57 Виды трения. Износ при сухом трении, граничном, полужидкостном и жидкостном. Роль смазки

Трение — сопротивление, возникающее при взаимном перемещении сопри­касающихся поверхностей тел.

В зависимости от кинематических признаков относительного перемещения тел чаще всего встречаются два вида трения: трение скольжения и трение качения.

В зависимости от состояния трущихся поверхностей различают: трение без смазки — трение двух твердых тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала всех видов;

граничное трение — тре­ние двух твердых тел при наличии на поверхности трения слоя жидкости, обладающего свойствами, отличающи­мися от объемных;

жидкостное трение — явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами, разделенными слоем жидкости, в котором проявляются ее объемные свойства.

Изнашивание — процесс постепенного изменения размеров тела при тре­нии, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации.

Износ — результат изнашивания, проявляющегося в виде отделения или остаточной деформации материала.

Наименьший износ трущихся пар наблюдается при жидкостном_трении.

С точки зрения гидродинамической теории смазки процесс жидкостного трения состоит в следующем. При вращении вала смазка, приобретая определенную скорость, постепенно отжимает цапфу по ходу вращения и, подклиниваясь под нее, приподни­мает цапфу. В результате цапфа будет постепенно смещаться влево и вверх, как бы всплывать.

При движении смазки отдельные ее слои перемещаются с различными ско­ростями по отношению друг к другу, поэтому возникает жидкостное трение.

Закон жидкостного трения можно представить следующей формулой:

где F —сопротивление трения, кгс;— абсолютная вязкость смазки, кгс-о/м²; Q — площадь трущихся поверхностей, м²; v — относительная скорость сколь­жения, м/с; h — толщина слоя смазки, м.

При увеличении значений , и п цапфа всплывает. Это подтверждается тем, что жидкостное трение надежно обеспечивается в скоростных машинах (напри­мер, в турбинах и быстроходных станках).

Для нормальной работы деталей главное значение имеют величина первоначального зазора и качество смазки. Осуществить постоянство условий для обеспечения жидкостного трения невозможно, так как при запуске машины цапфа переходит из нижнего положения в верхнее при полужидкостном трении, что приводит к изнашиванию сопряженной пары.

Рассмотрим теперь общую физическую картину процессов трения и изнаши­вания без смазки.

Поверхность твердого тела шероховата и волниста. Неровные поверхности контактируют друг с другом отдельными малыми площадками, расположенными в зонах вершин выступов поверхности. Число точек контактов зависит от чистоты поверхностей, точности изго­товления и нагрузки. Под влиянием сжимающей нагрузки поверхности сбли­жаются и число контактов увеличивается. В начале элементы контакта дефор­мируются упруго, затем, по мере роста нагрузки, упругая деформация сменяется пластической. Формируются пятна касания — фрикционные связи, в ко­торых участвуют не только вершины выступов, но и прилегающий к ним мате­риал. Процесс деформации поверх­ностей, возникновения и разрушения фрикционных связей сопровождается переходом механической энергии в тепловую и развитием в местах контакта высокой температуры, изменяющей механические свойства поверхностных слоев.

Трение имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Молеку­лярное взаимодействие обусловлено взаимным притяжением двух твердых тел,

Рис. 2.7. Виды нарушения фрикционных связей:упругое оттеснение материала (1); пластическое оттеснение материала (2); срез более мягкого материала (3).

Нарушения последних двух видов связаны с молекулярным взаимодей­ствием и включают: схватывание пленок на поверхности твердых тел и их раз­рушение (4) и схватывание поверхностей с глубинным вырыванием (5).

т. е. их адгезией, а механическое взаимодействие — взаимным внедрением элементов сжатых поверхностей. При перемещении элементов происходят изменения поверхностного слоя, вы-зйанные деформацией, напряжением, а также тепловым и химическим дей­ствием окружающей среды.

В процессе межмолекулярного взаимодействия решающее значение имеют адгезионные свойства твердых тел и пленок на них (окисных, смазки,_адсорби-_^ рованных от различных газов). Эти пленки, вступая в адгезионное взаимодеиствие, защищают поверхности твердых тел от схватывания.

Смазки, вводимые между поверхностями трения, снижают силы молекуляр­ного. В результате создается резкий перепад механических свойств материала по глубине, обеспечивающий чисто поверхностное трение.

Нагрев контактов и пластическое течение металла при трении облегчают процесс диффузии веществ окружающей среды в металл. При относительно стабильной высокой температуре в поверхностном слое образуются химические соединения, которые способствуют его интенсивному разрушению.

Большое влияние на прочность оказывают дефекты в твердых телах. Эти дефекты являются концентраторами напряжений и могут быть связаны как с несовершенством структуры твердых тел, так и с их повреждениями в резуль­тате механических и химических воздействий, тепловых напряжений и др.