.
Потребность в запасных деталях зависит в большой степени от районов
страны, где будет эксплуатироваться та или иная машина. Опыт
свидетельствует, что машины (автомобили, тракторы, дорожно-строитель-
ные машины и др.),эксплуатируемые в раинах Севера, требуют в 1,5-
2 раза больше запасных деталей по сравнению с машинами,
работающими в средней полосе России. Связь износостойкости трущихся
деталей с климатом обусловлена водородным износом, который
проявляется более всего в осенне-весенний период, а также большими
износами при запуске и остановке машины в холодное время года.
4. Создание на крупных предприятиях подразделений
по триботехническому обслуживанию машин
и оборудования (на примере одного предприятия
Казахстана)
На больших промышленных предприятиях, где работы по
обслуживанию и ремонту машин и оборудования достигают многих
тысяч рабочих часов в месяц, а на покупку запасных частей,
смазочных и других расходных материалов тратятся миллионы долларов,
целесообразно организовывать специализированные подразделения,
в задачи которых входил бы весь комплекс работ, относящийся
к триботехническому обслуживанию и ремонту подвижных
соединений.
С этой целью на крупнейшем промышленном комбинате по
добыче меди в Казахстане П.И. Корником, А.И. Лыбиным и Г.А. Ис-

556 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
томиным было организовано межотраслевое
производственно-внедренческое предприятие (фирма) "Надежность и долговечность" для
сервисного обслуживания машин и оборудования по их
техническому состоянию.
В основной деятельности предприятия (фирмы) можно выделить
четыре направления:
- обслуживание технического оборудования по смазке с
применением новых металлоплакирующих смазок и добавок к маслам;
- создание производственных мощностей по очистке и
активации масел. Ремонт, изготовление и модернизация смазочного
оборудования;
- исследовательская и внедренческая деятельность;
- коммерческая деятельность.
В течение ряда лет работники фирмы разрабатывали свою
систему сервисного обслуживания узлов трения. На каждую единицу
машин и оборудования разработана технологическая карта, закреплен
сотрудник фирмы, отлично знающий смазочную технику,
инструкции по обслуживанию машины и технике безопасности.
В карте обслуживания, на основе карты смазки завода
производителя, указаны все узлы смазывания, даты обслуживания этих
узлов, подписи смазчика, механика, а в транспортных средствах —
водителя. Кроме того, применяется "Акт по обслуживанию" в
котором делаются записи о неисправностях того или иного узла трения,
его ремонте и особые отметки. Эти простые формы ведения
технической документации сохраняются и их анализ позволяет точно
выявить "слабые места" машины и принять наобходимые меры по
их устранению, установить более оптимальные сроки проведения
смазочно-регулировочных работ и их объем, а также в отдельных
узлах трения произвести замену того или иного смазочного
материала.
В целом фирмой на ближайшие годы ставится решение
следующих научно-технических проблем:
- перевод всех наиболее нагруженных узлов трения на смазку с
металлоплакирующими присадками;
- расширение применения централизованных систем смазки на
машинах и оборудовании с большим количеством смазываемых
узлов трения;
- учет особенностей окружающей среды;
- учет условий эксплуатации и особенностей работы конкретных
подшипниковых узлов;
- оценка эффективности способов подачи смазки к узлам трения;
- оценка эксплуатационного возраста машин и оборудования;
- обеспечение периодичности подачи смазки в оптимальных
количествах;
- техническое обучение технического персонала.

Создание подразделений по триботехническому обслуживанию машин
557
В некоторых узлах трения возможно использование
синтетических смазывающих материалов. Хотя стоимость синтетических
продуктов в 4...8 раз превышает стоимость минеральных масел, их
применение позволяет резко расширить диапазон рабочих температур и
увеличить сроки эксплуатации, что в конечном счете дает
соответствующий коммерческий выигрыш.
Применение синтетических углеводородов в различных
компрессорах, редукторах, системах с масляным туманом, паровых турбинах
и др. приводит к снижению энергозатрат, уменьшению рабочей
температуры и повышению эффективности работы оборудования.
Заметим, что синтетические смазочные материалы могут
обладать как наиболее низким, так и наиболее высоким коэффициентом
трения по сравнению с минеральными смазочными материалами.
Материалы с низким коэффициентом трения выгодно применять в
силовых трансмиссиях для снижения энергетических потерь, а с
высоким коэффициентом трения — в качестве фрикционных жидкостей
для фрикционных вариаторов и др. Синтетические смазывающие
материалы обладают высокой долговечностью, хорошим
сопротивлением окислению, не содержат соединений, вызывающих
образование осадка.
Большое место в работе фирмы занимают вопросы
обслуживания машин и оборудования в подземных условиях — создание
специализированных заправочных станций и решение связанных с этим
экологических проблем.
Фирма имеет собственные разработки металлоплакирующих
смазочных материалов, реализующих при работе эффект безызнос-
ного трения типа "Мидея" и присадок к маслам типа "Валена".
Контроль качества смазочных материалов, их модификации и
определение областей их рационального применения производится в трибо-
технической лаборатории фирмы.
Применение металлоплакирующих смазочных материалов в
узлах трения, упорядочение смазочно-регулировочных работ,
проводимых фирмой, сказалось на сокращении расхода подшипников
качения и времени их замены, что естественно привело к
значительному экономическому эффекту. В табл. 3.4 приведен расход двух с
большими габаритами подшипников качения за период 1992—1996 гг. на
обогатительной фабрике.
В табл. 3.5 приведены данные о сроках службы подшипников
качения до и после применения металлоплакирующих смазок и о
годовой эффективности при работе их в узлах трения рудоизмельчитель-
ных мельниц.

558 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
Таблица 3.4
Расход подшипников качения за период 1992-1996 гг.
№
подшипника
Наименование
агрегатов, на которых
применяется
подшипник
Расход подшипников

нормативный до
1996 г.
за
1992 г.
за
1993 г.
за
1994 г.
за
1995 г.
за
1996 г.
3652,3640 Мельница
318,320, Насосы,
46318,3618, электродвигатели
53620,412,
312,313
7518,7620,
7520
Флотамашины
120 126 148 73 52 61
1810 1563 1820 1461 1034 995
434 353 516 188 96 260
Номер
подшипника
3640
3652
Итого
Кол-во
подшипников
46
98
144
Срок службы
1992-1993
1996-1997
1 год 2 года
1 год 2 года
Цена,
долл.
662
2 182
Таблица 3.5
Годовая

эффективность
15 230
106 920
122 150
Помимо узлов трения рудоизмельчительных мельниц,
дробильных комплексов, вагонеток, фирма проводит техническое
обслуживание большегрузных погрузчиков Са1егрПаг и ТОКО,
автосамосвалов ТОКО и БелАЗ, буровых машин Рагатайк, УБШ, СБУ и ПМЗШ,
вентиляционных и насосных установок и др.
Фирса крайне заинтересована в повышении качества
обслуживания узлов трения машин и механизмов. С этой целью она
систематически повышает квалификацию своих сотрудников, покупая
необходимую для них техническую литературу и проводя технические
занятия. Руководители фирмы следят за новыми разработками в области
смазочной техники, участвуют в научных конференциях в других
странах и сами проводя международные семинары по интересующей
тематике.
5. Безразборное восстановление изношенных машин
Сущность процесса. Ранее была описана технология процесса
ФАБО (см. 2-ю часть книги). Здесь будет показано, что на основе
эффекта безызносности возможно благодаря трению не только
покрывать поверхности трущихся деталей тонкими слоями антифрикцион-

Безразборное восстановление изношенных машин
559
ных материалов с помощью рабочего инструмента, но и
восстанавливать узлы трения машин без их разборки.
Необходимо напомнить, что эффект безызносности относится к
сомоорганизующимся явлениям неживой природы. При его
реализации узел трения по конструкции и характеру работы напоминает
сустав живого организма. Это утверждение было впервые отмечено
в описании открытия (Бюллетень изобретений и открытий, № 17,
1966 г.) [8].
При эффекте безызносности в паре бронза - сталь
самопроизвольно образующаяся металлическая пленка (меди, олова) с особыми
свойствами значительно снижает коэффициент трения и износ деталей. В
случае применения смазочной среды, содержащей оксиды,
гидрооксиды металлов, соли минеральных или органических кислот, а также
комплексные соединения мягких металлов при работе узла трения
сталь - сталь или сталь - чугун на поверхностях в зоне
непосредственного контакта образуется защитная (сервовитная) пленка из
металла, вводимого в смазочную среду в виде указанных выше
соединений. Благодаря особым свойствам этой пленки (высокой
адсорбционной способности, пористости, низкому сопротивлению сдвигу) на
ее поверхности образуется плотный хемосорбционный слой (серфинг-
пленка), представляющий координационные соединения металла с
поверхностно-активными веществами (ПАВ). Таким образом,
образование металлической пленки и на ней серфинг-пленки на обеих
поверхностях уменьшает зазор в узлах трения в ряде случаях до
первоначального размера.
Высокая износостойкость восстановленного таким образом узла
трения обусловлена рядом факторов, подробно описанных ранее в
опубликованных работах (удержание в зоне контакта частиц износа
электрическими силами, усиление действия эффекта Ребиндера,
защита от водородного износа и др.) [4,9].
Технология безразборного восстановления автомобильного
двигателя. Технология состоит из трибологической обработки двигателя,
диагностики (снятия технических показателей до и после обработки),
а также гарантийного обслуживания двигателя автомобиля в
течение года или 30 тыс. км пробега [7].
7. Диагностика. Предварительно водителю автомобиля
задаются вопросы, касающиеся технического состояния автомобиля: как
работает двигатель, каков расход топлива и масла, когда
производилась замена масла, фильтров (топливного, масляного, воздушного),
когда производился капитальный ремонт двигателя с заменой
вкладышей, поршневых колец, расточкой цилиндров, шлифованием
шеек коленчатого вала, менялись ли маслосъемные колпачки и др.
вопросы.
2. Проверка уровня масла и его подтекание. Проверяется цвет
масла, присутствие воды (прибором или визуально). Если
обнаруживается вода в масле, выясняется причина его наличия, а также
устраняется подтекание масла.

560 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
3. Запуск двигателя. Прослушивается работа двигателя
стетоскопом на предмет наличия посторонних стуков. Часто причиной
плохого запуска двигателя являются недостаточные зазоры (тепловые)
клапанов.
4. Замер СО. Проверяется СО в выпускных газах на холостом ходу
и при 2500-3000 об/мин. Для объективности замера нужно убедиться,
что выпускной тракт не пропускает газы.
5. Проверка свечей. Вывертываются свечи и проверяется их
состояние, а также соответствие их марки модели двигателя.
Обращается внимание на цвет электродов и наличии твердой корочки нагара
на электродах. Выясняется у водителя, когда менялись свечи и когда
была их зачистка в последний раз. Складываются свечи в
пронумерованные ячейки, соответствующие номерам цилиндров.
6. Замер компрессии. Производится замер компрессии (двигатель
должен быть прогрет не ниже 60 °С). Компрессия по цилиндрам не
должна отличаться более чем на 1 атм для карбюраторных
двигателей и 2 атм для дизельных. Если в цилиндр попадает избыточное
количество масла, то в этом цилиндре может быть как минимальная,
так и максимальная компрессия. Минимальная компрессия
возникает в результате закоксовывания поршневых колец, из-за образования
смолистых веществ (продуктов сгорания масла и неполного
сгорания топлива). В этом случае свеча имеет большой нагар на
электродах. Неполное сгорание топлива может возникнуть и вследствие
неисправности свечи, неисправности в цепи высокого напряжения,
негерметичности закрытия клапанов и др. Высокая компрессия
возникает из-за наличия уплотняющей пленки избыточного масла в
межкольцевом и цилиндровом зазоре. В этом случае свечи всегда имеют
нагар на электродах. Избыточное попадание масла в цилиндры
может происходить в результате выхода из строя маслосъемных
колпачков клапанов; повышенного износа направляющих втулок
клапанов или наличия в них трещин; деформирования головки блока из-за
перегрева (часто встречается в дизелях); износа или закоксовывания
маслосъемных поршневых колец; повышенного давления картерных
газов. Очень низкая компрессия может быть в результате поломки
колец и прогара поршней. Этот дефект может быть установлен
замером компрессии с заливкой в цилиндр моторного масла 10-20 мл. Если
при этом компрессия возрастает хотя бы на 2 атм, то можно считать,
что этих дефектов нет. Кроме того, необходимо еще проверить геме-
тичность закрытия клапанов. Для этого нужно установить поршень
в ВМТ, включить скорость, установить ручной тормоз, опрессовать
цилиндр воздухом Р = 2 атм и стетоскопом прослушать наличие
шумов на выходе воздуха в карбюраторе (в воздушном коллекторе
дизеля), в выхлопной трубе, радиаторе или расширительном бачке,
маслоналивной горловине. По наличию шумов можно судить о больших
неплотностях соответственно во впускном клапане, выпускном
клапане, о пробое прокладки под головкой блока и неисправностях ЦП Г.

Безразборное восстановление изношенных машин
561
7. Проверка состояния трамблера. Проверяется наличие нагара
на контактах крышки и бегунке (нагар зачищается); замеряется и
регулируется зазор между контактами прерывателя (для контактной
системы зажигания), контакты зачищаются. При наличии
высоковольтных пробоев или большого износа на контактах крышки и бегунка
их необходимо заменить. При наличии люфта в подшипнике
трамблер необходимо отремонтировать. При износе контактов
прерывателя их также необходимо заменить.
8. Очистка магистрали вентиляции картерных газов.
9. Проверка свечей зажигания. Проверяются свечи зажигания
после зачистки электродов и регулировки зазоров на стенде. В
дизельных двигателях проверяются форсунки на соответствие давления
впрыска и количество распыла на стенде. Проверяются на
работоспособность свечи накаливания.
10. Проверка и регулирока момента зажигания. Проверяется и
регулируется момент зажигания при помощи стробоскопа.
11. Регулировка холостого хода. Производится регулировка
холостого хода карбюратора, количество и качество смеси при
помощи газоанализатора и тахометра. Проверяется, не забит ли в
карбюраторе канал отбора картерных газов.
Триботехническая обработка двигателя. Обработку двигателя
производят на старом масле с последующей промывкой двигателя
промывочным маслом и заменой масла. Двигатель прогревается до
температуры не менее 50 °С. При работающем двигателе через
отверстие масляного щупа шприцем вводится маслорастворимая метал-
лоплакирующая присадка (например МКФ-18) в количестве 0,2...
0,3 % от объема заливаемого в картер масла.
Обработка цилиндров ведется подачей металлоплакирующей
присадки через главный диффузор карбюратора. Для двигателей с
подачей топлива впрыском и дизелей подача присадки производится
через воздушный тракт, при этом нужно максимально приблизить
подачу присадки к каждому цилиндру посредством гибкого шланга
(от медицинской капельницы) и шприца. Присадка вводится
небольшими порциями (каплями) попеременно в каждый цилиндр за 3...
4 перехода (по 25...30 % от необходимого объема присадки на один
цилиндр).
При обработке бензинового двигателя могут падать обороты, что
устраняется перегазовками, которые необходимо проводить во
время обработки. Перегазовка исключает накапливание присадки у
выпускных клапанов.
При обработке двигателя с впрыском присадку необходимо
подавать осторожно. При попадании большого количества присадки в
цилиндр может произойти раннее воспламенение смеси, что
приведет к попаданию присадки в плунжер распылителя форсунки во
время открытия иглы распылителя, при этом будет слышен звонкий стук
в форсунке. Также присадка может попадать под клапан. При этом
36 - 2039

562 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
появится "чавкающий" звук и будут видны прорывающиеся газы в
воздушную магистраль. В таких случаях нужно приостановить
обработку до прекращения звуков.
Во время обработки из выпускной трубы идет густой белый дым
и капает вода.
После обработки не заглушая двигатель производят пробег
автомобиля 30.. .40 км со скоростью 60.. .70 км/ч, после чего проверяют
компрессию, замеряют СО и расход картерных газов. При
отклонении компрессии в цилиндре более чем на 2 атм цилиндр
обрабатывают вторично.
При обработке бензинового двигателя присадка заливается в
цилиндр через свечное отверстие, вворачивается свеча, но не
подключается высоковольтный провод, он нагружается другой свечой и в
таком состоянии запускается двигатель на холостом ходу на 3...
5 мин. После этого подключается высоковольтный провод и вновь
запускается двигатель на 15.. .20 мин для выгорания присадки. Свеча
выкручивается и зачищается. Для этого необходимо иметь
технологические свечи.
Сливается старое масло, двигатель желательно промыть
промывочным маслом, если масло было очень темное. Заливается свежее
масло с присадкой МКФ-18 в количестве 0,2 % от объема.
Заменяется масляный фильтр.
Количество вводимой присадки зависит от объема цилиндров:
Уц = 1,3 л — добавляется 160 мл присадка;
Уц = 2 л — 200 мл;
Уц = 8,8 л (КАМАЗ)— 400-500 мл.
Гарантийное обслуживание. Через каждые 5000 км пробега
водитель должен доставлять автомобиль на проверку. При проверке
производится замер компрессии, содержание СО и масла на предмет
наличия в нем механических примесей. При снижении компрессии или
повышении СО в выпускных газах в масло добавляется присадка
МКФ-18 в количестве 0,1...0,2 % или обрабатываются отдельные
цилиндры по указанной технологии. При наличии механических
примесей в масле более 8,8 % (по прибору ИЗЖ) производится
замена масла с добавкой металлоплакирующей присадки в количестве
0,2%.
Гарантийное обслуживание действует в течение 1 года или 30 000
км пробега автомобиля.
Результаты эксплуатационных испытаний автомобилей с
двигателями, прошедшими безразборное восстановление. В 1990 г. на
одном из автомобильных предприятий было восстановлено 120
двигателей автомобиля "Волга" без разборки. Общий пробег
автомобилей был свыше 1000 тыс. км.
При восстановлении двигателей замерялась компрессия в
каждом цилиндре и содержание СО в выхлопных газах до и после
восстановления. 76 автомобилей с восстановленными двигателями экс-

Безразборное восстановление изношенных машин
563
плуатировались с последующей проверкой на содержание СО и
определением компрессии в цилиндрах. Данные после восстановления
и эксплуатации двигателей записывались в журнал регистрации
автомашин, прошедших безразборный ремонт.
Анализ данных, взятых из журнала, показал следующие
результаты:
1. Средний пробег автомобилей с восстановленными
двигателями без разборки составил 12 620 км;
2. До восстановления двигателей среднее содержание СО
составляло 2,9 %;
3. После восстановления двигателей и пробега в среднем
12 620 км среднее содержание СО составило 1 %, т.е. содержание СО
уменьшилось в 2,9 раза;
4. Среднее увеличение компрессии Р после восстановления
двигателей по четырем цилиндрам увеличилось на 3,45 кг/см2по
сравнению с первоначальной Р;
5. После эксплуатационных испытаний (средний пробег
автомобилей был 12 620 км) среднее увеличение компрессии Р по четырем
цилиндрам по сравнению с первоначальным значением Р (до
восстановления) составило 3,7 кг/см2.
В табл. 3.6 приведены результаты по безразборному
восстановлению автомобильных двигателей, взятые из журнала регистрации
автомобилей по трем автомобилям.
Таблица 3.6
Результаты эксплуатационных испытаний ватомобилей с двигателями,
прошедшими безразборное восстановление
Дата проведения
работы, №
автомобиля,
пробег в км
рУпг да
обработки
Р.пг после
обработки
Содержание СО, %
до обработки
после
обработки
24.01.90
№481
56290
31.01.90
№732М
64794
16.02.90
№390
29033
8
8,5
9
6,5
8,75
7,25
8
6
8,5
8,5
4,5
6,5
8,5
8,5
9
8,5
8,5
8
8
8
8,5
8,5
8,5
8
1,5
Анализ данных, приведенных в табл. 3.6, свидетельствует, что
ремонт автомобильных двигателей без разборки повышает и стаби-

564 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
лизирует компрессию в цилиндрах, что снижает расход топлива.
Наличие в масле двигателя металлорганической присадки способствует
антиокислительной стабильности масла, что повышает период его
службы.
Разработанная технология безразборного восстановления,
начиная с 1990 г., использовалась в ряде организаций России, а также
Латвии и Польши. На метод восстановления двигателей без
разборки на имя Д.Н. Гаркунова, В.Н. Быстрова, Г. Польцера и др. был
получен патент от 1.6.1990 № Р.40.17.914.1, Мюнхен "Смесь для
одноразового питания ДВС в соединении с присадкой к смазочному
материалу и трибосистемам".
В Тольятти Г.А. Истомин разработал и испытал Универсальный
масляный концентрат УМЧ-ИЧ, который при применении в узлах
трения производит восстановление изношенных поверхностей.
Концентрат был испытан в различных машинах, включая и двигатели
автомобилей. В табл. 3.7 приведено содержание СО до и после
безразборного восстановления двигателей автомобилей марок УАЗ и
ВАЗ.
Таблица 3.7
Содержание СО до и после безразборного восстановления
автомобильных двигателей
Марка, номер машины
1. УАЗ 31512
2. »
3. »
4. »
5. »
6. »
7. »
8. »
9. УАЗ 3741
10. ВАЗ 2105
43-53
59-71
07-17
05-80
45-94
54-72
43-44
43-25
27-75
05-47
11. УАЗ 31512 43-48
12. ВАЗ 21063 59-18
13. УАЗ 31512 54-70
14. »
15. »
16. ВАЗ 21011
59-70
00-80
75-42
Токсичность
до обработки
0,5
1,5
4,0
0,4
1,4
0,2
0,2
4,8
9,2
5,2
3,0
5,2
0,4
0,8
7,8
0,6
после обработки
0,2
0,2
0,2
0,2
0,5
0,1
0,1
1,1
1,5
0,6
1,3
0,9
0,1
0,1
1,6
0,1
Снятие показаний производилось с 10.02 по 2.03.92 г.
Максимальное снижение токсичности отмечено на автомобиле УАЗ-31512
№ 00-80 - с 7,8 % до 1,6 %. Показания токсичности по СО после
обработки имеют большой запас по требованиям ГОСТ 17.2.2.03-87.

Безразборное восстановление изношенных машин 565
Балабанов В.И. [1] разработал композицию для безразборного
восстановления двигателей автомобилей,которая состоит из пласти-
ных металлов (мелкодисперсные порошки меди и олова,
содержащиеся в среде «М-Пульс 2000» и включающей в том числе полимеризую-
щиеся поверхностно-активные вещества.
Исследования и отработка метода безразборного восстановления
(МБВ) двигателей внутреннего сгорания В.И. Балабановым [1]
проводилась на ряде предприятий, в том числе ГППЗ «Горки-2» (КамАЗ-
4210, ГАЗ-53А, 52 и др.), АТП «Калугасельстрой» (КамАЗ-42 на
аварийной базе ПАУКС Мосочисвода (ЗИЛ-130), агроферме «Пойма»
(ВАЗ-2101, 21 2106, АЗЛК 2141, УАЗ-469, ГАЗ-53 ДТ-75), автобазе
Московской железной дороги (дизель-генератор К-461, ЗИЛ-130, ГАЗ-
66,53), автомобилях частных владельцев и др. Всего было
обработано более 100 ДВС, у которых была потеря компрессии в цилиндрах.
Замер компрессии производился до обработки, после обработки
и пробега 500, 5000, 25 000, 50 000 км. После пробега 500 км была
проведена также частичная разборка деталей цилиндропоршневой
группы одного ДВС. Было выявлено наличие медьсодержащей пленки.
В результате испытаний обработанны МБВ двигателей
получены следующие результаты:
1. Увеличение компрессии в цилиндрах до 50 % (табл. 3.8).
Средняя компрессия по цилиндрам двигателей автомоб]
Марка автомобиля
Пробег,
тыс. км
Компрессия, МПа
до МБВ
после МБВ
Средняя компрессия по цилиндрам двигателей автомобилей
ВМЛУ-315
ВАЗ-2101
ВАЗ-2102
ВАЗ-2104
ВАЗ-21063
ВАЗ-21083
ВАЗ-21093
ГАЗ-53А
ГАЗ-24
ЗиЛ-130
ЗиЛ-131
М-412(АЗЛК)
СеАЗ-1111
УАЗ-469
183
133
216
162
120
117
100
102
156
93
153
178
122
134
0,76
0,85
0,59
0,83
0,76
0,87
0,96
0,55
0,69
0,78
0,50
0,76
1,10
0,77
0,88
0,90
0,64
0,91
0,99
0,95
1,10
0,58
0,84
0,85
0,75
0,80
1,50
0,81
Таблица 3.8
Повышение

компрессии, %
15,8
5,9
8,5
9,6
30,3
9,2
11,5
5,5
21,4
8,9
50,0
5,3
36,4
5,2
2. Выравнивание максимального давления в цилиндрах
независимо от начальных условий.

566
УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
К. МПа
1.5
М|
1.3|
1,2
1.1
1.0
|в первом цилиндре
М5
во втором цияиндрсрггй
1.25
1.2
0,5
1,30
1.20
1.15
1.5 5.0 25.0
50.0 и тыскм
Рис 3.4. Компрессия (Р, МПа) в цилиндрах двигателя автомобиля СеАЗ-1111 "Ока"
в зависимости от пробега после обработки (Ь, тыс. км) [1]
3. Снижение содержания СО в отработанных газах с исправной
топливной системой в 2 раза на холостых оборотах двигателя (800
мин), с 3,80 % до 1,71, и в 3 раза на номинальных оборотах
двигателя B500 мин '), с 6,29 % до 2,29 % (табл.3.9).
Таблица 3.9
Содержание окиси углерода (СО,%) в выхлопных газах двигателей
автомобилей на различных оборотах (мин ')
Марка
автомобиля
ВАЗ-21063
ГАЗ-53А
СО до
800
3,5
4,0
МБВ, %
| 2500
6,2
4,7
СО после
800 |
1,7
3,2
МБВ, %
2500
2,3
2,6
Изменение, %
800 | 2500
51,4 63,1
20,0 44,7
4. Увеличение давления масла по показаниям прибора в среднем
на 0,05 МПа.
5. Снижение расхода топлива и моторного масла до 5 %.
6. Более легкий запуск холодного двигателя (особенно при
минусовой температуре) и его устойчивая работа на холостых оборотах.
7. Максимальный эффект от восстановительной обработки
наблюдается после определенного пробега автомобиля. На рис. 3.4
показан график изменения компрессии в цилиндрах двигателя автомо-

Безразборное восстановление изношенных машин
567
Рис. 3.5. Схема установки для безразборного восстановления работоспособности
плунжерных пар топливных насосов дизельных двигателей
биля, прошедшего безразборное восстановление, при его пробеге
50 000 км (до восстановления автомобиль имел пробег 12 000 км).
Как видно из приведенного рисунка, максимальная компрессия
соответствует пробегу автомобиля 1,5 тыс. км.
В России безразборным восстановлением двигателей
автомобилей, помимо указанных авторов, занимаются В.Ф. Пичугин, С.А.
Сокол и др.
Безразборное восстановление плунжерных пар топливных
насосов двигателей сельскохозяйственной техники. Данная работа была
выполнена к.т.н. А.Ю. Кривашиным под руководством проф.
Ю.Н. Ломоносова в Челябинском агроинженерном университете в
1992 г. [6]. Автором была разработана и изготовлена установка для
восстановления работоспособности плунжерных пар. Схема
установки показана на рис. 3.5.
Установка работает следующим образом. Кулачковый вал 7
приводится во вращение от приводного вала стенда "Мотор-вал НЦ-104".
При этом подкачивающий насос 2 подает из емкости 1
металлсодержащую рабочую среду в головку топливного насоса высокого
давления (ТНВД) к плунжерной паре 3, 4. Плунжер 4 приводится в
возвратно-поступательное движение от кулачкового вала 7 и создает
давление среды в надплунжерном пространстве, которое передается
через нагнетательный клапан 5 к трубке Бур дона 6, где и
аккумулируется. Одновременно плунжер 4 через кривошип 10, шатун 9, рейку
8 от двигателя 11 приводится в возвратно-вращательное движение.
Мощность, расходуемая двигателем на привод плунжера 4 в
возвратно-вращательное движение, определяется в результате регистрации
падения напряжения на шунтовом сопротивлении 12 вольтметром 13
и напряжения на блоке питания 75 вольтметром 14.

568
УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
Для восстановления работоспособности плунжерных пар ТНВД
топливный насос устанавливают на топливный стенд. Соединяют
секции с изношенными плунжерными парами трубопроводами
высокого давления через коллектор с манометром. Секции насоса с
плунжерными парами, не требующими восстановления, подсоединяют для
слива циркулирующей рабочей среды к емкости, которую
наполняют рабочей средой для нанесения покрытий и к ней подсоединяют
подкачивающий насос ТНВД, подающий среду в головку ТНВД к
плунжерным парам. Устанавливают на регулятор ТНВД привод
рейки. Включают основной двигатель стенда и устанавливают частоту
вращения вала ТНВД в пределах 80... 100 об/ мин. Подбирают
необходимую величину подачи секций нососа по развиваемому давлению
в плунжерном пространстве, изменяя длину шатуна и привода рейки
ТН. Включают двигатель привода рейки и устанавливают частоту
вращения вала в диапазоне 600... 1400 об/мин. Манометром
контролируют давление в надплунжерном пространстве. При увеличении
потребления тока двигателем привода рейки процесс прекращают.
Производят демонтаж манометра и трубопроводов высокого
давления. Для промывки полостей головки насоса подкачивающий насос
ТНВД и секции подключают к емкости с промывочной топливно-
масляной смесью. По окончании очистки, определяемом по
отсутствию частиц алюминия в промывочной жидкости, ТНВД
подключают к системе топливного стенда и выполняют регулировочные
операции согласно ГОСТ 20793-81.
Топливные насосы тракторных двигателей проверяют и, при
необходимости, регулируют при каждом третьем техническом
обслуживании трактора. Автор разработанного метода восстановления
изношенных плунжерных пар А.Ю. Кривашин рекомендует применять
метод при ТО-3, что позволит в 2 раза увеличить ресурс топливных
насосов и тем самым сократить потребность в ремонте.
Для получения качественного покрытия на изношенных местах
прецизионной пары при ее восстановлении рекомендуется
использовать среду следующего состава, масс.% [6] :
1. Аммоний медь хлористый ТУ 6-09-4491-77 2,1
2. Сульфат никеля ГОСТ 4456-74 0,5
3. Глюкоза ГОСТ 8039-74 3,0
4. Алюминиевый порошок ГОСТ 10096-76 1,0
5. Глицерин ГОСТ 6259- 75 остальное
Эксплуатационные испытания разработанного метода
восстановления плунжерных пар топливных насосов тракторов проводились
на одном из предприятий Курганской области.
Безразборное восстановление подшипников качения. В.И.
Балабанов [1] проводил безразборное восстановление подшипников качения
двигателя трактора К-701 (8ГПЗ-307А и 18ГПЗ-207). Подшипники
имели биение в поперечном сечении около 100 мкм, которое было
измерено при помощи специального приспособления с микрометри-

Безразборное восстановление изношенных машин
569
ческой головкой. Безразборное восстановление подшипников
качения заключается в том, что взамен стандартных смазок (Литол-24,
Солидол УС-2, Шрус-4 и др). заправляется смазка "МСК",
включающая те же компоненты, что и технологический состав "М-Пульс 2000"
или другая металлоплакирующая смазка типа "Мидея".
Подшипники нагружаются и работают при новом смазочном материале
некоторое время.
Поперечное биение подшипников качения двигателя трактора
К-701 после их обработки металоплакирующей смазкой
уменьшилось на 20 и 40 мкм. Визуальный осмотр внешнего и внутреннего
колец подшипников и тел качения показал наличие на них
сплошного медного покрытия. Автором также показана возможность
восстановления подшипников качения ступиц и шарниров равных
угловых скоростей (ШРУС) подвески автомобилей СеАЗ-111, Роге!
ЕзсоП, 1811211, ВАЗ-2163, а также валиков водяных насосов и других
узлов.
Безразборное восстановление тяжелого пресса. На Рязанском
заводе автоагрегатов при капитальном ремонте тяжелого пресса
УС-6300 ТС горячей штамповки коленчатых валов с заменой
подшипников скольжения главного вала пресса (подшипники
подвергались расточке и последующему шабрению) выяснилось, что
мощности двигателя не хватало, чтобы провернуть вхолостую коленчатый
вал пресса. Попытка приработать коленчатый вал к подшипникам
путем проворачивания его механическим путем не привела к
положительным результатам. Возникла необходимость разбирать пресс,
шабрить подшипники, собирать пресс и производить приработку
пресса. Специалисты АвтоВАЗа Г.А. Истомин и И.Н. Чадов
согласились ввести пресс в рабочее состояние без его разборки и провести
его приработку за три дня. Обычно приработка пресса после
капитального ремонта длится около 10 дней. Смазывание узлов трения
пресса производится масляной системой с пластичными смазками).
Авторы работы ввели в масляную систему свой металлоплакирую-
щий материал, провернули несколько раз механическим путем
главный вал пресса и пресс запустился от штатного электродвигателя.
Далее на этом же масле пресс проработал с ускоренным нагружением
три дня и был запущен в эксплуатацию.
В дальнейшем авторами были проведены аналогичные работы
на прессе УС-2500 ТС, обрезном стане УС 1000 ТС, стане поперечно-
винтовой прокатки фирмы "Рекрол" и др. в кузнечном корпусе
головного завода ЗИЛ. По мнению главного инженера завода ЗИЛ
СМ. Степашкина, работы дали положительный эффект по
сокращению сроков ремонта и обкатки уникального оборудования и
снижению расхода смазочных материалов при эксплуатации.

570 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
6. Очистка деталей, узлов, агрегатов, систем смазки
и других систем
1. Для очистки деталей перед сборкой от консервирующей
смазки или от загрязнений, оставшихся на поверхности при
изготовлении, производят промывку деталей и обдувку их сжатым воздухом.
Организация и методы очистки определяются масштабом
производства, габаритами и конструкцией деталей.
Особое внимание при очистке следует уделять каналам
смазочной системы и маслопроводам, откуда осевшие на их стенки во время
изготовления, хранения и транспортировки песок и другие
загрязнения могут попасть в поток смазки в процессе эксплуатации. Кроме
того, при сварке и горячем гнутье на их внутренней поверхности
образуется окалина, которая постепенно отслаивается пластинками
толщиной 0,01-0,03 мм. Хотя при движении эти пластинки дробятся,
но площадь их не уменьшается ниже 0,5-1 мм-, так что поверхность
частиц, которые могут заклинить зазоры весьма большая.
Все трубы, фитинги и каналы перед поступлением на сборку
необходимо тщательно очищать. Рекомендуется следующая
технология очистки труб большого диаметра: дробеструйная очистка
изнутри и продувка сжатым воздухом; погружение и выдержка в течение
1 ч в горячем масле с температурой на 15-20 °С выше наибольшей
эксплуатационной температуры масла в системе; обстукивание
трубы по длине; быстрый перенос в ванну с холодным маслом. После
двукратного повторения процедуры выемки трубы из последней
ванны дают маслу стечь и через трубу протягивают тампон из
неворсистой ткани. После проверки чистоты внутренней полости открытые
отверстия трубы закрывают деревянными пробками или глухими
фланцами. Аналогично подвергаются очистке соединительные
элементы и клапаны. В случае необходимости после дробеструйной
очистки производят дополнительную зачистку абразивным кругом.
Может оказаться целесообразным не закрывать отверстия деталей, а
хранение и доставку осуществлять в завязанных пакетах из плотной
бумаги [11].
Удаление заусенцев важно для повышения надежности работы
пар трения. Для этой цели наиболее эффективна и экономична
гидроабразивная очистка деталей, для которой отверстия малого лиа-
метра с образовавшимися заусенцами в глубине не служат
препятствиями.
Промытые от консервирующей смазки прецизионные детали и
комплекты, подготовленные к сборке, но не идущие сразу на
комплектование, помещают в закрытые ящики с рабочей жидкостью для
предотвращения попадания пыли и других посторонних частиц на
поверхности детали и во внутренние их полости.
Сборка наиболее ответственных агрегатов должна
производиться в закрытых помещениях, вдали от шоссейных дорог, дымовых труб

Очистка деталей, узлов, агрегатов и систем смазки и других систем
571
и других источников пыли. Предусматриваются также меры по
созданию избыточного давления в помещениях.
2. Собранные агрегаты и отдельные узлы машин при
изготовлении или ремонте промываются: прокачиваются на специальных
стендах теми же жидкостями, на которых они работают. Давление и
температура промывочных жидкостей должны соответствовать рабочим
давлениям и температурам. Длительность промывки агрегатов и
узлов в зависимости от их конструкции составляет от 3 до 15 мин. Для
контроля качества промывки устанавливают контрольные фильтры.
При обнаружении на фильтрах металлических блесток или других
механических частиц фильтры очищаются и агрегат промывается
вновь. После промывки - прокачки наружная поверхность агрегатов
промывается от рабочей жидкости, а наружные отверстия
закупориваются.
3. Промывка - прокачка системы смазки, гидравлической,
топливной и других систем производится после окончательной сборки
машины. Система заправляется рабочей жидкостью,
устанавливаются контрольные фильтры и производится проверка ее герметичности
и рабочих параметров. В системах ответственных механизмов с
прецизионными парами, как и при промывке агрегатов, наличие на
фильтрах металлических блесток и механических частиц недопустимо.
В сложных машинах промывку систем проводят по частям. При
этом отдельные участки системы закольцовывают специальным
промывочным агрегатом. Параллельно работающие в системе
трубопроводы не рекомендется промывать одновременно, так как может не
быть обеспечено одинаковое качество их промывки. Одновременная
промывка трубопроводов и баков не рекомендуется, так как
частицы, вымытые из трубопроводов, могут задержаться между
перегородками бака. Скорость движения рабочей жидкости при промывке
обычно берут в 1,5-2 раза больше рабочих скоростей движения
масла.
4. В эксплуатации перед сменой или заменой масла необходимо
промыть систему от грязевых остатков, осевших на стенки картеров,
масляных баков, отстойников, фильтров, трубопроводов, в каналах
системы и на трущихся деталях. Помимо абразивного действия на
трущиеся детали, грязевые осадки, не удаленные из смазочной
системы, способствуют окислению свежего масла. Слив отработанного
масла производится одновременно из картеров, баков, фильтров,
маслоохладителей и т.п. Для ускорения стока масла, обеспечения
слива из каналов системы и лучшего удаления механических примесей,
что возможно, когда они находятся во взвешенном состоянии, эту
операцию следует производить сразу после остановки машины. Слив
производят самотеком или же масло выкачивают маслонасо-сами.
В качестве промывочных материалов применяют керосин,
неэтилированный бензин, дизельное топливо, активные растворители
(щелочные растворы, четыреххлористый углерод и др.). Применение того

572 УХОД ЗА МАШИНОЙ, СМАЗКА УЗЛОВ, РЕМОНТ МАШИН
Рис. 3.6. Застойные зоны в агрегате гидросистемы (застойные зоны зачернены)
или иного промывочного материала или растворителя зависит от
степени загрязненности поверхностей, наличия и толщины лаковых
отложений.
Картеры систем с барботажной смазкой промывают струей.
Гидравлические системы после слива рабочей жидкости наполняют
растворителем, включают насос и переставляют золотники или краны
так, чтобы облегчить промывку устройств и гидропроводов.
Трудность очистки состоит в том, что в корпусных узлах топливных и
гидроагрегатов имеются застойные зоны. На рис. 3.6 показаны
застойные зоны, которые типичны для корпусных узлов топливорегулиру-
ющих агрегатов.
К сожалению, в настоящее время отсутствуют способы
контроля очистки каналов и полостей. Имеются предложения по
заглушению на время ремонта каналов, сообщающихся с застойными
зонами, так как в процессе ремонта агрегатов застойные зоны могут
загрязняться, что в дальнейшем приведет к отказу в работе агрегата.

Очистка деталей, узлов, агрегатов и систем смазки и других систем
573
Из циркуляционных систем смазки остановимся на промывке
масляных систем автотракторных двигателей. Прежде
рекомендовалось при промывке заливка в картер на 60-70 % его нормальной
емкости дизельное топливо и промыва систему при кратковременной
B-3 мин) работе двигателя вхолостую или при проворачивании его
пусковым двигателем в течение 3-5 мин. Однако было установлено,
что такой способ промывки может привести к повышенным износам
из-за недостаточной вязкости промывочной жидкости. В настоящее
время рекомендуется промывку производить так: снять масляные
фильтры, поставить их колпаки и, использовав специальные
наконечники, промыть систему при помощи нагнетателя сначала в
направлении масляного насоса, а затем - в направлении подшипников
коленчатого вала, поворачивая последний вручную на пол-оборота;
затем при помощи нагнетателя вытеснить остатки дизельного
топлива и заполнить систему чистым маслом [2].
Одновременно с промывкой и заливкой картеров производится
промывка всех точек ручной смазки. Должны быть так же тщательно
очищены детали, связанные с вентиляцией в системе. Обычно при
смене масла заменяют фильтрующие элементы фильтра тонкой
очистки.
5. Перед вводом в эксплуатацию машины, находящейся в
консервированном состоянии (после поступления в собранном виде с
завода-изготовителя или после длительного бездействия), необходимо
тщательно удалить с нее консервирующую смазку. Двигатели
внутреннего сгорания прогревают для этого горячей водой до
температуры блока цилиндров 60-70 °С. После удаления консервирующей
смазки с деталей и спуска ее из картеров промывают систему.
Соблюдение этих условий необходимо, так как остатки тугоплавкой
консервирующей смазки могут уже в первые часы работы машины
закупорить масляные каналы и прекратить доступ масла к смазываемым
точкам.

Глава 4. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
И РЕЖИМА РАБОТЫ МАШИНЫ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ
1. Общие сведения
1. Влияние эксплуатационного фактора на износостойкость и
долговечность деталей покажем на нескольких примерах, в которых
следствия от нарушения нормальных условий работы или правил
ухода за машиной наблюдаются не сразу, как, скажем, в случае
заправки машины загрязненным маслом или подачи в двигатель
некондиционного топлива:
а) пуск транспортного двигателя, в особенности
высокооборотного, с застывшим либо недостаточно прогретым маслом может
привести из-за ухудшения его прокачиваемости к поломке масляного
насоса, разрыву дюритных соединений маслопроводов и выбросу
масла из системы, к выплавлению антифрикционного металла или
задиру вкладышей и заклиниванию коленчатого вала, обрыву
шатунов и т.п.
На автомобилях и колесных транспортерах в условиях особо
низких температур воздуха отмечаются поломки крестовин карданных
валов при трогании с места без предварительного прогрева силовой
передачи;
б) недостаточная очистка котловой воды от солей приводит к ряду
неполадок в работе паровых турбин. Отложения накипи на
поверхностях лопаток сужают сечение потока, повышая удельный расход
пара (рис. 4.1). Наличие солевых частиц в паре усиливает износ
лопаток. Для рабочих лопаток дополнительной причиной усиленного
износа является ударное действие струй пара на спинку, обязанное
изменением угла входа на лопатку в результате искажения каналов
Рис. 4.1. Отложение накипи на рабочих лопатках активной турбины

Общие сведения
575
направляющих лопаток. Неравномерное отложение солей нарушает
балансировку и вызывает вибрацию турбины;
в) при разрегулировке топливных насосов многоцилиндрового
дизеля топливо подается в цилиндры неравномерно. Вследствие
этого и мощность по цилиндрам распределяется неравномерно - одни
цилиндры перегружены, другие недогружены. Втулки, поршневые
кольца, мотылевые шейки и подшипники перегруженных цилиндров
будут работать с повышенными против нормального износами;
г) как известно, обтирку машин надо производить
неворсистыми, достаточной прочности тканями. Нарушение этого требования
чревато тяжелыми последствиями, о чем свидетельствует
зарегистрированный случай выхода из строя шестицилиндрового
четырехтактного вспомогательного судового двигателя из-за подплавления ра-
мовых и мотылевых подшипников по причине засорения приемной
сетки масляного насоса ворсом ваты, которую применили в качестве
обтирочного материала.
2. Использование машин по назначению в надлежащих условиях
и правильная их загрузка имеют важное значение для долговечности
подвижных деталей. Так, например, использование для производства
шлифовальных работ станков, предназначенных для нарезания
точных резьб, сопряжено с абразивным износом узлов трения и
быстрой потерей станком точности. Расположение точных винторезных
станков вблизи станков, обрабатывающих чугунные изделия или
производящих сухое щлифование, недопустимо по той же причине.
Применение автомобильного крана с одноканатным грейфером
взамен экскаватора на добыче песка из береговых наносов резко
укорачивает межремонтные периоды крана. Использование
железнодорожного крана в качестве плавучего путем удаления ходовой части и
установки поворотной части на плашкоуте сопряжено с частыми
ремонтами из-за большой скорости изнашивания деталей крана в связи
с их ненормальным положением при крене и деференте плашкоута [9].
Могут быть случаи, когда машина используется для выполнения
предназначенных для нее операций, однако характер загрузки
вызывает неравномерный износ деталей. Обработка коротких винтов на
станках, предназначенных для изготовления длинных винтов,
приводит к повышенному износу на коротком участке ходовых винтов
станков и делает их в дальнейшем непригодными. Загрузка
универсального станка обработкой однотипных изделий приводит к
неравномерному износу направляющих станка и его ходового винта и
большому износу часто включаемых, в соответствии с ограниченным
диапазоном скоростей шпинделя, шестерен [8]. Эти примеры можно
было бы продолжить.
3. Непредусмотренные большие силовые воздействия
интенсифицируют износ. Поэтому на прецизионных металлорежущих станках
не допускается производство обдирочных работ; припуск на
отделочные операции должен быть минимальным в соответствии с
нормативами.

576 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ
Паспортом станка должен быть ограничен вес обрабатываемой
заготовки. Вообще, всякая перегрузка машины, независимо от того,
вызвана ли она стремлением повысить производительность,
неумелым управлением или случайными обстоятельствами, нарушает
нормальные условия работы деталей и узлов вследствие повышения
среднего удельного давления на рабочих поверхностях, возрастания
силовых и температурных деформаций деталей и ухудшения смазки. При
форсировании скоростей хода машины могут возникнуть
неблагоприятные условия даже в случае имеющейся непрерывной под
давлением масляной системы смазки: при имеющихся зазорах в
соединениях прокачка масла через них может оказаться недостаточной для
отвода выделяющейся при трении теплоты.
В двигателях внутреннего сгорания повышенные нагрузки сверх
нормативной сопровождаются ухудшением рабочего процесса, что
прямо и косвенно ведет к сокращению их сроков службы.
Переход на более форсированный режим работы машины может
значительно ухудшить условия работы трущихся деталей. В
практике эксплуатации дизелей замечено и специальными исследованиями
[9] установлено, что вслед за увеличением скорости вращения
коленчатого вала давление подачи масла в подшипники заметно
снижается и только через некоторый промежуток времени начинает
медленно повышаться до величины, соответствующей скоростному режиму
работы машины. Это объясняется особенностями работы
подшипников на переходных режимах. Аналогичные явления наблюдаются
в случае "разноса" двигателя (вследствие утери гребного винта,
заедания плунжеров топливных насосов и других причин). Иногда можно
эксплуатационными мероприятиями обеспечить безаварийную работу
подшипников. Например, при переходе на более высокий
скоростной режим работы дизеля с наддувом следует вначале повысить
скорость вращения коленчатого вала и лишь затем - давление наддува.
В судовых двигателях, работающих непосредственно на гребной
винт, переход с малого хода на средний, тем более на полный ход,
связан с резким повышением нагрузки и при недостаточно
прогретом двигателе может привести к заклиниванию поршней в
цилиндровых втулках [1].
4. Повышенный износ деталей ходовой части транспортных
машин происходит и в период их остановки. При тормозном моменте
колеса, равном или превышающем момент от сил сцепления колеса с
полотном дороги, происходит переход от качения к скольжению (юзу).
Юз приводит к местной выработке колес по кругу катания и
уменьшает срок службы шин из-за истирания протектора. Резкое
электрическое торможение или наличие в рельсовых механизмах
передвижения тормоза с завышенным тормозным моментом может стать
причиной возникновения высокочастотных колебаний большой
амплитуды, сопровождающихся ударами в зазорах сопряжений, что
снижает общую прочность и износостойкость деталей механизмов [6].

Общие сведения
577
Длительные установившиеся режимы работы машины при
нагрузках ниже номинальных в некоторых случаях повышают износ.
Это относится в первую очередь к двигателям внутреннего сгорания,
где при подобных условиях пониженный тепловой режим
неблагоприятен для работы цилиндропоршневой группы, а скоростной
режим - для смазки поверхностей трения.
5. Работа машины характеризуется нагрузочным, скоростным и
тепловым режимами. Одна и та же производительность машины
может быть достигнута при различных сочетаниях параметров
нагрузочного и скоростного режимов. Некоторый диапазон сочетаний
может оказаться наиболее выгодным с точки зрения
износостойкости, удовлетворяющим вместе с тем требованиям экономичности.
О детонации. Мощность и экономичность двигателя находятся в
прямой зависимости от степени сжатия. С увеличением степени
сжатия улучшается процесс протекания реакции сгорания, повышается
максимальное и среднее эффективное давление, уменьшаются
потери тепла в окружающую среду с отработавшими газами. Однако при
неблагоприятном сочетании давления и температуры в камере
сгорания, а также нарушении момента подачи топлива или его зажигания
сгорание топливовоздушной смеси переходит в детонационное. При
детонации резко увеличивается скорость распространения фронта
пламени с 20-30 до 1500-2500 м/с, резко возрастают давление и
температура, что сопровождается стуками деталей, ограничивающих
камеру сгорания. Такое сгорание плохо сказывается на
износостойкости деталей двигателя.
В процессе эксплуатации детонационное сгорание чаще всего
происходит по двум причинам: из-за применения горючего с
недостаточной детонационной стойкостью и из-за повышения теплового
режима двигателя. Для каждого двигателя должно применяться горючее с
определенным октановым числом; если же оно ниже требуемого, то
обычно возникает детонация. Для предотвращения детонации
необходимо снизить тепловой режим работы двигателя, в связи с чем
уменьшают угол опережения зажигания, обогащают горючую смесь
или применяют дросселирование. При установе зажигания на более
позднее положение можно добиться бездетонационной работы
двигателя, но при этом его мощность и экономичность снизятся. При
обогащении или обеднении смеси интенсивность детонации падает.
Однако этим методом пользуются как временной мерой, так как это
приводит к большому перерасходу горючего.
Повышенный тепловой режим работы двигателя может быть в
результате:
— плохого охлаждения головки цилиндра вследствие нагара на
стенках камеры сгорания, накипи или повышенной температуры
охлаждающей жидкости;
— длительного форсажа двигателя и введения в цилиндры
повышенного топливного заряда, что приводит к повышению
температуры газов в конце периода горения рабочей смеси;

578 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ
— высокой температуры воздуха, например летом, или
чрезмерного нагрева впускного трубопровода, служащего для улучшения
испарения горючего;
— чрезмерно раннего зажигания, приводящего к тому, что смесь
воспламеняется еще задолго до верхней мертвой точки и повышает
конечное давление и температуру.
Достаточно устранить причины повышенного теплового
состояния двигателя и детонационное сгорание прекратится.
Одна и та же мощность двигателя может быть получена при
различных значениях среднего эффективного давления Ре и чисел
оборотов коленчатого вала в минуту. Исследования влияния способов
форсирования на износ поршневых колец автотракторного дизеля [8]
показали, что при увеличении Ре от 0,1 до 0,7 МПа скорость износа
увеличивается в прямой зависимости от среднего эффективного
давления. При увеличении скорости износ следует параболлической
зависимости с минимумом для исследуемого двигателя при п = 1300...
1400 об/мин.
Пусковой период работы машины связан с повышенной
интенсивностью износа, зависящей от длительности бездействия машины
перед пуском, от температуры детали и свойств смазки. Пусковым
периодом следует считать промежуток времени от момента пуска до
момента стабилизации теплового состояния машины. Пусковой
период сопровождается изменениями величин и форм зазоров, в
некоторых машинах - резкими изменениями; в отдельных сечениях
зазоры могут даже достигать нулевых значений.
Вопрос об износах в пусковой период наиболее изучен
применительно к двигателям внутреннего сгорания. По данным
исследований на двухцилиндровом дизеле [1], средний износ цилиндровых
втулок и поршневых колец за каждый пуск при нормальной температуре
при помощи сжатого воздуха соответствует износу в течение 3-5 ч
работы двигателя на номинальном режиме. Исследования с
использованием метода меченых атомов показали, что за один пуск
карбюраторного двигателя при температуре воды и масла 50 °С износ не
обнаруживается, при 15 °С он эквивалентен износу при 1-часовой
нормальной работе, при 0 °С - при 4-5-часовой работе, при -27,8 ° С -
8-часовой работе, а при наружной температуре 30°С износ
эквивалентен 40-45-часовой работе двигателя [3].
Значительный износ при пуске двигателя обусловлен рядом
причин. После остановки двигателя масло, находясь в нагретом
состоянии, быстро стекает с нагретых стенок цилиндров, выдавливается и
остается в подшипниках в незначительном количестве. В момент стра-
гивания поршня трение тем больше, чем больше перерыв между
остановкой и последующим пуском. Даже в летнее время тепловой
режим двигателя пониженный и температура стенок цилиндра ниже
температуры росы кислот, содержащихся в продуктах сгорания.
Конденсируясь на стенках, кислоты производят корродирующее действие.

Общие сведения
579
Весьма существенно и абразивное воздействие сохранившихся и
образовавшихся при пуске продуктов износа. В карбюраторных
двигателях топливо, конденсируясь на стенках цилиндра, смывает с них
масло. Нормальная подача смазки в верхнюю рабочую зону цилиндра
начинается только через 3-12 мин после начала пуска двигателя. В
зимнее время сохранившееся на стенках масло замерзает, а при пуске
разрушается. Холодное загустевшее масло медленно поступает к
поверхностям трения.
Для автомобильных двигателей в условиях городской езды,
связанной с частыми запусками и остановками двигателя, во время
которых детали двигателя больше всего подвергаются износу,
маловязкие масла имеют безусловное преимущество перед высоковязкими.
Особенно опасно запускать двигатель при застывшем масле. В этом
случае провернуть коленчатый вал двигателя ни стартером, ни
пусковой рукояткой невозможно. Запуск двигателя при помощи
буксирующего автомобиля приводит к чрезвычайно большим износам
трущихся деталей, так как застывшее масло к ним не поступает.
Двигатель, заведенный при помощи буксира, некоторое время работает без
смазки и еще более изнашивается. Вредно также трогание
автомобиля с места при застывшем масле в картерах агрегатов трансмиссии.
Для уменьшения износа полезно перед пуском двигателя
повернуть коленчатый вал несколько раз вручную или при помощи
стартера. Перед пуском, например, судовых дизелей производят прокачку
двигателя маслом, сочетая эту операцию с проворачиванием
коленчатого вала на 2-3 оборота валоповоротным устройством. На
некоторых авиационных двигателях водяного охлаждения перед пуском
после длительной остановки производилась принудительная зашпри-
цовка масла в магистраль коленчатого вала для подачи масла в
подшипники. Для этого в носке вала предусматривался специальный
клапан.
2. Износ деталей при пусковых режимах
автотракторных двигателей
Износ деталей автотракторных двигателей в период пуска и в
особенности в холодное время наиболее полно изучен Г.И. Сурано-
вым [10]. Им отмечается, что в условиях зимней эксплуатации в
период пуска-прогрева, увеличивается количество отказов двигателей,
повышается интенсивность изнашивания основных соединений, а
простои машин при подготовке к работе из-за затрудненного пуска
двигателя при температуре минус 25...30 °С и ниже достигают более
1,0... 1,5 ч. Вследствие высоких скоростей изнашивания деталей
пусковые режимы используются для форсирования износа деталей при
ускоренных испытаниях двигателя на надежность.
Экспериментально доказано, что повышенные износы
трущихся деталей двигателя в период его пуска связаны с повышением ди-
37*

580 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ
намических нагрузок на поверхностях трения деталей -
максимального давления сгорания топлива и скорости нарастания давления, а
также периода задержки воспламенения топлива.
Можно указать два направления по уменьшению износа деталей
двигателей в период пуска-прогрева [10]:
1. Созданием условий избирательного переноса при трении
(эффекта безызносности), магнитной обработкой деталей и методами
подавления водородного изнашивания трущихся поверхностей.
2. Правильным выбором способов и средств облегчения пуска
двигателей зимой.
Часто из-за недостаточной оснащенности парка тракторов и
автомобилей эффективными и экономичными индивидуальными
подогревателями автотракторные двигатели в условиях низких
температур в межсменное время работают непрерывно на холостом ходу.
Средства и способы тепловой подготовки двигателей перед пуском
должны оцениваться прежде всего их тепловой эффективностью и
экономичностью.
Г.И. Суранов вводит два показателя, характеризующие
износостойкость узлов трения при пусковых режимах.
Э - эквивалент пускового износа, который определяет
количество часов работы двигателя (обычно под нагрузкой) или
километров пробега автомобиля, эквивалентных по величине износа деталей
одному пуску-прогреву двигателя:
где Ипуск и Иэксп — износ деталей двигателя соответственно за 1 пуск
и за 1 ч работы A км пробега).
Д-доля пускового износа, которая показывает, какую часть
общего износа двигателя при эксплуатации составляет износ на
пусковых режимах:
п
X Ипуск
Я = 1п •
Х#эксп
где п - количество пусков-прогревов за время эксплуатации / до
капитального ремонта.
Для облегчения запуска двигателя в холодную погоду
практикуют ряд мер. Для улучшения пусковых свойств масел понижают
температуру их застывания путем депарафинизации их на заводе. Более
дешевый способ - добавление специальных присадок, депрессаторов,
обволакивающих при низкой температуре кристаллы парафина
тонкой пленкой и препятствующих их сращиванию, в результате чего
масло остается более подвижным. В автомобильных и авиационных

Износ деталей при пусковых режимах автотракторных двигателей
581
двигателях иногда прибегают к разжижению масла легкоиспаряю-
щимся бензином, который добавляют перед остановкой двигателя,
проворачивая затем вал в течение 4.. .5 мин для хорошего
перемешивания и заполнения смесью всей системы. При запуске бензин быстро
испаряется и уходит через систему вентиляции картера.
Для более "мягкого" рабочего процесса при запуске дизеля при
пониженных температурах разработана специальная пусковая
жидкость "Холод Д-40", которая содержит 60 % эфира, 10 % масла для
судовых газовых турбин, 15 % изопропилнитрата и 15 % петролей-
ного эфира или газового бензина. Последние компоненты
воспламеняются позднее этилового эфира, но раньше дизельного топлива, что
дает уменьшение максимального давления Р2. Для уменьшения
температуры застывания нигрола его разбавляют дизельным маслом.
Параметры рабочего процесса в большой степени зависят от угла
опережения впрыска топлива и резко возрастают при раннем
впрыске. При позднем впрыске износ цилиндров уменьшается [10]. При
позднем зажигании изменяется эпюра износа зеркала цилиндра. Зона
максимального износа становится дальше от камеры сгорания на
40...50 мм и от зоны максимального износа в эксплуатации. Однако
такая мера должна применяться только во время пуска двигателя, что
обеспечивается, например, у двигателя СМД-14БН специальной
муфтой опережения впрыска.
Как отмечает Г.И. Суранов [10], применение на двигателях
устройств, изменяющих угол опережения впрыска топлива в сторону
запаздывания при пуске, позволит не только снизить износ деталей, но
и предотвратить появление сложных и тяжелых отказов, например
проворачивание вкладышей коленчатого вала, которые возникают,
как правило, из-за преждевременного нагружения непрогретого
после холодного пуска двигателя без достаточного и стабильного
давления масла в системе смазки. При установке таких муфт трогание с
места трактора или автомобиля автоматически исключается, так как
он не принимает нагрузку и не развивает номинальную мощность до
появления давления масла в главной масляной магистрали и
восстановления оптимального угла впрыска топлива.
На некоторых двигателях (СМД-60, СМД-62, СМД-72 ) с целью
повышения надежности работы подшипников коленчатого вала и
цилиндров при пуске специальными насосами с приводом от
пускового двигателя осуществляется предпусковая прокачка моторного
масла в главную масляную магистраль. На рис. 4.2 показано
снижение износа гильз цилиндров в период пуска-прогрева двигателя
ЗИЛ-130 предпусковой прокачкой масла в главную магистраль и
серийного двигателя [4].
Дополнительная подача смазки в виде смеси дизельного топлива
и масла в соотношении 1:1, которая впрыскивается во впускной
коллектор форсункой ФШ, снижает пусковые износы в 2,5 раза [7].

582 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ
1 8
I 1 IV I
-20 -10 0 10 20
Температура декгателя при пуске, °С
Рис. 4.2. Снижение износа гильз цилиндров в период пуска-прогрева двигателя
ЗИЛ-130 предпусковой прокачкой масла в главную масляную магистраль (/), 2 -
серийный двигатель
Для ускорения прогрева двигателя после пуска и поддержания
оптимального температурного режима в процессе работы зимой
применяются термостаты, гидравлические или электрические муфты
привода вентилятора, а также жалюзи, шторки и утеплительные чехлы.
Так, утепление масляного поддона чехлом повышает температуру
моторного масла зимой и снижает износ автомобильного двигателя
ЗИЛ-130 на 25...40 % (по содержанию железа в масле) [10].
При наличии термостата продолжительность прогрева
двигателя с 25 до 62 °С сокращается в 5.. .6 раз (рис. 4.3) [5].
М
ъ
5:
а:
»•»
5Г
и
^
5;
*•
3
■»С
000
!>
^
5
^
4*
3,2
1,6
У
,, -
\,
|
л
" 2
16 24 32 40 49 56 64 72
Пробег автомобиля, тыс. км
Рис 4.3. Зависимость износа цилиндров двигателя в процессе эксплуатации без
термостата A) и с термостатом B) в системе охлаждения

Износ деталей при пусковых режимах автотракторных двигателей
583
Уменьшая или полностью прекращая циркуляцию охлаждающей
жидкости через радиатор, термостат регулирует отвод тепла от
двигателя и поддерживает оптимальную температуру не ниже 70 °С.
Однако при разогреве и заправке системы охлаждения горячей водой
прекращение циркуляции воды через радиатор приводит к
замерзанию ее и разрыву трубок и бачков радиатора. Поэтому для
предотвращения размораживания радиатора термостат обычно снимают,
вследствие чего двигатель продолжительное время работает на
низкотемпературном режиме.
Опасность размораживания радиатора устраняется, если
воздушное отверстие на клапане термостата увеличить до 4...5 мм. Через
такое отверстие при закрытом клапане вода в небольшом количестве
постоянно поступает в радиатор и тем самым исключается ее
замерзание. В то же время циркуляция воды не настолько интенсивна,
чтобы заметно понизить тепловой режим двигателя [10].
В работе [10] отмечается, что продолжительность прогрева
двигателей можно сократить путем уменьшения производительности
водяного насоса и вентилятора. Так, на период прогрева или
понижения температуры двигателя ниже оптимальной с помощью
гидромуфт отключается вентилятор (иногда изменяют угол атаки его
лопастей). Производительность водяного насоса можно уменьшить
снятием нескольких лопастей крыльчатки.
При запуске двигателя нельзя сразу его нагружать, что может
привести к отказу работы подшипников коленчатого вала.
Достаточное и стабильное давление масла в подшипниках создается через 2...
3 мин работы карбюраторного двигателя на холостом ходу и через
4...8 мин - дизельного. О стабилизации давления можно судить по
показаниям манометра.
Время поступления масла к подшипникам скольжения может
возрасти в случаях применения сезонных зимних масел (М-8В, М-8Г),
вязкость которых при температуре минус 20.. .25 °С резко
возрастает, что затрудняет их прокачиваемость по масляным каналам.
Детали ЦПГ и КШМ в таких условиях могут длительное время работать
в условиях масляного голодания.
При разогреве двигателей прокачкой его горячей водой через
систему охлаждения масло в поддоне разогревают примитивными и
опасными в пожарном отношении средствами (паяльными лампами,
факелами) или горячими газами индивидуальных или групповых
подогревателей, что прямо зависит от квалификации обслуживающего
персонала. Более рациональным для лучшего запуска двигателя в
холодное время года и снижения износа его деталей является
применение трубчатых теплообменных устройств, расположенных в
масляном поддоне, погруженных в масло и включенных в систему
охлаждения параллельно или последовательно водяной рубашке
двигателя. При этом теплообменник может быть включен в систему
охлаждения постоянно или временно на период предпусковой подго-

584 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ
Рис. 4.4. Схема включения водомасляных теплообменников в систему охлаждения
двигателя (/-временноевключение на период предпускового разогрева моторного
масла, постоянное параллельное (II) и последовательное (III) включение): / -
радиатор водяной; 2 - блок цилиндров; 3 - поддон масляный; 4 - поддон масляный;
5 - кран сливной; 6 - шланг соединительный; 7 - рукав подключения
товки двигателя. Схема включения теплообменника в систему
охлаждения двигателя показана на рис. 4.4 [10].
Теплообменник, включенный постоянно в систему охлаждения,
выполняет не только предпусковой разогрев, но и сокращает
продолжительность прогрева масла после пуска, а также способствует
поддержанию оптимальной рабочей температуры масла в процессе
эксплуатации двигателя: подогревает масло зимой в условиях низких
температур и охлаждает летом. Более подробные сведения об
уменьшении износа деталей автотракторных двигателей при пусковых
режимах можно найти в работе [10].
3. О рациональном выборе режима бурения
Проблема повышения долговечности инструмента, а также ряда
отдельных деталей, например лемеха, должна быть подчинена
основному условию - достижению высокой производительности
труда. Рассмотрим это на примере рационального выбора режима
бурения [2]. Режим бурения определяется в основном следующими
параметрами: числом оборотов долота п и осевой нагрузкой Р,
количеством и качеством промывочной жидкости, прокачиваемой в
скважину в единицу времени, (). Эти параметры связаны между собой.

О рациональном выборе режима бурения
585
Критерием эффективности выбранного режима является
механическая скорость, а также проходка на одно долото.
Турбобур и двигатель связаны мягкой характеристикой,
приближающейся к сериесной и в процессе бурения происходит
непрерывное изменение чисел оборотов долота. В процессе одного долбления
обороты изменяются со 150 до 300 об/мин. Это естественно
уменьшает как механическую скорость, так и проходку на одно долото.
Исследования показали, что при обеспечении стабильного числа
оборотов долота средняя проходка на одно долото увеличилась с 9,2 до
17,6 м. Таким образом, одним из условий, обеспечивающих
оптимальные показатели турбинного бурения, является выдерживание
постоянных чисел оборотов долота.
Кроме того, необходимо иметь в виду, что при повышенной
механической скорости бурения и сниженном времени пребывания
долот в забое можно получить меньшую проходку на долото, чем при
некотором снижении механической скорости и повышенном
времени пребывания долот в забое. Однако одним увеличением времени
пребывания долота в забое за счет снижения механической скорости
нельзя обеспечить оптимальную скорость проходки буровой
скважины. Для рационального режима турбинного бурения необходимо
правильное сочетание двух параметров, имея в виду то, что в начальной
стадии бурения скважины превалирующее значение имеет
механическая скорость проходки. Так как на процесс смены долота, включая
спуско-подъемные операции, затрачивается сравнительно
незначительное время, то с ростом глубины скважины все большее значение
приобретает величина проходки на одно долото, являющееся в свою
очередь функцией числа оборотов и осевой нагрузки.
Следовательно, основным критерием эффективности принятого режима бурения
является рейсовая скорость.
Исследованиями установлено, что механическая скорость
бурения до некоторого критического числа оборотов долота возрастает
пропорционально числу оборотов, при дальнейшем увеличении
числа оборотов механическая скорость продолжает возрастать, однако
темп увеличения механической скорости уменьшается. Имеется
следующая зависимость от числа оборотов п\
Умех = а • е"Ьп - се*п,
где а, в, с, и й - коэффициенты, зависящие соответственно от
крепости породы, осевой нагрузки на долото, степени очистки забоя от
шлама и диаметра долота.
Критическое число оборотов долота икр зависит от осевой
нагрузки на долото и крепости породы, причем с увеличением осевой
нагрузки пкр увеличивается, а с увеличением крепости породы -
уменьшается. Следовательно, чем мягче порода, тем до большей величины
осевой нагрузки механическая скорость бурения будет
увеличиваться пропорционально увеличению числа оборотов долота [2].

586 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ
Исследования В.С. Федорова дают следующую зависимость
долговечности долота от скорости:
„»'•
где Г-долговечность; п — число оборотов; С- постоянная,
зависящая от долота, крепости и абразивной способности породы и осевой
нагрузки на долото.
Таким образом, например при увеличении числа оборотов со 130
до 260 в минуту, т.е. в 2 раза, стойкость опоры уменьшается на 25 %.
В то же время при увеличении числа оборотов долота с 250 до
400 об/мин. стойкость долота уменьшается на 37 % и составляет
всего 45,5 % от стойкости долота при 130 об/мин. Следовательно, при
бурении мягких и средних пород с увеличением числа оборотов
долота механическая скорость увеличивается, в лучшем случае,
пропорционально увеличению числа оборотов, а стойкость долота
значительно уменьшается.
При бурении хрупких пород стойкость долот уменьшается
медленнее роста механических скоростей. Это обстоятельство
указывает на целесообразность увеличения числа оборотов при бурении
крепких и хрупких пород и необходимости некоторого сокращения числа
оборотов при бурении пластичных пород мягкой и средней
твердости.
Согласно исследованиям Л.А. Шрейнера, увеличение осевой
нагрузки на трехшарошечные долота приводит к прямо
пропорциональному уменьшению удельного износа. Между тем, при
увеличении скорости вращения, начиная с некоторой, стойкость его
уменьшается. В итоге большая эффективность бурения может быть
достигнута повышением осевой нагрузки, нежели скорости вращения.
Поскольку имеются ограничения в увеличении осевой нагрузки, то
рациональный режим бурения соответствует сочетанию обоих
факторов, оптимальному как по производительности, так и по расходу
долот.

Глава 5.ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
И ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ИХ ИЗНОСОВ
1. Методика исследования технического состояния
трущихся деталей
Этот вопрос наиболее разработан для деталей авиационной
техники, где вопросы надежности узлов трения стоят особенно остро. В
связи с этим здесь излагается методика исследования технического
состояния трущихся деталей самолета.
При определении сроков службы самолета в целом или его
отдельных агрегатов, при оценке эффективности новых методов
восстановления изношенных деталей и ряда других работ возникает
необходимость исследования технического состояния трущихся
деталей. Исследования должны базироваться в первую очередь на ясном
представлении о видах износа деталей и их закономерностях,
степени опасности данного повреждения для той или иной детали,
возможного взаимного влияния одной поврежденной детали на надежность
работы другой.
При исследовании технического состояния трущихся деталей
необходимо изучить конструкции арегатов и особенности работы
узлов трения (скорость скольжения, удельные давления, обеспеченность
смазкой, температурный режим, возможность попадания абразивных
частиц, периодичность работы, возможные перекосы и т.д.),а также,
если это возможно, результаты эксплуатационных испытаний и опыт
эксплуатации с точки зрения надежности и долговечности
исследуемых узлов трения. В ряде случаев возникает необходимость
ознакомления с технологией изготовления деталей, сборкой узлов и
агрегатов, с результатами проведения стендовых испытаний.
Ниже изложена методика исследования технического состояния
трущихся деталей при определении сроков службы самолетов и его
отдельных агрегатов [2]. Предлагаемая методика может быть
применена и для исследования узлов трения других видов техники.
Исследование технического состояния трущихся деталей
включает следующие работы:
— определение работоспособности агрегатов;
— замер люфтов шарнирных соединений;
— микрометрический обмер деталей;
— внешний осмотр поверхностей трения деталей;
— лабораторные и стендовые испытания (при необходимости).
При определении работоспособности трущегося соединения или
агрегата выявляется, соответствуют ли они техническим условиям.

588 ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Некоторые трущиеся детали при определенном износе остаются
внешне работоспособными и могут дальше работать надежно, однако при
этом они могут вызывать ненормальную работу других узлов и
агрегатов. Так, например, износ шарниров триммера руля высоты
самолета может вызвать вибрацию хвостовой части. В результате износа
деталей, трущиеся поверхности которых омываются рабочей
жидкостью, возможны отказы одних агрегатов вследствие износа других.
Так, в топливной системе продукты износа могут попасть в
регулятор оборотов и вывести из строя золотник центробежного датчика.
В гидросистеме может произойти засорение золотника
гидроусилителя.
После определения работоспособности трущихся соединений
самолета необходимо определить люфты. Замер люфтов позволяет
найти суммарный износ сопряженных деталей в их рабочем состоянии
без разборки соединения. Этим методом пользуются при
определении износа шарнирно-болтовых соединений управления, створок,
щитков, закрылков и т.п. Отклонения суммарных люфтов от
пределов, установленных ТУ, служат предупреждением о возможном
износе в данном соединении, что необходимо уточнить при
последующем осмотре поверхностей трения и их обмере.
После замеров люфтов подвижных соединений для определения
степени и характера износа деталей необходимо провести
микрометрический обмер и внешний осмотр трущихся поверхностей.
Производят демонтаж и разборку узлов и агрегатов, тщательную очистку,
промывку и просушивание обмеряемых поверхностей.
Характер состояния поверхностей и вида износа определяют с
помощью лупы. Внешний осмотр целесообразно производить
параллельно с микрообмером деталей и профилографированием, выявляя
характерные признаки, определяющие состояние трущейся
поверхности, и,следовательно, вид износа данной детали.
Осмотр узлов трения непосредственно после разборки позволяет
установить, в каких условиях работал узел: достаточно ли он был
смазан, каково было качество смазки, не было ли в смазке абразивных
частиц. Поверхности деталей с характерными признаками износа того
или иного вида фотографируются, как правило, с увеличением.
Установление причин повышенного износа отдельных деталей
агрегатов в ряде случаев требует проведения лабораторных
исследований на машинах трения, проведения металлографического
анализа поверхностных слоев, определения микротвердости, химического
состава этих слоев и т.п. Эта работа проводится в лаборатории.
При обобщении и анализе материалов, полученных в ходе
исследования технического состояния, детали целесообразно разделить на
три группы:
1) имеющие вполне удовлетворительное состояние поверхности
трения, а размеры в пределах допусков;
2) имеющие износ выше допустимого по техническим условиям;

Методика исследования технического состояния трущихся деталей
589
3) вышедшие из строя в результате износа или имеющие износ,
характер которого недопустим по условиям нормальной работы узла
или агрегата.
Решение о недопустимости характера (вида) износа для деталей
трущихся соединений самолета принимают в каждом конкретном
случае, исходя из конструктивных особенностей, условий работы и
ответственности исследуемых деталей. При этом характер износа
считают недопустимым, если состояние поверхности трения детали
угрожает ее нормальной работе или работоспособности других
деталей и агрегатов самолета.
Для большинства деталей является недопустимым износ в
результате схватывания поверхностей трения. Так, для деталей,
работающих в условиях переменных нагрузок, недопустимо образование за-
диров и глубоких царапин, так как они могут снизить усталостную
прочность деталей в несколько раз. Такого рода задиры имеются на
поверхностях трения болтов некоторых соединений, не
смазывающихся в процессе эксплуатации. На рис. 5.1 показаны два болта, на
рабочих поверхностях которых в результате схватывания образовались
крупные вырывы материала. Болты и сопрягаемые с ними втулки
были изготовлены из закаленной стали. Образование задиров
произошло в результате недостаточной смазки болтов в процессе
эксплуатации и отсутствия защитных покрытий, например, ФАБО.
Рис. 5.1. Задиры на стальных болтах шасси самолета

590
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Рис. 5.2. Износившееся зацепление углового редуктора
При неполном зацеплении (производственный дефект) углового
редуктора может произойти катастрофический износ его зубьев. На
рис. 5.2 показано полно-стью износившееся зацепление.
Износ поршней гидроаккумулятора с образованием задиров на
его направляющих поясках может не привести к выходу из строя
гидроаккумулятора, но попадание продуктов износа в гидросистему
самолета создает предпосылки для отказа в работе других
гидроагрегатов, в частности плунжерных пар (рис. 5.3). Поэтому
гидроаккумулятор с такими повреждениями не может быть допущен к
дальнейшей эксплуатации.
Для прецизионных пар, в которых зазоры измеряются
микрометрами (например распределительный золотник гидроусилителя),
недопустимым является износ в результате попадания абразивных
частиц, так как это может привести к ненормальной работе деталей и
агрегата в целом.
Для деталей первой группы дается заключение об их
удовлетворительной работе при данном времени эксплуатации. Эти детали
допускаются к дальнейшей эксплуатации.
Детали второй группы подразделяются на две подгруппы. Часть
этих деталей допускается к дальнейшей работе, при этом выясняется
возможность установления новых эксплуатационных зазоров.
Другая часть деталей должна быть заменена или же рабочие
поверхности их должны быть восстановлены.

Методика исследования технического состояния трущихся деталей
591
Рис. 5.3. Задиры на поршне гидроаккумулятора (показано стрелками)
Для деталей третьей группы дается заключение об их
неудовлетворительном состоянии при данной продолжительности
эксплуатации. Выясняются причины чрезмерного износа и разрабатываются
рекомендации по эксплуатации или конструктивному изменению
трущегося соединения.

Классификация видов!
изнашивания деталей
авиационной техники
Лабораторные
исследования
Воспроизведенне
характера износа
Сравнительные
испытания по
определению коэффициента
трения и
антифрикционных свойств
используемой пары и пары,
предполагаемой для
рекомендации
Металлографический
анализ
поверхностных слоев деталей
Спектральный анализ
поверхностных слоев
деталей !
Профилографирова
ние поверхностных
деталей и другие
лабораторные методы
исследования
Исследование
технического состояния
деталей трущихся
сочленений
Замер люфтов
шарнирных соединений
Микрометрический
обмер деталей
Внешний осмотр
поверхностей трения
деталей
Обобщение и анализ
результатов
исследования технического
состояния деталей
трущихся
сочленений
Рекомендации
промышленности
по разработке
мероприятий,
увеличивающих
износостойкость
трущихся
сочленений
Определение
работоспособности
агрегата на
стенде
Выводы о
работоспособности
деталей трущихся
сочленений при
данной наработке!
Рекомендации по
установлению
эксплуатационных
допусков на
размеры деталей
трущихся
. сочленений
Подготовительные
мероприятия для исследования!
технического/ состояния
деталей трущихся
сочленений
Изучение конструкции
трущихся сочленений
Изучение результатов
эксплуатационных испытаний
и опыта эксплуатации
Составление примерного
перечни наиболее
изнашиваемых трущихся сочленений
самолета

Профилактические
мероприятия и
доработки
Подготовка
технической
документации
[Указания по
эксплуатации тру- I
щихся сочленений!
Дополнение
к регламентным
работам
Рис. 5.4. Схема исследования технического состояния деталей авиационной техники

Методика исследования технического состояния трущихся деталей
593
При анализе результатов исследования технического состояния
деталей трущихся соединений важно сопоставить данные об износе
исследуемых деталей, полученные при различных сроках наработки;
это помогает выяснить закономерности процесса изнашивания и
решить вопрос о возможности установления эксплуатационных
размеров (зазоров) для исследуемых деталей.
В результате исследования технического состояния деталей
трущихся соединений самолета должны быть даны:
1. Выводы о работоспособности деталей трущихся соединений
при данной наработке;
2. Рекомендации по установлению эксплуатационных допусков
на размеры деталей трущихся соединений или зазоров для
шарнирных соединений самолета или его агрегатов;
3. Указания по эксплуатации трущихся соединений, которые
должны включать:
дополнения к регламентным работам;
профилактические мероприятия и доработки, проведение
которых в условиях эксплуатации предотвратит преждевременный выход
из строя соответствующих узлов и агрегатов.
4. Рекомендации конструктору по разработке мер,
увеличивающих износостойкость трущихся соединений, техническое состояние
которых является неудовлетворительным.
В общем виде работы, связанные с определением
износостойкости деталей в процессе исследования их технического состояния,
проводятся по схеме, приведенной на рис. 5.4.
2. Предельные величины износов деталей
Установление предельных износов необходимо для выполнения
регулировочных операций и выбраковки деталей при эксплуатации
и ремонте. Для определения предельных величин износов
руководствуются тремя критериями: 1) техническим, 2) функциональным и
3) экономическим [1].
Согласно техническому критерию, предельным значением
измерителя износа является то значение, которому соответствует:
- начало резкого возрастания интенсивности износа (рис. 5.5 а);
- предельно допустимое снижение прочности изнашиваемой
детали вследствие изменения ее размеров;
- выходящее за пределы допустимого влияние износа рабочего
органа или детали соединения на работоспособность других
деталей;
- самовыключение механизма из работы.
Увеличение коэффициента динамичности с ростом зазоров в
шатунных подшипниках, появление ударов в реверсивной зубчатой
передаче вследствие увеличения бокового зазора между зубьями,
возникновение прогрессирующей концентрации нагрузки на зубья по
38 - 2039

594 ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
\ь
Рис. 5.5. Кривая износа по времени /
их ширине из-за перекоса валов, вызванного износом
подшипников, - таковы в дополнение к приведенным ранее единичные
примеры влияния износа одного соединения на прочность и
износостойкость деталей.
В отдельных случаях значительный износ может привести к
нарушению кинематического взаимодействия деталей, а в результате
этого - к полному прекращению работы механизма, как, например,
при износе храпового механизма или деталей магнитной системы
контактора.
Технический признак может привлекаться также для оценки
допустимого изменения характера неподвижного соединения
(прессовая посадка, шлицевое или шпоночное соединение) вследствие
контактной коррозии, релаксации напряжений и макропластической
деформации деталей. Здесь возникают трудности установления
числовых характеристик показателей износа.
Основанием для функционального критерия служит изменение
вследствие износа качества функций, выполняемых узлом или
машиной. Отклонение размеров профиля проката от номинальных в
результате износа валков, погрешности формы обработанного на
металлорежущем станке изделия, производительность компрессора при
заданном давлении на выходе, — примеры показателей качества.
Как было установлено по техническому критерию,
форсированный износ элемента или соединения в конце его службы не всегда
является единственным основанием для заключения о его
непригодности к дальнейшей работе; выбраковка может быть произведена по
другим соображениям, когда аварийной ситуации в данном элементе
или соединении еще нет. Это еще более проявляется при подходе к
величине износа по функциональному признаку. Плунжерная пара
выбраковывается при установившемся износе даже невысокой
интенсивности, когда величина утечек превышает установленный предел
или нарушается четкость отсечек жидкости. Предельный износ по
функциональному критерию соответствует предельно допустимому
отклонению качеству работы от нормы.

Предельные величины износов деталей
595
Экономические показатели работы машины положены в основу
третьего критерия. Наименьшие затраты на единицу выработки
продукции при сохранении качества в заданных пределах являются
экономическим критерием оптимального срока службы,
межремонтного периода, рабочего органа или узла машины. Наибольшая
эксплуатационная производительность машины при сохранении качества
выработки в заданных пределах - вторая формулировка критерия.
Определение предельного износа рабочего органа или узла
(машины) по этой методике состоит в следующем. Так как с
увеличением срока службы амортизационные расходы на единицу продукции
уменьшаются, а эксплуатационные затраты возрастают, то существует
минимум суммарных затрат. Если построить в координатах
"выработка - затраты в рублях" графики амортизационных расходов на
единицу продукции в зависимости от текущей выработки,
эксплуатационных расходов и суммарных затрат, то значение минимальной
ординаты последнего графика определяет предельный срок службы
по экономическому критерию.
Если изношенные детали повторно используют после ремонта,
то при экономическом анализе учитывают и расходы на ремонт,
возрастающие при большой степени износа.
Экономический анализ является наиболее общим, но им можно
руководствоваться лишь тогда, когда изменение того или иного
измерителя износа или их совокупности заметно влияет на
экономичность работы машины. В противном случае точность
экономического анализа делается весьма проблематичной, и два других критерия в
достаточно полной мере удовлетворяют требованиям
экономичности. Технические и функциональные признаки являются основными
в тех случаях, когда не нужно считаться с рентабельностью работы
машины.
Для одних машин, например для станков чистовой обработки,
критерий качества является основным, для многих других это -
признак, решающий только для рабочих органов и деталей механизмов
управления. Он же служит основой для оценки износа с точки зрения
техники безопасности. Технический критерий характерен для
деталей передач, механизмов преобразователей движения и многих
других устройств.
Срок службы детали или узла определяется не только
предельными износами в соответствии с тем или иным критерием, но и
другими факторами, такими как усталось, контактная усталость,
коррозия, отложения на деталях, прогар и др. Ресурс коленчатого вала с
центробежной очисткой масла в полостях лимитируется
отложениями в кривошипных шейках и износом. Переборка редукционного
клапана масляного насоса вызывается накоплением отложений.
Коррозия является основной причиной выбраковки подшипников качения,
расположенных в труднодоступных и плохо защищенных местах.
38*

596 ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Единственным машинным узлом трения, долговечность
которого по выкрашиванию рабочих поверхностей рассчитывают на
протяжении почти века с 90%-ной гарантией, является подшипник
качения. Расчет подшипника производится по известной формуле
0(п ■ кH3 = С,
где <3 — приведенная радиальная нагрузка; п - число оборотов в
минуту вращающегося кольца; к — проектная долговечность в
часах; С— коэффициент работоспособности, являющийся паспортной
характеристикой подшипника и определяемый на основании
лабораторного испытания.
В дальнейшем, следуя в общем этой методике и ориентируясь на
уравнение кривой контактной выносливости материала, стали
применять расчет зубчатых колес на выкрашивание рабочих
поверхностей на заранее заданный ограниченный срок службы.
По графику износа (см. рис. 5.4) срок службы / пары или детали
определяется по формуле:
Утах ~~ & О
г
где 11тах - предельная величина измерителя износа; Vг0 - начальная
величина износа (приработочный износ); е - скорость износа.
Несмотря на внешнюю примитивность этой формулы, расчет
является далеко не простым. Во-первых, нужно установить
предельный износ; во-вторых, знать скорость износа.
Износ детали или сопряженной пары нередко характеризуется
несколькими измерителями. Важно выявить наиболее существенный
из них по влиянию на работоспособность. На работу подшипника
скольжения влияет увеличение зазора. Эллиптичность и другие
искажения формы деталей в поперечных сечениях изменяют
соотношение между кривизной соприкасающихся поверхностей, и поэтому
возможности реализации жидкостного трения становятся иными.
Если при помощи гидродинамической теории смазки не
представляет особого труда решить задачу о допустимом предельном зазоре в
подшипнике при геометрически правильных поверхностях деталей,
то расчет допустимых искажений формы представляет собой весьма
сложную задачу. Надо прибегнуть к стендовым испытаниям, сочетая
их с теоретической разработкой той или иной степени приближения.
Другой пример. У лемеха плуга при износе его режущей кромки
изменяется контур по длине (как по лезвию, так и по стыковой линии
с отвалом) и по ширине, уменьшается толщина лезвия. Задача
заключается в том, чтобы выяснить, какой из измерителей износа ранее
других достигнет предельного значения. Установлено, что на
суглинистых почвах изменение контура происходит более интенсивно, чем

Предельные величины износов деталей
597
износ по толщине. Так как к тому же качество работы плуга больше
зависит от износа по ширине, то последний может быть принят как
основной измеритель в данных условиях [1]. На протяжении 50 лет
рядом авторов предпринимались попытки расчета скорости
линейного износа^исходя из предположения о прямой
пропорциональности ее некоторым степеням удельного давления и скорости
скольжения, причем коэффициент пропорциональности зависит от прочих
условий эксплуатации.
Для приводных втулочно-роликовых цепей, где скорость
скольжения изменяется в малых пределах, установлена прямая
пропорциональность измерителя износа - удлинения шага цепи и среднего
удельного давления в шарнирах [5]. Экспериментальные
зависимости, однако, весьма ограничены. Сколько-нибудь достоверные
закономерности на базе теоретических предположений в общем
отсутствуют.
Большим достижением в области проектного расчета на износ
явились работы И.В. Крагельского и его учеников, предложившие
методику расчета износа поступательных пар для условий сухого и
граничного трения по геометрическим характеристикам
сопрягающихся поверхностей, механическим свойствам материалов при
температуре поверхностей трения, которую необходимо определить
или задать [3,4].
Определить скорость износа в реальных парах можно только на
основании данных опыта эксплуатации. Но и здесь наблюдается
большой разброс результатов. В каждый момент износ деталей является
функцией многих переменных факторов, таких как неполная
однородность по качеству материалов одних и тех же марок,
неодинаковые исходные действительные размеры деталей в соединениях и
колебания зазоров в пределах полей допусков, различные условия
эксплуатации, неодинаковое качество перерабатываемого материала в
технологических машинах, даже в пределах стандарта, и т.д. Особо
следует отметить на износ деталей влияние влажности окружающей
среды (водородный износ), его проявление может изменить скорость
изнашивания в десятки раз.
Конструктор должен знать сроки службы отдельных деталей как
для целей совершенствования машины, так и для разработки
основных контуров технической эксплуатации. В эксплуатации же эти
сведения необходимы для планирования ремонта машин. Так как
достоверные данные о скорости износа по каждой детали в силу
вышесказанного получить невозможно, то важны результаты
статистической обработки данных о сроках службы масла в отдельных узлах,
сроках очистки фильтров и др. Если располагать данными об изно-
сах за длительный промежуток времени при нормальных условиях
эксплуатации, то влияние второстепенных факторов отпадает.
Учитывая, что при длительных промежутках начальный износ
составляет обычно небольшую часть полного, скорость износа можно опре-

598 ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
делить как частное от деления полного износа на время работы
машины, включая и обкатку. Такие данные имеются по многим
машинам массового производства. Уменьшая по времени промежутки
между обмерами, но оставляя их все же достаточно длительными, можно
получить представление о скорости или интенсивности износа при
различных наработках. Наконец, располагая величинами износов при
большом числе объектов наблюдения, можно установить
корреляционную зависимость между износом и временем работы в часах с
другим измерителем.
Перспективным было бы установить формулы подобия для
процессов изнашивания важнейших узлов конкретных машин, с тем
чтобы по найденным эмпирическим закономерностям можно было еще
в стадии проектирования новой машины получить ориентировочную
количественную оценку ее износостойкости. Одна из попыток
использования теории подобия для явления износа применительно к
деталям мотокатков была сделана К.П. Чудаковым [6].
В заключение заметим, что средние сроки службы различных
деталей одной и той же машины должны быть кратными между собой и
кратными межремонтному периоду работы машины.

ЛИТЕРАТУРА
599
К общим сведениям
1. Боков В.А. Кризис методов обеспечения качества продукции. //Эффект
безызносности и триботехнологии. 1998, № 1. С. 21 -23.
2. Гаркунов Д.Н., Поляков А.А. Повышение износостойкости деталей
конструкций самолетов. М.: Машиностроение, 1973. 199 с.
3. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. М.: ТСХА. 2001.
616 с.
4. Орлов П.И. Основы конструирования. М.: Машиностроение. 1968.567 с.
5. Поляков А.А. Трение на основе самоорганизации // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1996, № 3 - 4. С. 47—122.
6. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей
машин. М.: Машиностроение. 1967. 394 с.
7. Стрельцов В.В., Попов В.Н., Карпенков В.Ф. Ресурсосберегающая
ускоренная обкатка отремонтированных двигателей. М.: "Колос". 1995.
174 С.
8. Швецова Е.М., Крагельский И.В. Классификация видов изнашивания
поверхностей деталей машин в условиях сухого и граничного трения //
Сб. статей "трение и износ в машинахгВып. 8. Изд-во АН СССР, 1953.
С. 16-38.
9. Яценко В.С. Техническая эксплуатация морского флота. М.: Изд-во
"Транспорт", 1971.342 с.
К главе 1. Изменения свойств смазки в эксплуатации
1. Алексеев В.Н., Кувайцев И.Ф. автотракторные эксплуатационные
материалы. М.: Изд-во Министерства обороны СССР. 1958. 51 с.
2. Бабель В. Г. Композиции улучшающие антифрикционные свойства
смазочных масел. Автореферат докторской диссертации.
Санкт-петербургский технологический институт, 1986. 47 с.
3. Венцель В.С. Важный элемент моделирования условий работы масла в
двигателях внутреннего сгорания//Вестник машиностроения, № 9. 1962.
С. 35 -38.
4. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. М.: Издательство
МСХА.2001.616с.
5. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей
машин. М.: Машиностроение .1967. 394 с.
6. Черножуков Н.Н., Крейн С.Э. Окисляемость минеральных масел. М.:
Госпоптехиздат. 1955.

600
ЛИТЕРАТУРА
К главе 2. Обкатка машин.
Стендовые и эксплуатационные испытания
1. Авдонькин Ф.Н. Ремонт автомобилей. Саратовское книжное
издательство. 1961. 314 с.
2. Бабель В.Г., Байрамуков М.Д. Об использовании композиций,
содержащих галогениды металлов переменной валентности и исследование
механизма их смазочного действия. Сб. Долговечность трущихся
деталей машин. М: машиностроение. Вып. 2, 1987. С. 7 - 19.
3. Барабаш МЛ., Корогодский М.В., Краюшкин А.С. и др. Применение
металлоколлоидных смазок (органозолей железа) для приработки
деталей автомобильных двигателей. Сб. "Повышение износостойкости и
срока службы машин. Т.2. Изд-во АН Усср. 1960. С. 249 - 261.
4. Величкин И.Н., Нисневич А.И., Зубистова М.П. Ускоренные испытания
дизельных двигателей на износостойкость. М.: Машиностроение.
1954. 157 с.
5. ГОСТ 1955-47 Масла смазочные.Метод определения содержания железа.
6. ГОСТ 3878-47 Масла смазочные и топлива в эксплуатации. Метод
построения линий износа двигателей и механизмов.
7. Гришко В.А. Опыт применения метода меченых атомов в исследовании
износостойкости зубчатых передач ГОСИНТИ. Передовой научно-
технический и производственный опыт. № 3-64-1026/5. Москва. 1964.
8. Иванов И.П. Испытания зубчатых передач ускоренным методом //
Известия вузов. № 8, 1963. С. 47 - 52.
9. Кугель Р.В. Долговечность автомобилей. М.: Машгиз. 1961. 357 с.
10. Лихтман, В.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А, Физико-химическая
механика материалов. М.:Изд-во АН СССР. 1962^363 с.
11. Методы изучения и контроля износа в машинах при помощи
радиоактивных изотопов. Изд-во АН СССР. 1854.
12. Нигматов М.Х. Ускоренная приработка деталей после ремонта .М.:
"Колос" 1988.
13. Нисневич А.И. Примение радиоактивных изотопов для изучения
долговечности деталей машин. М.: Госатомиздат. 1962.
14. Прокопенко А.К. Избирательный перенос в узлах трения машин
бытового назначения. М.: Легпромбытиздат. 1987. 104 с.
15. Применение метода меченых атомов в физике и технике. Сб. статей под
ред. В.Г. Васильева. Изд-во Иностранная литература. 1955.
16. Симочкин Г.В. Определение технического состояния двигателей без
разборки. // Автомобильный транспорт.№ ЗЛ955.
17. Соловьев А.В. Повышение качества и экономичности обкатки
отремонтированных двигателей ЗИЛ-130 с использованием приработочных
технологических сред. Диссертация на соискание кандидата
технических наук. Московский гос. агроинженерный университеи им. В.П. Го-
рячкина. 001.
18. Стрельцов В.В., Попов В.Н., Карпенков В.Ф. Ресурсрсберегающая
ускоренная обкатка отремонтированных двигателей . М.: "Колос". 1995.
174 с.
19. Стрельцов В.В. Ускоренная приработка деталей во время стендовой
обкатки отремонтированных двигателей внутреннего сгорания (на
примере двигателей № МЗ-53 и ЗИЛ-130). Диссертация на соискание докто-

Литература
601
ра технических наук. М.: Московский гос. агроинженерный
университет им. В.П. Горячкина. 1993.
20. Хрущов М.М., Беркович Е.С. Точное определение износа деталей
машин. Изд. АН СССРЛ 953.
21. Чудаков К.П., Домбровский И.Е., Болдов Ю.В. Определение износа
методом негативных отпечатков //Вестник машиностроения. № 1. 1962.
22. Шаронов Г.П. Применение присадок к маслам для ускоренной
приработки двигателей. М.: Изд-во "Химия" 1965.
23. Ка1кег{ XV. В1е1еГе1с1 3. Уег5сЫе155шИег5исЬип§еп ап Ъгекеп, \^а12§е&аз1еп
2аЬпгас1егп Ш.- Ап*. 1959, 81. № 80. 1271-1278 з.
К главе 3. Уход за машиной во время работы, смазка узлов,
ремонт машин, очистка деталей, агрегатов
и систем смазки
1. Балабанов В.И. Безразборне восстановление технических характеристик
двигателей внутреннего сгорания // Эффект безызносности и трибо-
технологии. 1999. № 3. С. 33 - 36.
2. Веденяпин Г.В., Киртбая Ю.К., Сергеев М.П. Эксплуатация машинно-
тракторного парка. М.: Изд-во сельскохозяйственной литературы. 1963.
430 с.
3. Владзиевский А.П., Якобсон М.О. Монтаж, эксплуатация и ремонт
металлорежущих станков. Справочное руководство. М.: Машгиз, 1946.
436 с.
4. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. 4-е изд. М.:МСХА,
2001.616 с.
5. Карты смазки для изделий машиностроения. Учебное пособие. Под ред.
Н.Е. Денисовой. Пензенский гос. технический университет. Пенза. 1994.
108 с.
6. Кривашин А.Ю. Восстановление работоспособности плунжерных пар
топливных насосов дизельных двигателей трибохимическим нанесение
покрытий. Автореферат канд. дисс. Челябинский гос. Технический ун-
верситет. 1992. 17 с.
7. Крестьянников В.И. Опыт использования эксплуатационных
мероприятий по улучшению окружающей среды г. Алма-Аты на основе
реализации эффекта безызносности в автомобилях // Эффект безызносности и
триботехнологии. 1999. № 1 С. 11 - 14.
8. Открытия в СССР 1957 - 1967. Сборник кратких описаний открытий,
внесенных в государственный реестр СССР. ЦНИИПИ. М. 1968.
С. 52-53.
9. Поляков А.А. Трение на основе самоорганизации // Эффект
безызносности и триботехнологии. 1996, 3 - 4. С. 47 - 119.
10. Смазка оборудования текстильной и легкой промышленности.
Справочник под ред. Н.Е. Денисовой. М: Легпромбытиздат. 1994. 448 с.
11. Судостроение и водный транспорт. Экспресс-информация.№ 2, 1963.
С. 17-24.

602
ЛИТЕРАТУРА
К главе 4. Влияние условий эксплуатации
и режима работы машины на износ деталей
1. Бурыжкин Л.П. Техническая эксплуатация судовых двигателей
внутреннего сгорания. М.: Транспорт. 1964. 356 с.
2. Василевский Я.М. Рациональная эксплуатация и ремонт турбобуров.
Азнефтеиздат. Баку. 1958. 46 с.
3. Веденяпин Г.В., Киртбая Ю.К., Сергеев М.П. Эксплуатация машинно-
тракторного парка. М.: Изд-во сельскохозяйственной литературы. 1963.
430 с.
4. Григорьев М.А., Павловский В.М., Карпенко В.Ф. Повышение надежности
автомобильных двигателей в пусковой период. Обзорая информация.
М.: НИИАВТОПРОМ. 1979. 77 с.
5. Демьянов Л.А. Исследование метода холодного запуска автомобильных
карбюраторных двигателей. Киев. Диссертация. М. 1951.
6. Иванченко Ф.К. Динамические нагрузки в рельсовых механизмах
передвижения // Вестник машиностроения,№ 3, 1965.
7. Марченко С.С. Исследование износов двигателя СМД-14 при пуске и
прогреве. М.: труды ГОСНИТИ, 1971, т. 31. С. 7-9.
8. Проников А.С. Износ и долговечность станков. М.: 1957. 279 с.
9. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей
машин. М.: Машиностроение ,1967. 394 с.
10. Суранов Г.И. Уменьшение износа деталей автотракторных двигателей
при пуске. Изд. 2-е. Перераб. и допол. Зеленоград ЗАО "Перит-А". 2000.
214 с.
К главе 5. Оценка технического состояния
трущихся деталей и предельные величины их износов
1. Веденяпин Г.В., Киртбая Ю.К., Сергеев М.П. Эксплуатация машинно-
тракторного парка. М.: Изд- во сельскохозяйственной литературы. 1963.
430 с.
2. Гаркунов Д.Н., Поляков А.А. Повышение износостойкости деталей
конструкций самолетов. М.: Машиностроение. 1974. 200 с.
3. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 474 с.
4. Крагельский И.В. О расчете трущихся сочленений на износ при
микрорезании и пластическом и упругом контактах. Издательство "Наука".
1865.
5. Филимонов Б.Н. К вопросу о влиянии удельного давления на износ вту-
лочно-роликовых цепей // Известия вузов.М.: Машиностроение. 1964.
№ 4. С. 43-51.
6. Фролов П.Г. Чудаков К.П. Эксплуатация строительных машин. Госстрой-
издат. 1963. 340 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
603
С изданием этой книги закончено изложение учебника по
триботехнике.
Учебник состоит из двух книг: первая книга D-е издание
"Триботехника (износ и безызносность)" и вторая книга E-е издание
"Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин)".
Он предназначен для подготовки студентов по специальности 120600
"Оборудование и технология повышения износостойкости и
восстановления деталей машин и аппаратов".
Учебник может быть полезен при подготовке конструкторов,
технологов и инженеров по обслуживанию машин и оборудования,
работа которых связана с вопросами трения, износа и смазки узлов
трения. Не останавливаясь на значении триботехники для
конструкторов и технологов, сделаем несколько замечаний по третьему
разделу книги - "Повышение износостойкости машин в эксплуатации",
который в большей мере предназначен для специалистов,
обслуживающих машины и оборудование. Машины изнашиваются не где-
либо, а при их использовании, и здесь необходимо максимально
сосредоточить усилия инженеров на эксплуатационных проблемах,
зависящих, естественно, от конструкции машины, качества ее
изготовления и, не в последнюю очередь, от ее грамотного
использования.
К важнейшим эксплуатационным проблемам в настоящее время
относятся: 1) повышение ресурса машин и оборудования; 2)
сокращение расхода топлива и смазочных материалов; 3) защита
окружающей среды (сокращение вредных выбросов в выхлопных газах) при
работе автомобилей и тракторов; 4) замена капитальных ремонтов
машин и оборудования на ремонты без разборки деталей.
Триботехника, как и любая другая наука;непрерывно
развивается. Этапы ее развития связаны с развитием корабельной техники,
металлообрабатывающей промышленности, железнодорожного
транспорта, горнорудной промышленности, станкостроения, авиации и
космонавтики. Во второй половине двадцатого века с развитием
машиностроения, военной техники, авиационного и
автомобильного транспорта резко возросло потребление нефтепродуктов,
высоколегированных сталей, дефицитных цветных металлов, что обострило
эксплуатационные проблемы триботехники.
Безвозвратно ушло время, когда при плановом ведении
хозяйства неизрасходованный или сэкономленный запланированный бен-

604
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
зин продавали "налево" или сливали в канаву, чтобы на следующий
год не была сокращена его плановая поставка. Расход бензина 12-
13 литров на сто километров, например для автомобиля "Волга",
считался нормальным. Сейчас во всем мире, включая и Россию,
сокращение потребления топлива — один из главных вопросов
транспортной техники. Японские специалисты добились на
экспериментальном автомобиле, примерно такого же класса как Волга,
расхода топлива 3 л. на 100 км. В нашей книге, особенно в ее третьем
разделе, рассматриваются эксплуатационные методы сокращения
расхода горюче-смазочных материалов.
После распада СССР произошло смещение акцентов не только
в развитии экономики, но и в географическом отношении. В
Российской Федерации северные районы занимают более трех четвертей ее
территории. При эксплуатации машин (автомобилей и тракторов,
машин нефтегазового комплекса и др.) в северных районах
требуется запасных частей для узлов трения в два раза больше, чем в
средней полосе. Вот здесь более всего необходимо обратить внимание на
эксплуатационные методы повышения ресурса машин и
сокращения расхода топлива и масла. Однако не только холодный климат
увеличивает износ деталей, но и сырая погода. В результате
действия водородного износа, усиливающегося в ненастные дни,
интенсивность износа деталей может возрасти в десятки раз. Это
относится прежде всего к машинам и механизмам, работающим на
открытом воздухе, таким как: колеса, рельсы, тормоза железнодорожного
транспорта, трущиеся детали автомобилей и тракторов,
сельскохозяйственных машин, оборудования горнорудной
промышленности и др.
Для решения эксплуатационных проблем (повышения ресурса
машин и транспортных средств, сокращения расхода топлива и
смазочных материалов и защиты окружающей среды) нужны
конкретные рекомендации, которые были бы эффективны и в короткое
время без больших материальных затрат применены при эксплуатации.
В настоящем учебнике мы подробно осветили методы и пути
решения эксплуатационных проблем, а именно: использование новых ме-
таллоплакирующих смазочных материалов и присадок к ним,
реализующих эффект безызносности; механическое накатывание
цилиндров ДВС; применение ФАБО трущихся деталей; сокращение
топлива при холодном запуске автотракторных двигателей,
ускоренная обкатка двигателей; новые износостойкие материалы и
конструкции узлов трения, реализующие избирательный перенос при
трении; безразборное восстановление машин и механизмов и др.
Отмеченные методы могут быть использованы не только
крупными промышленными предприятиями, но и малыми, например,
фермерскими хозяйствами. В книгах в качестве примеров
рационального использования новых триботехнологий при решении
эксплуатационных проблем приведены результаты работ следующих ав-

Заключение
605
торов: В.Г. Бабель, В.И. Балабанова, В.М. Бондюгина, Б.Д. Ворон-
кова, Б.Т. Грязнова, Н.Е. Денисовой, В.Н. Дзегиленка, СИ. Дякина,
М.Н. Ерохина, П.И. Корника и А.И. Лыбина, В.Ф. Карпенкова,
СМ. Мамыкина, Г.И. Эжиева, А.К. Прокопенко, В.В. Стрельцова,
Г.И. Суранова и др.
В обеих книгах по триботехнике весьма подробно изложен
вопрос о самоорганизации в механизме избирательного переноса и
показано, что это явление относится к диссипативной структуре. Что
касается трения при граничной смазке, то здесь протекающие
процессы скорее характеризуют хаос, нежели самоорганизацию. При
граничном трении происходит накопление дефектов
дислокационного характера линейно вплоть до образования трещин и
последующего отделения частиц износа от поверхности; отсутствуют
гомогенная структура, обмен веществом и энергией с внешней средой и
структурный кинетический фазовый переход. Все это свидетельствует о
том, что самоорганизации здесь практически нет. Вот почему в
работах А.А. Полякова отмечается, что самоорганизация при
граничном трении есть, но она "второго порядка". Методы повышения
износостойкости, основанные на анализе граничного трения,
базируются на оптимизации выбора состава трущихся материалов,
шероховатости поверхностей трения, химического взаимодействия
присадок к маслам с поверхностями трения и другими явлениями не
относящимися к самоорганизации.
При избирательном переносе самопроизвольно образуется сер-
вовитная пленка, структура которой гомогенна; благодаря
образованию и распаду комплексных соединений происходит обмен
энергией и веществом поверхности трения с внешней средой (смазочным
материалом); переход движения дислокаций от консервативного к
переползанию носит кинетический характер, — все это создает
условия для самоорганизации "первого порядка".
В отечественной литературе по триботехнике большое место
занимают работы Б.И. Костецкого и особенно его ученика Л.И. Бер-
шадского по самоорганизующимся процессам при граничном и
смешанном трении. Авторы работ, по нашему мнению, исходили из
ложного положения, что любое трение представляет собой открытую
систему, обменивающуюся с внешней средой энергией и веществом.
Увлекшись этой идеей, Л.И. Бершадский опубликовал ряд путанных,
заумных с малопонятным содержанием статей по "структурной
термодинамике трибосистем". В последние годы последователи
Л.И. Бершадского часто цитируют его высказывания о
самоорганизующихся процессах при граничном и смешанном трении, без
какого-либо анализа и достоверных фактов. В связи с изложенным, в
обеих изданных книгах положения;развиваемые в статьях Л.И.
Бершадского по «структурной термодинамике трибосистем»; отсутствуют.
Остановимся на некоторых терминах. В литературе о
триботехнике в последнее время стал часто употребляться термин "трибоси-

606
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
стема". В нашем издании, особенно в первой его части, мы
старались избегать этого термина, подчеркивающего "высокую науку", и
использовали термины "пара трения" или "узел трения", давно
принятые в теории механизмов и машин и широко используемые в
технической литературе. Термин "трибосистема" целесообразно
применять при анализе пары трения или узла трения как
термодинамической системы, что согласуется с определением, приведенным в
"Словаре-справочнике по трению, износу и смазке машин", Киев: "Нау-
кова Думка", 1990.
Вторая часть книги, относящаяся к технологии изготовления
машин, названа "Триботехника при изготовлении машин". В
некоторых книгах и статьях по трибологии подобные разделы названы
"Триботехнологии". В этот раздел включают химико-термическую
обработку поверхностей трения деталей, методы пластической
деформации, гальванические покрытия и другие методы, фактически не
относящиеся к триботехнологиям. Это, по-видимому, связано с тем,
что термин "триботехнологии" в "Словаре- справочнике по трению,
износу и смазке деталей машин" сформулирован неудачно, а
именно: "Триботехнология - раздел трибологии, изучающий триботехни-
ческие аспекты формообразования деталей, обработки материалов
разрушающими и деформирующими способами, возможности
достижения требуемых свойств поверхностей трения, узлов и деталей за
счет упрочняющих воздействий и нанесения спец. покрытий и т.п."
Под этот термин попадают практически все технологические
процессы промышленного назначения: закалка и отпуск стальных
деталей, электролитическое хромирование, протягивание, горячая
штамповка, шлифование и т.д. По нашему мнению, триботехнология -
это технологиия, использующая трение как технологический
процесс для придания поверхностям деталей высоких износостойких и
антифрикционных свойств. К триботехнологиям по этому термину
относится алмазное выглаживание, ФАБО, безразборное
восстановление машин и механизмов и др. Правительством РФ "за
разработку триботехнологии на базе открытий эффекта безызносности при
трении и явления водородного изнашивания металлов" группе
ученых в 2000 г. была присуждена премия в области науки и техники.
Иногда в литературе по триботехнике, не исключая и солидные
журналы} идет подмена понятий, относящихся к эффекту
безызносности (избирательному переносу при трении), или просто его
дискредитация. Так, например, утверждается, что " избирательный
перенос - наиболее яркое проявление эффекта двухслойной смазки,
причем слой мягкого металла, покрывающего поверхности трения, и слой
ПАВ, адсорбовавшихся на нем, образуются непосредственно в
процессе трения". Кроме этого,появился новый термин "Эффект метал-
лоплакирования" при граничной смазке. Нужно отметить, что ме-
таллоплакирование и последующее растворение этого слоя, в
результате которого образуется сервовитная пленка, по существу является

Заключение
607
первой стадией избирательного переноса. Само по себе металлопла-
кирование без процессов, происходящих при избирательном
переносе, не может обеспечить высокого смазочного действия. Простой
массоперенос при трении является вредным явлением. Напомним, что
металлоплакирующие смазки появились в связи с разработкой
методов повышения износостойкости узлов трения на основе
избирательного переноса. Далее нет смысла комментировать приведенные
высказывания об избирательном переносе. Отошлем читателя к
заключению и послесловию (книга "Триботехника*Износ и безызносность"
М.: Изд-во МСХА, 2001. С. 657 -557), в которых проанализированы
причины или нежелания разобраться в механизме явления эффекта
безызносности (избирательного переноса при трении).
При написании первой книги учебника уделено большое
внимание механизму изнашивания, видам изнашивания и методам
снижения трения и износа в подвижных сочленениях. По каждому виду
изнашивания приведены фотографии поверхностей трения, взятые
из практики. Проанализированы решения ряда практических задач,
взятых из различных отраслей техники. Это сделано для того, чтобы
студент, изучив учебник, после окончания вуза мог самостоятельно
решать практические задачи. Например, работая в авиационном
подразделении, мог активно принять участие в оценке технического
состояния узлов трения самолета на предмет определения его ресурса;
написать технологию ремонта узлов трения компрессора или
другого агрегата; дать заключение о причине аварии транспортного
средства, связанной с недостаточной надежностью какого-либо
трущегося сочленения и предложить методы повышения надежности его
работы; рационально сконструировать узел трения, например,
применить плавающую деталь или заменить подшипник скольжения на
подшипник качения; правильно выбрать необходимый зазор в
трущемся сочленении и т.д.
Материал, изложенный в обеих книгах, обширный, и закрепить
его в сознании обучающихся студентов задача нелегкая. В связи с
этим автор предполагает издать еще одну книгу по триботехнике, в
которой главные разделы этого предмета излагались бы в
вопросах и кратких на них ответах. Такое учебное пособие позволит
студенту легче освоить курс, подготовиться к зачетам и экзаменам.
Пособие также облегчит и работу преподавательского состава. В пользу
такого решения свидетельствует тот факт, что в некоторых
номерах журнала "Эффект безызносности и триботехнологии", изданных
в прошлые годы, для лучшего усвоения читателями механизмов
эффекта безызносности и водородного изнашивания металлов, фрет-
тинг-коррозии и других видов изнашивания, было опубликовано
более 70 вопросов и ответов. Полученные положительные отклики
от многих инженеров и научных работников свидетельствуют о
полезности такой инициативы.

608
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
И последнее. Триботехника-наука прикладная. Конечные
результаты исследований и разработок на основе триботехники должны
обеспечивать снижение затрат труда на техническое обслуживание и
текущий ремонт машин, снижение стоимости капитальных ремонтов,
уменьшение расхода запасных частей, экономию горюче-смазочных
материалов, снижение металлоемкости конструкций узлов трения и
повышение производительности машин. В целом триботехника
решает такие национальные проблемы, как экономия энергии,
сокращение расхода материалов, а также повышение надежности и
безопасности механических систем.
На основе анализа полувекового периода развития триботехники
и для более легкого и эффективного ее изучения в вузах мы сочли
возможным разделить курс триботехники на пять частей и
изложить их в 2-х книгах: "Триботехника ('износ и безызносность^ " изд.
4-е, МСХА, 2001 г. и "Триботехника (при конструировании,
изготовлении и эксплуатации машин) " изд. 5-е, МСХА, 2002 г.
Замечания по обеим книгам можно сообщить по телефону @95)
249-49-70.

ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
609
А
Абиндер А.А. 397
АвагянЮ.Г. 299
Авдонькин Ф.Н. 600
Авдуевский В.С. 291
Акулич Н.В. 293
Алисин В.В. 474, 475
Алексеев В.Н. 599
АльшицИ.Я. 133,288,290,105
Андреева А.Г. 71,287
Андрейчик М.А. 325
АндреюкЛ.В. 405
Андронов Е.П. 433
Андрющенко Ю.М. 410
Анисимов И.Ф. 288
Антонов В.Н. 292, 299
Арзамасов Б.Н. 475
Астафьев С.С. 302
Астахов В.В. 433
Асташкевич Б.М. 71, 297, 376
Атаманский П.И. 290
Атман М.Ф. 42
Б
БончевП. 291
Борисов В.С. 371,476
Бородай А.В. 292
Бородулин ММ. 23
Бортник Г.И. 71,300
Броновец М.А. 291
Булюк А. 297
Брусенцова В.Н. 370,476
Бурлов А.С. 295
Бурумкулов Ф.Х. 297
Бурышкин Л.П. 602
Бутом Е.М. 71
Буше Н.А. 291
Бушкова Е. 294
Быстрое В.Н. 70,72,295,297,449,564
Быченков В.В. 297
В
Вайнштейн В.Э. 318,476
Ван дер Хорст 380
Василевский Я.М. 608
Васильев Ю.Н. 292
Васильев И.И. 23
Васильков О.А. 294
Васильченко Н.69
Веденяпин Г.В. 601
Величкин И.Н. 600
ВенжегаА.С. 309
ВенцельВ.С. 507,599
Виниченко И.В. 296
Виноградов Ю.М. 475,476
Владзиевский А.П. 601
Владивасов Д.Г. 394
Власов В.М. 475,476
Воловик Е.Л. 407,408
ВологдинВ.П. 349
Волощенко М.М. 288
ВоронинЛ.Г. 475
Вороницын И.С. 376
Воронков Б.Д. 48, 72, 78,605
Вячеславова Л.А. 294
Г
Гаврилюк М.Р. 294
ГадиеваЛ.М. 288
ГаевикД.Т. 294
Гаркунов Д.Н. 288,289,291,292,295,
296,297,298,299,420,474,476,477,
564,599, 601,602
Гарновский А.Д. 294
ГевелингН.В. 348
Бабадженян П.А. 387
Бабель В.Г. 222, 291, 292, 520, 599,
600,605
Бабичев А.П. 410,411
Барвелл Д.Т. 377
Байрамуков М.Д. 292, 600
БаканинГ.Н. 331
Балабанов В.И. 80,292,295,296,299,
424,449,477,565,568,600,601,605
БарабашМ.Л. 514,600
Баранов Г 297
БаштаТ.М. ПО
Белкин М.Я. 309
Белов В.А. 404
Белый В.А. 20,289, 288, 293
Беляков А.В. 297
Бергман Т.П. 294
БерковичЕ.С. 534,601
Бершадский Л.И. 605
Беспрозванных Л.В. 72
Благов Б.Н. 288
БлаугаЭ.А. 323
Билефельд И. 601
БоймА.Г. 288
Боков В.А. 489,490,599
БолдовЮ.В. 601
Бондюгин В.М. 69, 297, 605

610
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
Герасимов Н.Н. 317
Герасимова Н.Н. 474
ГеринД. 323
Германчук Ф.К. 288
Геронимус Я.Л. 144
ГлазерВ.А. 42
Гнусов Ю.В. 70
Гобульский И.Я. 475
Голуб М.В. 61,70,293,294,297,299
Голубев А.И. 105,133, 290,292, 475
Гольд Б.В. 290
Гольштейн Я.Е. 475
Гонтарь Г.О. 295
ГорбатюкВ.Т. 391
Горбунов А.Д. 292
Городецкий Д.Д. 166
Горшков А.А. 288
Гребенюк М.Н. 71,294
Греков Г.М. 296
Гречин В.П. 208
Гречко В.О. 76,288
ГрибайлоА.П. 300
Григорьев Е.Т. 290
Григорьев М.А. 608
Григорьев Ю.М. 132
ГриденокСС 296
ГрилихесС.Я. 475
ГрискинЕ.Н. 62,70,294
ГришкоВ.А. 90,600
ГрозинБ.Д. 383
Громаковский Д.Г. 97, 98
ГрязновБ.Т. 419,427,474,475,605
Гуляев А.П. 338
Гусева И.М 476
Д
Демьянов Л.А. 602
Денисова Н.Е. 70,221,295,601,605
Дзегиленок В.Н. 605
Добровольский В.А. 125
Добромыслов Н.Н. 433, 445, 477
Доенин В.Н. 39
Домбровский И.Е. 601
Дорощук А.П. 132
ДугинаВ.Н. 318
Дубина А.М. 71
Дубинин Г.Н. 338
Дубняков В.Н. 300
Дъяченко П.Е. 313,318, 325,404,474
ДъячковА.К. 198
Дякин СИ. 69, 294, 295, 298, 605
Е
Евдокимов В.Д. 296
Евсин Е.А. 414
Елизаветин М.А. 474, 475
Елисеев Н.Ю. 300
ЕрохинМ.Н. 299,605
3
Задошенко Е.Г. 301
Закиров Ш.з. 476
Замятина Т.Ф. 289
Зельбет Б. М. 288
Зинкин А.Н. 476
Зубистова М.П. 600
ЗубченкоО.И. 290
И
ИванидиС.Б. 290
Иванкина Э. Б. 295
Иванов А.Е. 292
Иванов Г.И. 402,476
Иванов И.П. 600
Иванченко Ф.К. 602
Иватюненко А.А. 72
Ивенс К. 288
Ильин Н.Н. 414,477
ИохелесФ.Я. 331
ИссертИ. 297
Истомин Г.А. 555, 564, 569
К
Казакова Н.Н. 294
Казанцев А.С. 395
КазарцевВ.И. 395
Калькерт В. 607
КамбаловВ.С. 474
Каменев Н.А. 476
КамовН.И. 153
КаноровС.Н. 445
Карпенков В.Ф. 599, 600, 602, 605
Кириллов Ю.И. 71
КиртбаяЮ.К. 601
Киршенбаум В.Я. 82, 83,84
Кисель В.В. 296,477
КичкинИ.И. 401
Кобылянский СИ. 69
Ковалев А.П. 414
Комаров СН. 433
Ковалевский А.М. 106
Ковалевский М.М. 180

Именной указатель
611
Коваленко Н.И. 128
Коган Я.Д. 333,475
КожаеваН. 295
Козлов Л.В. 69,297
Колимард. 291
Кольцов Л.А. 64, 73, 294
Колтунов С.Я. 379
КорникП.И. 555,605
Корогодский М.В. 600
Королев И. 293
Короткое В.А. 341
Котляренко Л.Б. 290
Костецкий Б.И. 605
КотА.Н. 295
Крагельский И.В. 299,475,479,494,
592,599,602, 605
Красиков С.Г. 300
Красниченко Л.В. 82,397, 476
Краюшкин А.С. 600
КрейнС.Э. 501, 599
Кремешный В.М. 71, 297, 428, 429,
433,477
Крестьянников В.И. 601
Кривашин А.Ю. 300,567,568,601
Кромель З.И. 318
Крылов К.А. 377
КрячекВ.М. 289
Кувайцев И.Ф. 605
КугельР.В. 11,289,530,600
КужаровА.С. 67, 216,217, 220,221,
291,295
Куксенова Л И. 189, 291, 293, 294,
296, 474
КулаковА.Т. 297
Куранов В.Г. 71, 73,289, 294
КураповВ.Г. 289
Курганский П.М. 300
КурловО.Н. 298
Л
Лавровский 3. 92
Лазаренко Н.Н. 476
Ланге И. 296,299, 477
Лаптева В.Г. 294
Ларин Т.В. 376
ЛаухинН.И. 340
ЛахтинЮ.М. 333,475
Левина З.М. 158, 160,288, 290
ЛевитскийГ.С. 362,476
ЛиберманЛ.М. 71
ЛипгартА.А. 269
Литвинов В.Н. 299
ЛихтманВ.И. 600
Лозовский В.Н. 80, 296, 300, 420,
425,477
Ломоносов Ю.Н. 567
Лудема К. 293
ЛыбинА.И. 555,605
Львов П.Н. 390
Любимов Д.Н. 292
Любченко А.П. 331
ЛюсинаБ.И. 387
ЛялякинВ.П. 296,477
Ляшенко А.В. 396
М
Макаров Е.И. 69
Макаров С. Ю. 293, 300
Макаров Ю.Ф. 59,300
Мальцева Е. Г. 291
Мамаев И.И. 414
Мамыкин СМ. 80, 295 , 605
МариничТ.Л. 291
Марков А.И. 413
МарчакР. 80,288,293
Марченко С.С. 602
Матюшенко В.Я. 325, 464, 478
Машков Ю.К. 76, 288, 289,297
Медведева В.В. 318
МелкумянС.А. 298
Мельников В.Г. 294
Мельниченко И.М. 72, 300
Микитюк Е.П. 131
Минкевич А.Н. 475
Михайлов А.А. 368, 476
МихинН.М. 299
Мишарин Ю.А. 317
Мороз Л.С. 330
Мышкин Н.К. 293,299
Мюллер В. 296
Н
Намаконов Б.В. 71, 296,468,477
Назаров Ю.А. 296
Натансон Э.М. 514
Некрасов С.С. 295
НибергА.Н. 49
Нигматов М.Х. 600
Николсон 508
Нисневич А.И. 600
Носенко Н. 295
НосихинП.И. 292
Носов М.Н. 411
НугличекФ. 289

612
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
О
Олд 508
ОнищукН.Ю. 216,217,220,291,296
Ордженикидзе С.К. 289
Орлов А.В. 105
Орлов П.И. 289, 483, 485, 487, 599
П
Р
Рабинович Л.В. 29 4
РадинЮ.А. 292
РадчикА.С. 85
РадчикВ.С. 85
Рассел X. 477
Рахутин Г.С. 69
РебиндерП.А. 600
Ревнивцев В.И. 291
РешетовД.Н. 186
РигниД.А. 293
Романов В.И. 301
Ромашенко В.А. 132,290
Руге И. 477
РузановФ.И. 299
Румянцев Г.И. 289, 296, 446, 478
Рыбакова Л.М. 289,291,293,294,
296,474
Рыжов Б.М. 184
Рыжов Э.В. 474
С
СавенкоВ.И. 293
СавуновВ.П. 402
Самойлович Г.С. 94
СамсаевЮ.А. 166, 290,291
Самылкин В.М. 291
СательЭ.А. 474,475
Сверчков А.Н. 249
Свириденок 20,288,289
Свищевская Г.И. 221
Семенихин П.Г. 474
Семенов В.С. 472,474
Сергеев М.П. 607,608
Симаков Ю.С. 298,520
Симочкин Г.В. 600
Скуратовский В.И. 300
Снитковский М.М. 80, 296,297
СоиноваМ.Н. 300
Сокол С.А. 567
Соколов Ю.Д. 72
Соловей Н.Ф. 464,478
СоловьевА.В. 600
Соломко В.А. 297
Софии В.Ф. 70
СпивакВ.И. 18
Спришевский А.И. 289
Старосельский А.А. 189, 292, 477,
599
Старцева В.А. 331
Статешная Е.С. 292
Степаненко В.П. 477
Степашкин СМ. 569
Стрельцов В.В. 299,295,527,528,599,
600,605
Стренг С.Д. 377
Павловский В.М. 602
Палей М.И. 318,319
Пальмгрен А. 250
Паниоти И.И. 289
Панфилов Е.А. 166, 222,290,291
Парадашвили Л.И. 505
Переверзев В.М. 341
ПерельЛ.Я. 290
Петрова И.В. 60, 78, 288
Петроковец М.И. 289
Петросянц А.А. 294
ПиготтР. 179.
ПинчукВ.Г. 72
ПичугинВ.Ф. 223,293, 567
Плетнев Д.В. 370,476
Погонышев В.А. 300
Польцер Г. 80,288,292,296,299,420,
456,457,460,462,464,468,477, 564
Поляков А.А. 94,231,292,293,299,
378,476,477,599,601,602, 605
Пономаренко А.Г. 295
Понтрягин Л. 490
ПопиловЛ.Я. 289
Попов В.Н. 599,600
Постников В.И. 536
Потапов Г.К. 295, 296, 424, 478
Прокопенко А.К. 70, 80,295,296,
498, 520,600,605
Проников А.С. 131, 286, 290, 292,
474,608
Прудников В.В. 477
Пружанский Л.Ю. 93
Пузанков В.В. 315
Пятакова Л.Л. 475

Именной указатель
613
Суранов Г.И. 298,529,581, 602,605
Суриков В.И. 289
Суслов П.Г. 292
Суруханов Б.Б. 72
СухаринаН.Н. 288
Струников Н.Ф. 269
Т
ТепляшинА. В. 69,297
ТерегеряВ.В. 294
Терешкин С.А. 80,297,424,453,478
ТерехинА.Е. 109
ТескерЕ.И. 290
Титов В.В. 294
Тищенко Л.С. 69
Ткачев В.Н. 474, 476, 477
ТорбилоВ.М. 414
ТоропВ.В. 478
Трояновская Г.И. 476
ТрубинГ.К 317,474
ТрушкоП.В. 290
ТурченокТ.Г. 292
ТурчковЕ.В. 59,70,297,300
Тылкин М.А. 18
Ф
Федоров В.С. 586
Федорченко И.М. 286
Федосеев Н.М. 166,168
Филатова В.И. 294
Филимонов Б.Н. 602
Филиппов А.Н. 40
ФирковскийА. 80, 296,299,477
Флетли М. 288
ФодорД. 291
Фомина В.М. 288
Францев В.Н. 295,301
Фролов П.Г. 602
X
Хаймзон М.Е. 377
Хворостухин Л.А. 412, 414, 477
Хомяк О.Н. 295
Хохлов В.М. 301
ХрущовМ.М. 316,534,601
Худых М.М. 293,408
ц
Целиков А.И. 290
ЦыпцинВ.И. 295
Ч
Чабан А.С. 477
ЧадовИ.Н. 569
ЧатынянЛ.А. 41
Чекулаев О.В. 70,80,297,424,453,478
Черножуков Н.И. 501,502,599
Чигаренко Г.Г. 292,295,
Чичинадзе А.В. 189
Чудаков К.П. 598,607, 608
ЧукмаревА.С. 294
Чукмасов С.Ф. 14
Ш
Шадрин В.Г. 60, 72, 78,288, 375
ШадричевВА. 369,372
Шаронов Г.П. 601
Швецова Е.М. 494,599
ШейнА.С. 307
ШейнбергСА. 192
Шемарин Н.Н. 340
ШеперМ.Н. 69
ШнейдерЮ.Г. 308
Шпеньков Г.П. 299
ШрейнерЛ.А. 586
ШульцВ.В. 290
Шупиков А.Е 69
ШураковС.С. 330
Щукин Е.Д. 600
Э
ЭжиевГ.И. 71,80,470,605
ЭрлихЛ.Б. 125
Ю
Юдин Е.М. 145
Я
Якобсон М.О. 309,316,475,601
Ямпольский И.З. 351
ЯценкоВ.С. 599
Ящерицин П.И. 326

614
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автоколебания валов 120
Азотирование 331 - 335
технологический процесс 332
твердостное 336
антикоррозионное 334
Алмазное выглаживание 411-
413
Антифрикционные свойства
подшипников скольжения 508
изменения в эксплуатации 508-
410
Армирование термопластиков 31
Б
Балансирная подвеска 176
Балансиры 176
Безразборное восстановление
машин 558
технология 559
Безразборное восстановление
плунжерных пар 567
подшипников качения 568
тяжелого пресса 569
Безремонтная эксплуатация 482
Биметаллизация 134-137
частичная 127
Блокировка в смазочной системе
261
Борирование 339-340
Бринеллирование 154-155
В
Вероятность долговечности 485
Взрывное нагружение 405
ВидыФАБО 436
Винтовые пары качения 161
Влияние условий эксплуатации
на износ деталей 574 - 578
Влияние ФАБО на фреттинг-
коррозию 465
усталость 465
Волнистость поверхности 317 -
321
Выбор смазочного материала 224
критерии выбора 226
Г
Гатфильда сталь 17
Гиперболическая расточка
подшипника 107
Глобоидная шариковая передача
163
Головка клапана с фаской 106
Граничное трение
главный постулат 68
термины и понятия 68
Графитирование 408 - 409
д
Дамбы тепловые 191
Дефекты при ФАБО 427.
Долговечность долота 586
Долговечность и твердость детали
487
Долговечность машин 483, 489
Дублирование в смазочной системе
26
Ж
Железнение 381 -384
Жесткость детали 102
Жесткость зубчатого зацепления
104
Жесткость узлов трения 102
3
Задачи технической эксплуатации
481
Задачи технологии 304 - 305
Зазор в подшипнике качения 201
начальный 201 - 203
посадочный 201-203
рабочий 201 -203
Зазор гарантированный 205
Зазор относительный 200
Зазоры в подвижных соединениях
195
зубчато-винтовых передачах
204-205
зубчатых передачах 203
упорных подшипниках
скольжения 195-199

Предметный указатель
615
Замена внешнего трения
внутренним трением упругого
элемента 140
в подвеске задней рессоры 441
резиновом башмаке рессоры 442
резиновом шарнире 442
Замена трения скольжения
трением качения 149-153
в подшипниковых узлах 149
Застойные зоны деталей
гидроагрегатов 573
Защита деталей от паразитных
токов 280
Защита поверхностей от
загрязнений 271
направляющих 272
подшипников качения 276 - 277
тормозного цилиндра 273
ходовых винтов 272
шарнира 272, 278
Зубчатые колеса пластмассовые 34 -
36
И
Избирательный перенос 55 - 59
Износ торцов зубьев шестерен 116
Ионная имплантация 415-419
технологический процесс 416
антифрикционные свойства 418
Исследование технического
состояния
деталей и узлов трения 587
задиры болтов 589
задиры поршней 591
износ зацепления 590
методика испытаний 592
Исследования ФАБО 438
долговечность поверхности 438
контактная выносливость 438
испытательный стенд 444
фреттингостойкость 465
усталость 465
К
Карта смазки 542
сновальной машины 547
станка 543
швейной машины 552
Качество продукции 490
Коленчатый вол из чугуна 15
легированного медью, никелем
22
с шаровым графитом 16
перлитного 16
Коллекторные пластины 190
Комбинированный подшипник
качения
с подшипником скольжения 165
Компенсация деформаций детали
при сборке 108
Консольное расположение колеса
103
Контрольные и предохранительные
устройства 263
Конфигурация детали 104
Концентрация нагрузки на зуб 102
Критерий РУ 77
Л
Ловушки грязи в шатунных
подшипниках 269
Локтиты 185
Лужение 384
М
Масляный бак 266
Материал ДУ 39
Материал АГ-НИМИ-40 43
Материал дня работы узлов трения
в космосе 43 - 44
при высоком вакууме 43 - 44
при высоких температурах 40
Материал ТМ-1 61
Материалы для микрокриогенной
техники 73
Материалы для направляющих
металлорежущих станков 49 - 55
Материалы для подшипников
качения 25
роликовых тонкостенных 26
Материалы для трущихся деталей
11
антифрикционные 13
асбокаучуковые 22
асбосмоляные 23
выбор материалов 14
конструкционные 13

616
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
износостойкие 13
общая схема выбора 19
спеченые 23
фрикционные 20
Материалы твердосплавные
порошковые 61
Материалы, реализующие
избирательный перенос 55 - 62
металлические 60
неметаллические 63 - 66
Металлизация напылением 391 - 298
технология процесса 392
подготовка поверхности393
усталостная прочность 394
антифрикционные свойства 395
области применения 396 - 398
Металлокерамические материалы
44-48
Металлоплакирующие смазочные
материалы 213 - 222
восстановление зазоров 215
окислительное действие 213, 218
применение в узлах трения 213
противозадирные свойства 218
противоизносные свойства 217
Металлфторопласстовый материал
37
ленточный 37-38
Методы определение износа
деталей 532
взвешивание 532
дифференциальным 536
косвенный 537
микрометраж 532
искусственных баз 533
определением металла в
масле 534
отпечатков 534
профилографирование 533
радиоционно - индикаторный
537
Механическое наклепывание 404
Молибденирование 410
Монтажные перекосы 178
Моральное устаревание 489
Н
Наводороживание поверхности 325
влияние на износостойкость
325 - 326
Наводороживание при ФАБО 464
Надежность техники 483
Накатанная поверхность 97
Накатка цилиндров 95 - 96
Накатной ролик 95
Наплавка поверхностей 388-391
износостойкость 390
трещинообразование 389
предварительный нагрев 390
Направляющие качения 157
преимущества 157
допустимая нагрузка 158
Новые способы ФАБО цилиндров
467
технологический процесс 468
оснастка, приспособления 472
О
Обкатка машин 511
действие присадок к маслам 514
критерии оценки 512
режимы обкатки 513
физико-химические процессы
514
Обкатка ускоренная 515
автотракторных двигателей 516
влияние ФАБО 518
время обкатки 517
режимы обкатки 519
с металлоплакирующими
присадками 520
присадкой "Валена" 521
присадкой ОГМ 526
схема обкатки 528
Обработка лазером 405 - 408
схема обработки 407
Обработка паром 352
Оксидирование 354 - 358
Опора на воздушной смазке 183
Оптимальный режим бурения 584
Ориентация волокон материала 307
Остаточные напряжения 318,325,330
Отложения на деталях 506
паровых турбин 507
смолистые 508
углеродные 507
Очистка деталей, агрегатов и
систем смазки 570 - 573
Очистка фильтрующих элементов
541

Предметный указатель
617
П
Плавающие детали 118 - 123
подшипник скольжения 122
преимущества 118-19
резиновое уплотнение 123
седло клапана 122
тепловозное дышло 119
тяга управления вертолета 119
Пластичные смазочные материалы
212
Пластмассы 27
винипласт 30
полиамиды 29
фторопласт 30
Погрешности деталей 321
Податливость узлов трения 99
Подвод смазочного материала 231
к подшипникам скольжения
233-242
Подпятник на гидроопоре 176
Подушки уравнительные 177
Подшипник трехклиновой 242
Подшипник игольчатый 165
Подшипник качения с полыми
роликами 156
Подшипники качения
преимущества 149 - 152
недостатки 152-153
Пористость материала 91
в объеме 91 -94
на поверхности 94
Поршни с разрезными юбками 189
Потребление пластмасс 36
Правили сочетания материалов 79
Предельные величины износов 593
кривая износа 594
Применение избирательного
переноса информация 69 - 72
Примеры жесткости и податливости
деталей 99 - 115
Принцип взаимного дополнения
качества 125
вставкой 133,136
поршень с кольцевой
вставкой 133
поршень с бронзовой вставкой
136
поршневое кольцо с бронзовым
пояском 131
реборды колес со смазочным
элементом 132
Присадка к маслу ПИК-3 224
Присадки к маслам 211
Проблемы эксплуатации 603
Пробная масленка 257
Профиль цилиндра авиационного
двигателя 189
Прямые и обратные пары 82 - 90
Пусковой период работы
машины 578
износ деталей 579
эквивалент износа 580
Р
Разветвление маслопроводов 267
Разгрузка рабочих поверхностей 143
зубьев шестерен 145
колес роторов 143-144
направляющих станков 146
напольного рольганга 148
опор карусельного станка 147
подшипников насоса 146
Расположение материалов в узле
трения по твердости 81
Регулировка зазоров 206
Резервирование в смазочной системе
263
Резиновое уплотнение
с волнообразными кромками 105
Рейнольдса число 197
Ремонт машин 553
планово-предупредительный 554
специальными подразделениями
555
Родирование 386
Ртутно-контрольный термометр
260
С
Самоустановка
подшипников 179, 180
колонны поворотного крана 183
опоры авиационного
компрессора 181
Свинцевание 384
Серебрение 384
Сигнальные устройства 259
40 - 2039

618
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Силицирование 340-341
Синтетические масла 208
Скоростной параметр
подшипника качения 155
Смазка деталей работающих
при высоких температурах 230
Смазка Л у бри-фильм 221
Смазка Металл-5 221
Смазка направляющих 243
кругового движения 243
Смазка передач 228
зубчатых 228
червячных 229,244
Смазка подшипников качения 250
фитилем 251
Смазка резьбовых соединений 230
Смазка смазочным кольцом 246
вспомогательной шестерней 247
поливом масла 247
Смазка узлов 539
Смазка цепных передач 252
Смазочные системы 551
характеристика 551
Смазывание фрикционных пар 254
Совмещенная опора 166
быстроходного турбохолодиль-
ника 172
высокоскоростная 166
неразборная 167
с игольчатыми роликами 168
с фитильной смазкой 171
смазываемая масляным туманом
171,172
разборная 167
Способы установки узлов трения
174
Сравнение методов поверхностной
закалки 351
Срок службы машин 483
Стендовые и эксплуатационные
испытания 529 - 532
варианты режимов 531
недостатки 530
ускоренные 530
Структура пластмасс 306
Сульфидирование 358-361
технология процесса 360
эффективность 361
Т
Текстолитовые колеса 33
Температурные деформации 186
Теория долговечности 486
Термическая обработка 342 - 352
газопламенная поверхностная
закалка 345 - 348
закалка с контактным нагревом
348 - 349
высокочастотная закалка 348
закалка с электронагревом 351
Термодиффузионное хромирование
337 - 339
технологический процесс 337
Технический уход 482
Тормоз дисковый авиаколеса 192
с принудительным охлаждением
194
Точность размера 324
Травление поверхности 326
влияние на износостойкость
326
Триботехника - наука прикладная
608
основные разделы 3-8
Триботехническая обработка 561
испытание двигателей 562
компрессия 565
содержание СО 564, 566
эксплуатационные испытания
563
У
Уплотнение магнитожидкостное
278
Установка узлов трения на 3 точки
175
Уход за машиной 538
Учет легкости ремонта при
конструировании 283
Ф
ФАБО цилиндров 453
схема приспособления 455, 458
результаты испытаний 457 - 461

Предметный указатель
619
расход топлива 460 - 461
упрочнение поверхности 462
ФАБО титана 425
ФАБО шарнирных соединений 425
плоских поверхностей 428
подшипников качения 429
ФАБО топливной аппаратуры
446 - 449
коленчатых валов 449
результаты испытаний 451
ФАБО шероховатость поверхности
463
Физико-химические изменения
масел
при эксплуатации 500
окисление 502 - 503
обводнение 504
Физико-химические характеристики
смазочных масел 210
Финишная антифрикционная
безабразивная обработка
(ФАБО)
деталей 420-473
Фонтанный указатель потока 257
Фосфатирование 354 - 356
X
Химическое никелирование 353
Хромирование электролитическое
362-380
механизм осаждения 362
свойства покрытия 364
виды пористости 365
накатка поверхности 366
механическая обработка 367
толщины покрытий 369
трещины в покрытиях 364
усталостная прочность
покрытий 373
износостойкость покрытий 375
удержание смазки покрытиями 378
хромируемые детали 380
ц
Цементация 327-330
технологический процесс 328
газовая 329
жидкостная 329
Централизованная подача
смазочного материала 254
в кривошипный пресс 255
Центробежная очистка масла в
шатунных подшипниках 268
Центробежное смазывание 249
Цианирование 335 - 337
технологический процесс 335-337
низкотемпературное 336
недостатки жидкостного 336
Ш
Шариковая передача винт - гайка
162
КПД шариковой передачи 162
Шахтные вагонетки 34
Шероховатость поверхности 313
влияние на износ 314
оптимальная 315
шарикоподшипников
Шламообразование 508
Э
Эксплуатационные свойства масел
496
антифрикционные 466
вязкостные 497
пенообразование 499
противоизносные 4%
стабильность 497
эмульгируемость 498
Эштродуговос упрочнение Ш
стойкость упрочненных деталей
401
Электроискровое упрочнение 398
стойкость упрочненных деталей
401
Электролитическое никелирование
380
Эпоксидные смолы 32
Эффект безызносности
главный постулат 68
термины и понятия 68
Эффект безызносности 492
механизм 493
диссипативная структура 494
в компрессоре холодильника 495
40*

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Часть I. ТРИБОТЕХНИКА
ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ МАШИН
Глава 1. Материалы для трущихся деталей 11
1. Общие аспекты 11
2. Разделение материалов деталей пар трения по их
назначению 12
3. Выбор материалов при конструировании узлов трения 14
4. Фрикционные материалы 20
5. Материалы, применяемые для подшипников качения 25
6. Пластические массы 27
7. Металлофторопластовые ленточные антифрикционные
материалы 37
8. Материалы для узлов трения, работающих при высокой
температуре 40
9. Материалы для пар трения, работающих в условиях
высокого вакуума и космоса 43
10. Металлокерамические и керамические материалы 44
11. Материалы для направляющих скольжения
металлорежущих станков 49
12. Материаы, реализующие эффект безызносного трения
(избирательный перенос при трении) 55
13. Материалы для узлов трения машин микрокриогенной
техники 73
14. Числовые критерии работоспособности материалов в
парах трения 77
15. Некоторые правила сочетания материалов 79
Глава 2. О расположении по твердости материалов в парах трения... 81
Глава 3. Пористость материала в объеме и в поверхностном слое 91
Глава 4. Жесткость узлов, податливость и специальная
конфигурация деталей как факторы повышения износостойкости пар
трения 99
1. Податливость детали 99
2. Жесткость детали 102
3. Конфигурация детали 104
Глава 5. Плавающие детали 118
Глава 6. Принцип взаимного дополнения 125
1. Общие сведения 125
2. Облицовка поверхности 127
3. Применение накладок и вставок 129

Оглавление 621
4. Биметаллизация 134
5. Частичная биметаллизация 137
6. Тонкослойные неметаллические покрытия 137
Глава 7. Замена внешнего трения внутренним трением упругого
элемента 140
Глава 8. Разгрузка рабочих поверхностей 143
Глава 9. Замена в узлах машин трения скольжения трением качения 149
1. Подшипниковые узлы 149
2. Направляющие качения 157
3. Винтовые пары качеия 161
4. Высокоскоростные совмещенные опоры 166
Глава 10. Способы установки узлов, уменьшающие напряжения при
монтаже и эсплуатации 174
Глава 11. Учет температурных деформаций трущихся деталей 186
Глава 12. Зазоры в подвижных соединениях 195
1. Опорные подшипники скольжения 195
2. Упорные подшипники скольжения 201
3. Подшипники качения 201
4. Зубчатые и зубчато-винтовые передачи 203
5. Регулировка зазоров 206
Глава 13. Смазка деталей машин 208
1. Общие замечания 208
2. Физико-химические характеристики смазочных материалов 210
3. Присадки к маслам 211
4. Пластические смазочные материалы 212
5. Металлоплакирующие смазочные материалы 212
6. Выбор смазочных материалов 224
7. О применении твердых смазочных материалов в
подшипниках качения 227
8. Смазка передач 228
9. Смазка резьбовых соединений 230
10. Смазка деталей, работающих при высоких температурах ... 230
11. Подвод и распределение смазочного материала 231
12. Централизованная подача смазочного материала 254
13. Контрольные и предохранительные устройства 256
14. Блокировка, вспомогательные насосы и резервирование
в смазочной системе 261
15. Замечания по конструкции элементов смазочной
системы 264
Глава 14. Защита рабочих поверхностей пар трения от загрязнений.. 271
Глава 15. Защита деталей машин от паразитных токов 280
Глава 16. Учет легкости ремонта при конструировании машин 283
Литература 288

622
ОГЛАВЛЕНИЕ
Часть 2. ТРИБОТЕХНИКА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МАШИН
Общие аспекты 305
Глава 1. О качестве сопрягающихся поверхностей и точности их
взаимного расположения в связи с износостойкостью
деталей 313
1. Шероховатость поверхности 313
2. Волнистость поверхности 317
3. Влияние микрогеометрических отклонений и отклонений во
взаимном расположении осей на долговечность деталей.... 321
4. Влияние точности размера детали на ее долговечность 324
5. Влияние остаточных напряжений в деталях на их
долговечность 325
6. Влияние наводороженности поверхности на ее
износостойкость 325
7. Влияние травления на износостойкость деталей 326
Глава 2. Физико-химическая обработка рабочих поверхностей
деталей 326
1. Цементация 327
2. Азотирование 331
3. Цианирование 335
4. Термодиффузионное хромирование 337
5. Борирование 339
6. Силицирование 340
Глава 3. Термическая обработка рабочих поверхностей деталей 342
1. Общие сведения 342
2. Газопламенная поверхностная закалка (ГППЗ) 345
3. Поверхностная закалка с контактным нагревом
электрическим током 348
4. Высокочастотная закалка 349
5. Поверхностная закалка с электронагревом в электролите.... 351
6. Сравнение методов поверхностной закалки 351
7. Обработка паром 352
Глава 4. Химическая обработка поверхностей трения 353
1. Химическое никелирование 353
2. Оксидирование и фосфатирование 354
3. Сульфидирование 358
Глава 5. Гальванические покрытия поверхностей деталей 362
1. Электролитическое хромирование 362
2. Электролитическое никелирование (твердое) 380
3. Железнение 381
4. Серебрение 384
5. Лужение, свинцевание и гальваническое покрытие сплавами 384
6. Родирование 386
Глава 6. Наплавка, напыление, электроискровое упрочнение
поверхностей трения деталей 388
1. Наплавка поверхностей трения деталей 388
2. Металлизация напылением 391
3. Электроискровое и электродуговое упрочнение
поверхностей трения деталей 398

Оглавление
623
Глава 7. Обработка поверхностей трения 404
1. Механическое наклепывание поверхностей 404
2. Обработка поверхностей трения взрывным нагружением .... 405
3. Обработка поверхностей трения лучем лазера 405
4. Графитирование 408
5. Покрытие дисульфидом молибдена 410
6. Алмазное выглаживание 411
7. Ионная имплантация 415
Глава 8. Финишная антифрикционная безабразивная обработка
(ФАБО) поверхностей трения деталей 420
1. Сущность процесса ФАБО 420
2. Требования к технологическим жидкостям, применяемым
при ФАБО 423
3. ФАБО титана и его сплавов 425
4. ФАБО шарнирно-болтовых соединений 425
5. ФАБО деталей с плоской рабочей поверхностью 428
6. ФАБО подшипников качения 429
6.1. Технологический процесс, разработанный В.М. Кре-
мешным 429
6.2. Технологический процесс, разработанный С.Н.
Комаровым и Н.Н. Добромысловым 433
6.2.1. Влияние ФАБО на долговечность и контактную
выносливость подшипников 438
7. ФАБО деталей топливной аппаратуры 446
8. ФАБО шеек коленчатых валов двигателей 449
9. ФАБО цилиндров двигателей внутреннего сгорания 453
9.1. Технологический процесс, разработанный О.В. Чекула-
евым и С.А. Тережкиным 453
9.2. Технологический процесс, разработанный Г. Польце-
ром 456
9.2.1. Повышение износостойкости цилиндров и
сокращение расхода топлива 460
9.2.2. Упрочнение поверхности стальных и чугунных
деталей 462
10. Шероховатость обрабатываемой поверхности при ФАБО. 463
11. Влияние ФАБО на наводороживание рабочих поверхностей
цилиндров 464
12. Влияние ФАБО на фреттинг-коррозию и фреттинг-усталость 465
13. Новые решения по совершенствованию технологии ФАБО
цилиндров двигателей 467
13.1. Технологический процесс, разработанный Б.В. Нама-
коновым 468
13.2. Технологический процесс, разработанный Г.И. Эжи-
евым 470
Литература 474

624 ОГЛАВЛЕНИЕ
Часть 3. ТРИБОТЕХНИКА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН
Общие сведения 491
Глава 1. Изменения свойств смазки и антифрикционных свойств
подшипников скольжения в эксплуатации 496
1. Эксплуатационные свойства смазочных масел 496
2. Физико-химические изменения 500
3. Отложения на деталях и в системе смазки 506
4. Изменения антифрикционных свойств подшипников
скольжения при эксплуатации 508
Глава 2. Обкатка машин. Стендовые и эксплуатационные
испытания 511
1. Обкатка машин 511
2. Ускоренная обкатка отремонтированных автотракторных
двигателей 515
3. Металлоплакирующие присадки для ускоренной обкатки
двигателей 520
4. Стендовые и эксплуатационные испытания 529
5. Методы определения величин износа деталей 532
Глава 3. Уход за машиной во время работы, смазка узлов, ремонт
машин, очистка деталей, агрегатов и систем смазки 538
1. Общие сведения 538
2. Смазка узлов 539
3. Ремонт машин 553
4. Создание на крупных предприятиях подразделения по
триботехническому обслуживанию машин и оборудованию 555
5. Безразборное восстановление изношенных машин 558
6. Очистка деталей, узлов, агрегатов и систем смазки и других
систем 570
Глава 4. Влияние условий эксплуатации и режимов работы машины
на износ деталей 574
1. Общие сведения 574
2. Износ деталей при пусковых режимах автотракторных
двигателей 579
3. О рациональном выборе режима бурения 584
Глава 5. Оценка техническое состояния трущихся деталей
и предельные их величины износов 587
1. Методика исследования технического состояния трущихся
деталей 587
2. Предельные величины износов деталей 593
Литература 599
Заключение 603
Именной указатель 609
Предметный указатель 614

Учебное издание
Гаркунов Дмитрий Николаевич
ТРИБОТЕХНИКА
КОНСТРУИРОВАНИЕ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ МАШИН
Редактор В.Н. Байкалова
Художник Н.Б. Нестеров
ИД № 03023 от 13.10.2000п
Подписано в печать 15.05.2002 г. Формат 70 х 108'/16. Усл. печ. л. 55,3.
Уч.-изд. л. 40,99. Усл. кр.-отт. 55,34. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме.
Печать офсетная. Тираж 2000 экз. Изд. № 99. Заказ № 2039.
АН О «Издательство МСХА»
127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44
Отпечатано с готового оригинал-макета в ФГУП ордена «Знак Почета»
Смоленской областной типографии им. В. И. Смирнова.
214000, г. Смоленск, пр-т им. Ю. Гагарина, 2.
Тел.: 3-01-60; 3-46-20; 3-46-05.
ISBN 5-94327-093-0