vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2025-70-2-95-104vestift-889Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYРазработка функциональных полимерных покрытий для узлов трения автомобильных агрегатовDevelopment of functional polymer coatings for friction components in automotive assemblieshttps://orcid.org/0000-0002-6155-4635АнтоновА. С.AntonovA. S.

Антонов Александр Сергеевич – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры материаловедения и ресурсосберегающих технологий

ул. Ожешко, 22, 230023, Гродно

Alexander S. Antonov – Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of Materials Science and Resource-Saving Technology Department 

22, Ozheshko St., 230023, Grodno

antonov.science@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7290-1199ПрокопчукН. Р.ProkopchukN. R.

Прокопчук Николай Романо- вич – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры полимерных композиционных материалов

ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск

Nikolay R. Prokopchuk – Сorresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sci. (Chemistry), Professor, Professor of Polymer Composite Materials Department

13а, Sverdlov St., 220006, Minsk

nrprok@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0007-1285-140XКлочкоП. В.KlochkoP. V.

Клочко Павел Валентинович – магистр педагогических наук, начальник цикла тактических дисциплин военного факультета

ул. Ожешко, 22, 230023, Гродно

Pavel V. Klochko – Master of Sciences (Pedagogy), Head of the Cycle of Tactical Disciplines of the Military Faculty

22, Ozheshko St., 230023, Grodno

klochko_pv@grsu.byhttps://orcid.org/0009-0006-5301-5339НахватД. В.NakhvatD. V.

Нахват Денис Викторович – магистр педагогических наук, начальник кафедры тылового обеспечения военного факультета, аспирант кафедры материаловедения и ресурсосберегающих технологий инженерного факультета

ул. Ожешко, 22, 230023, Гродно

Denis V. Nakhvat – Master of Sciences (Pedagogy), Head of the Military Logistics Department of the Military Faculty, Postgraduate Student of Materials Science and Resource-Saving Technology Department

22, Ozheshko St., 230023, Grodno

naxvat_dv@grsu.byГродненский государственный университет имени Янки КупалыYanka Kupala State University of GrodnoБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University20251007202570295104Copyright © Антонов А.С., Прокопчук Н.Р., Клочко П.В., Нахват Д.В., 20252025Антонов А.С., Прокопчук Н.Р., Клочко П.В., Нахват Д.В.Antonov A.S., Prokopchuk N.R., Klochko P.V., Nakhvat D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/889

Рассмотрены физико-химические, структурные и конструкционные условия моделирования и оптимизации триботехнических покрытий на основе полиамидов в узлах трения автомобильных и специальных агрегатов. Анализ напряженно-деформированного состояния элементов карданной передачи, осуществленный в CAE-системах Pro/ENGINEER Mechanica и LS-DYNA, позволил установить оптимальную толщину триботехнического покрытия с минимальными напряжениями. Разработаны составы композиционных материалов на основе промышленно выпускаемого полиамида ПА-6 и адгезионного подслоя для формирования триботехнических покрытий на деталях карданного вала грузового автомобиля и специальной техники. Предложено в состав композиционного материала вводить полиамидную смолу на основе аминоамидов смоляных кислот канифоли, которая обладает высокой совместимостью с полиамидной матрицей, обеспечивает пластифицирующий эффект и равномерное распределение дисперсных частиц модификатора по объему композита. При использовании полиамидной смолы в качестве адгезионного подслоя на поверхностях элементов карданной передачи обеспечивается повышенное взаимодействие на границе «покрытие – подслой». Разработанные составы композиционных покрытий и адгезионных подслоев, оптимизированные по конструктивным решениям, апробированы в конструкциях карданных валов, производимых ОАО «Белкард» в качестве полноценной альтернативы импортным аналогам.

Physico-chemical, structural and engineering prerequisites of modeling and optimization of tribological coatings based on polyamides in friction units of automobile and special units are considered. The analysis of the stress-strain state of the elements of the cardan transmission, carried out in CAE-systems Pro/ENGINEER Mechanica and LS-DYNA, allowed establishing the optimal thickness of tribological coating with minimum stresses. Composite materials based on commercially available polyamide PA-6 and adhesive sublayer for formation of tribological coatings on parts of the cardan shaft of trucks and special equipment are developed. It is proposed to introduce a polyamide resin based on aminoamides of resin acids of rosin, which has high compatibility with the polyamide matrix, provides plasticizing effect and uniform distribution of dispersed particles of modifier over the composite volume. When polyamide resin is used as an adhesive sublayer on the surfaces of the cardan transmission elements, increased interaction at the boundary “coating – sublayer” is provided. The developed composite coatings and adhesive sublayers, optimized by design solutions, have been tested in the cardan shafts produced by Belkard OJSC as a full-fledged alternative to imported analogues.

computer modelingfinite element methodfunctional coatingcomposite materialpolyamidecardan shaftработа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Республики Бела- русь в рамках ГПНИ «Материаловедение, новые материалы и технологии» на 2024–2025 годы, задание 8.4.1.51 «Концепт многоуровневого модифицирования в материаловедении и технологии нанокомпозитов на основе смесей термопластов».the work was supported by the Ministry of Education of the Republic of Belarus within the framework of the State Scientific Research Program “Materials science, new materials and technologies” for 2024–2025, task 8.4.1.51 “Concept of multilevel modification in materials science and technology of nanocomposites based on thermoplastic mixtures”.ReferencesПроектирование универсальных шарниров и ведущих валов / A. X. Беркер, И. P. Вагнер, H. В. Вебстер [и др.]; пер. с англ. Ю. В. Попова. – Л.: Машиностроение, 1984. – 463 с.Berker A. Kh., Vagner I. R., Vebster N. V., Dodzh D. Kh., Zhimanskii L. V., Zeigler S. M., Kuni S. I., Miller V. F., Neidzhel F. S. Universal Joint and Driveshaft Design Manual. Society of Automotive Engineers, 1979. 440 p. (Advances in Engineering Series ; Iss. 7).Sehher-Thoss, H. C. Universal Joints and Driveshafts: Analysis, Design, Applications / H. C. Seherr-Thoss, F. Schmelz, E. Aucktor; transl. by J. A. Tipper, S. J. Hill. – Springer, 2006. – 373 p. https://doi.org/10.1007/3-540-30170-4Seherr-Thoss H. C., Schmelz F., Aucktor E. Universal Joints and Driveshafts: Analysis, Design, Applications. Springer, 2006. 373 p. https://doi.org/10.1007/3-540-30170-4Кравченко, В. И. Структура и технология композиционных материалов для конструкций карданных передач серии «Белкард-2000»: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.01 / Кравченко Виктор Иванович; Полоцк. гос. ун-т. – Новополоцк, 2001. – 22 с.Kravchenko V. I. Structure and Technology of Composite Materials for Designs of Cardan Gears of Belkard-2000 Series [dissertation abstract]. Novopolotsk, 2001. 22 p. (in Russian).Костюкович, Г. А. Композиционные материалы для универсальных шарниров нагруженных карданных передач автотракторной и сельскохозяйственной техники: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.01 / Костюкович Геннадий Александрович; Физ.-техн. ин-т Нац. акад. наук Беларуси. – Минск, 2003. – 25 с.Kostyukovich G. A. Composite Materials for Universal Joints of Loaded Cardan Gears of Automotive Tractor and Agricultural Machinery [dissertation abstract]. Minsk, 2003. 25 p. (in Russian).Кравченко, В. И. Карданные передачи: конструкции, материалы, применение / В. И. Кравченко, Г. А. Костюкович, В. А. Струк; под ред. В. А. Струка. – Минск: Тэхналогiя, 2006. – 410 с.Kravchenko V. I., Kostyukovich G. A., Struk V. A. Cardan Gears: Construction, Materials, Application. Minsk, Tehnalogiya Publ., 2006. 410 p. (in Russian).Кунву Ли. Основы САПР (CAD/CAM/CAE) / Кунву Ли. – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.Kunwoo Lee. Principles of CAD/CAM/CAE. Pearson, 1999. 608 p.Большаков, В. П. Твердотельное моделирование деталей в САD-системах: AutoCAD, КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor, Creo / В. П. Большаков, А. Л. Бочков, Ю. Т. Лячек. – СПб.: Питер, 2015. – 480 с.Bol’shakov V. P., Bochkov A. L., Lyachek Yu. T. Solid Modeling of Parts in CAD Systems: AutoCAD, КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor, Creo. St. Petersburg, Piter Publ., 2015. 480 p. (in Russian).Rilsan® PA11 Fine Powders Application Process // Arkema Global. – URL: https://hpp.arkema.com/en/productfamilies/rilsan-pa11/rilsan-fine-powders-application-process/ (date of access: 24.05.2025).Rilsan® PA11 Fine Powders Application Process. Arkema Global. Available at: https://hpp.arkema.com/en/productfamilies/rilsan-pa11/rilsan-fine-powders-application-process/ (accessed 24 May 2025).Триботехнические покрытия для узлов трения различных агрегатов / В. Я. Щерба, А. С. Антонов, В. А. Струк [и др.] // Горная механика. – 2008. – № 2. – С. 31–40.Shcherba V. Ya., Antonov A. S., Struk V. A., Ovchinnikov E. V., Gusev S. V., Ovsyanko V. A. Tribological coatings for friction units of various aggregates. Gornaya mekhanika [Mining Mechanical Engineering], 2008, no. 2, pp. 31–40 (in Russian).Структура и технология триботехнических покрытий на деталях трения металлополимерных систем / В. А. Струк, Е. В. Овчинников, Е. И. Эйсымонт [и др.] // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага ўніверсітэта. Серыя 6, Тэхнiка. – 2011. – № 1. – С. 62–68.Struk V. A., Ovchinnikov E. V., Eysymont E. I., Prushak D. A., Antonov A. S., Kravchenko V. I. Structure and technology of tribological coatings on friction elements of metal-polymer systems. Vesnik of Yanka Kupala State University of Grodno. Series 6. Engineering Science, 2011, no. 1, pp. 62–68 (in Russian).Флейшер, В. Л. Модифицированная канифоль: получение, свойства и применение / В. Л. Флейшер, Н. В. Черная. – Минск: БГТУ, 2019. – 305 с.Fleisher V. L., Chernaya N. V. Modified Rosin: Preparation, Properties and Application. Minsk, Belarusian State Technological University, 2019. 305 p. (in Russian).Methods for implementing the concept of energy and technological compliance of components in the technology of highly filled composites / S. Avdeychik, A. Antonov, A. Lesun [et al.] // Machines. Technologies. Materials. – 2022. – Vol. 16, Iss. 2. – P. 62–65.Avdeychik S., Antonov A., Lesun A., Struk V., Goldade V. Methods for implementing the concept of energy and technological compliance of components in the technology of highly filled composites. Machines. Technologies. Materials, 2022, vol. 16, iss. 2, pp. 62–65.Implementation of the concept of energy and technological compliance of components in the technology of fluorocomposites / S. Avdeychik, A. Antonov, A. Lesun [et al.] // Journal of Materials Science and Engineering A. – 2022. – Vol. 12, Iss. 1–3. – Р. 28–39. https://doi.org/10.17265/2161-6213/2022.1-3.004Avdeychik S., Antonov A., Lesun A., Struk V., Goldade V. Implementation of the concept of energy and technological compliance of components in the technology of fluorocomposites. Journal of Materials Science and Engineering A, 2022, vol. 12, iss. 1–3, pp. 28–39. https://doi.org/10.17265/2161-6213/2022.1-3.004

The authors declare that there are no conflicts of interest present.