CC BY
20
УДК 531/534
Е. К. ЛАЗАРЕВ
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПОЛИМЕРНЫМ МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ КЕРНОВЫХ ОПОР ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Описываются требования, предъявляемые к самосмазываюгцгшся полимерным материалам в качестве опор трения скольэ/сения щитовых электроизмерительных приборов, основными из которых являются: высокая износостойкость и прочность к механическим воздействиям (МВ). минимальный коэффициент трения скольэ/сения, низкая стоимость и простая технология изготовления.
Специфика работы узлов трения щитовых стрелочных электроизмерительных приборов (СЭП) предъявляет к самосмазывающимся полимерным материалам повышенные требования. Такие требования обусловлены, во-первых., высокой несущей способностью пары трения, стабильностью трения и износа, жёсткими условиями эксплуатации при МВ (табл. 1), во-вторых, миниатюрными размерами и жёсткими допусками к сборке и регулировки фрикционных сочленений.
Правильный выбор материала определяет долговечность работы трущихся деталей, а поэтому знание физико-химических и антифрикционных свойств материалов, их износостойкости крайне необходимы.
Выбор полимерного материала должен проводиться с учётом режимов работы узла, требований. предъявляемых к узлу по долговечности, и другим условиям эксплуатации конкретного механизма.
Экспериментальные исследования, проводимые в 80-е годы в Ульяновском политехническом институте совместно с ПО «Электроприбор» г. Чебоксары по использованию полимерных материалов в качестве опор трения щитовых СЭП. показали, что полимерные подпятники по своим эксплуатационным и метрологическим характеристикам превосходят камневые.
Применительно к подшипникам скольжения, работающим без смазки, эти требования предварительно, без учёта режимов эксплуатации и режимов технологии изготовления опор, можно обозначить следующим образом.
1. Материалы должны обладать более высокой износостойкостью, чем камневые материалы, применяемые в опорах приборов.
2. Характеристики трения новых материалов со сталью не должны быть хуже, чем у камне-вых.
© Е. К. Лазарев, 2005
3. Материалы не должны быть дефицитными, дорогими, токсичными.
4. Следует исключить или снизить износ металлического керна, работающего в паре с полимерным материалом.
5. Полимерные подпятники должны сохранять работоспособность в случае попадания в зону контакта продуктов износа материалов контактной пары.
Кроме того, при подборе материала для кер-новых опор необходимо учитывать упруго-прочные характеристики (модуль упругости, предел прочности); фрикционные характеристики; теплофизические свойства (усадка, режим литья); воздействие окружающей среды.
Определяющими характеристиками материалов, применяемых в узлах трения, являются параметры трения и износа; режимы эксплуатации; чистота контактирующих поверхностей; конструкция узлов трения. Использование величин коэффициента трения и интенсивности износа вне связи их с режимами и условиями эксплуатации материалов в узлах трения СЭП может привести к ошибкам при расчётах их на вибро-ударопрочность.
Таблица 1
В связи с этим при подборе нового полимерного материала для керновой опоры необходимо соблюдать следующие требования:
Допустимые условия МВ
Виды МВ Параметры МВ Значения МВ
Вибропрочность Ускорение, м/с 1-30
Частота, Гц 5-20
Ударопрочность Ускорение, м/с" до 100
Частота, Гц до 50
Виброустойчивость Ускорение, м/с2 20-30
Частота, Гц до 700
- минимальным и стаоильныи во времени коэффициент трения не выше 0,15:
- минимальный износ, не вызывающий изменении осевого зазора:
- температурный диапазон-60 0+60 С:
- мини мальное изм емен 11 с физико-механических характеристик в процессе старения за 10 лет не более 20% [1]; - высокие литьевые качества, индекс расплава, не менее 18 [2]:
- разброс усадки не более 1,5% [2];
- водопоглотцение за 24 часа не более 0,1%
И;
- отсутствие изменений размеров под действием статической нагрузки (хладотекучесть) [3].
Кроме того, с целью снижения износа полимерные материалы необходимо выбирать:
- с меньшим модулем упругости;
- с большей твёрдостью НВ;
- с большим относительным удлинением;
- с оольшеи прочностью на разрыв:
- с меньшим значением напряжения на срез
Уч 1 гтывая вышеуказан11ыс требоваи11я к ноли м е р н ы м сам о с ¡\ i а з i »i в а ю щ имея м а г е р и а л а \ i. в табл. 2 приведены основные физико-механические характеристики как отечественных, так и зарубежных полимеров. Анализ свойств отечественных полимеров показал, что лучшими из них, для подпятников СЭП по физико-механическим характеристикам, являются материал сополимер формальдегида (СФД) и его модификации. Сравнение материала СФД с другими показало, что но основным характеристикам он близок к серийно выпускаемым материалам марок «Hostaform» (фирма «Hoechst», Германия) и «Derlin» (фирма «Dupont», США).
Таблица 2
Основные физико-механические характеристики самосмазывающихся пластмасс
. -Показатель 11-68 ГОСТ 10589-63 П-АК80/ 20 СТУ 49-2573 -63 П-6 ВТУ П-225-61 П-68Т10 МРТУ 6-05-1034-66 II-68T20 МРТУ 6-05-1034-66 П-68Г5 ТУ НИИ ПМП-422-65 П-6 8 ДМ 1.5 ТУ НИИ ПМП 472-66 Капролон ВТУ УХП 64- 58
Плотность, г/см"3 1,10 1ДЗ 1,1-0 г 1,16 1,25 1,14 1.14 а 1,13
Предел прочности, кгс/см2 при растяжении 450^-500 60СИ-700 550600 500600 500600 500+600 500600 550700
при сжатии 700-НХЮ 830^860 750900 8001000 8001000 900 9001100 8501000
при статическом изгибе 800^-900 850^900 9501000 10001100 10001100 8001000 S50+900 9001000
при срезе 550 — 600 - - - - 600
Модуль упругости при растяжении, кгс/см2 11-103 - - 36-103 40-103 21Т03 18-103 10-103
Удельная ударная вязкость, кгс/см2 100420 1Ю130 100120 5080 25+40 90100 90100 100130
Относительное удлинение при разрыве, % 100 100-200 100200 100 100 100 42,6 100150
Твердость по Бринел-лю, кгс/мм2 1(М5 15-17 14-15 15 15 15 14,3 é Ю12
Температура плавления 213-221 210 220 210 210 210 210 2Ю215
Величина условного износа 74-1 О*6 36-Ю"5 37-10"6 48Т0"6 48-10"6 48-Ю-6 115-Ю*0 53Т0"6
Окончание тол. 2
Показатель Калролон В МРТУ 6-05-988-66 Сталь 45 Полиформальдегид M РТУ 6-05-1018-66 СФД ТУ №6-05-1 325-71 Поликарбонат ТУ Ш-7-66 Делрин (США) Хоста- форм (ФРГ) Лекснн (США)
Плотность, г/см3 • 1,6 7.8-8,0 1,4 1.4 1.2 • 1,425 1.4 1 2 У
Предел прочности, кгс/см2 при растяжении 900-950 3000 700 580-620 670-780 670-780 700 700
при сжатии 1200-1250 - 1300 1000 800-900 600 600 770
при статическом изгибе 1200-1500 - - - - 980 680 800
при срезе - 2500 2600 2600 - 665 600 700
Модуль упругости при растяжении, кгс/см2 23Д-103 2,МО6 28-Ю3 зо-ю3 28-Ю3 29 103 зо-ю3 23,9-Ю3
Удельная ударная вязкость, кгс/см2 100 5 90-100 80 (12-30) 120-140 •• - -
Относительное удлинение при разрыве, % 20 16 15-40 28 100 15-33 20-30 -
Твердость по Бринел-лю, кгс/мм" 20-25 200 25-30 16 16 - 13 9-10,5
Температура плавления 210 - 170-118 165-170 - 175 164 268
Величина условного износа 50-10'6 МО"6 6110"6 38-10"6 32-10'6 150-Ю"6 164-10"6 160-Ю"6
Более того, до недавних пор приборостроители вынуждены были создавать конструкцию применительно к существующим видам материалов. В настоящее время появилась возможность создавать материалы с заранее заданными свойствами. Поэтому для конструирования деталей механизмов необходимо знать специфические механические свойства материалов и как эти свойства связаны с процессами трения, изнашивания, как они влияют на долговечность деталей.
Материалы, отвечающие указанным требованиям, позволят снизить себестоимость и трудоёмкость изготовления подпятников, повысить надёжность и долговечность работы узла трения, упростить их сборку.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Земляков, И. П. Прочность деталей из пластмасс / И. П. Земляков. - М.: Машиностроение, 1972. - 158 с.
2. Пик, И. Ш. Прессовочные, литьевые и поделочные пластические массы / И. Ш. Пик. - М. -Л.: Химия, 1964.-217 с.
3. Билик, Ш. М. Пары трения металлопласт-масса в машинах и механизмах / Ш. М. Билик. -М.: Машиностроение, 1965. —218 с.
Лазарев Евгений Ксенофонтович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры «Теоретическая и прикладная, механика» Ульяновского государственного технического университета. Область научных интересов -устойчивость электроизмерительных приборов и систем к внешним механическим воздействиям.
