Технические науки / отраслевое машиностроение

Скачков В.А., Иванов В.И., Сергиенко С.С., Мосейко Ю.В.

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ

УГЛЕРОД-АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Запорожская государственная инженернаа академия

Металлоуглеродные композиционные материалы обладают рядом характеристик, в частности, высокой теплопроводностью, низкой плотностью, высокой прочностью и износостойкостью, которые обусловливают возможность их применения в качестве функциональных элементов узлов трения высокоэнергетических устройств [1].

Получение одного из видов вышеуказанных композиционных материалов: углерод-алюминиевых композитов, - возможно путем горячего прессования углеродных волокон, на поверхность которых нанесено никелевое покрытие, совместно с алюминиевыми порошком ПА-0 и пудрой ПАП [2].

В процессе формирования силы трения на поверхности скольжения участвуют все компоненты углерод-алюминиевого композиционного материала. В этом случае сила трения имеет случайный характер и ее можно определить по формуле:

, (1)

где F_тр, – случайные силы трения композиционного материала и i-го компонента соответственно; l_i – случайная индикаторная функция i-го компонента; N – количество компонентов.

Случайную силу в соотношении (1) рассчитывают как

, (2)

где k_i – коэффициент трения i-го компонента композиционного материала;  – случайное контактное напряжение i-го компонента в зоне трения.

Выполняя усреднение соотношения (1) и учитывая выражение (2), можно записать:

, (3)

где <…> – оператор статистического осреднения.

Среднее значение контактного напряжения для i-го компонента можно рассчитать с использованием известной формулы [4]:

, (4)

де s₁₁ – среднее контактное напряжение композиционного материала в зоне трения; , – пульсации индикаторной функции и микроструктурных напряжений соответственно.

Тогда силу трения в зоне скольжения (3) с учетом соотношения (4) определяют как

. (5)

Учитывая соотношение (5), коэффициент трения в зоне скольжения можно рассчитать как

. (6)

Коэффициенты трения определяли на машине трения СМТ-1 с использованием системы «диск-колодка» при удельном давлении 1,6 МПа и скорости относительного скольжения 3,0 м/с. Диск диаметром 60 мм выполняли из серого чугуна, образец углерод-алюминиевого композита – в виде колодки размерами 16 х 11 х 10 мм. Сторону образца с размерами 16 х 10 мм предварительно подвергали притирке по рабочей поверхности диска. Температура в процессе исследования составляла 100 ± 10 ºС.

Значения коэффициентов трения углерод-алюминиевых композитов

при различном содержании углеродных волокон

Содержание углеродного волокна, %	Коэффициенты трения, kтер:
	опытные	расчетные
10	0,82	0,73
15	0,71	0,64
30	0,49	0,49
40	0,39	0,41
60	0,15	0,21

Экспериментальные и расчетные значения коэффициентов трения представлены в таблице. Как следует из анализа данных таблицы, значения коэффициентов трения углерод-алюминиевых композитов изменяются в широких пределах. Следовательно, данные композиты в зависимости от содержания углеродных волокон могут применяться как в качестве фрикционных, так и антифрикционных материалов.

Литература

1. Технологічні аспекти виготовлення алюмінієвих композиційних матері- алів для деталей двигунів [Текст] / [О. М. Шалай, В. М. Платонов, Ш. Л. Оборский, В. О. Шалай] // Вісті академії інженерних наук України. – 2006. – № 1 (28). – С. 59-64.

2. Особенности получения триботехнических углерод-алюминиевых композитов методами порошковой металлургии [Текст] / В. А. Скачков, С. А. Воденников, С. С. Сергиенко [и др.] // Проблеми трибології. – 2010. – № 4. – С. 91-94.