1. Поняття про тертя і зношування

Під час роботи сільськогосподарських машин використовують різного типу мастильні матеріали, основне призначення яких — зменшити витрати енергії на подолання зовнішнього тертя і змен­шити зношуваність (знос) деталей.

Зовнішнє тертя у відповідності,з ГОСТ 23.002-78 — це опір відносному переміщенню, який виникає між двома тілами в зонах контакту поверхонь по дотичній до них. Залежно від характеру відносного переміщення розрізняють тертя спокою і руху. В свою чергу, останнє поділяється на тертя ковзання і тертя кочення.

Тертя ковзання — це тертя руху двох тіл, коли швидкості в точці контакту різні за величиною й напрямом або за величи­ною чи напрямом (тертя між вкладишем підшипника і ший­кою, між кільцями і гільзою).

Тертя кочення - це тертя руху двох твердих тіл, при якому їх швидкості в точках контакту однакові за величиною і напря­мом (тертя в кулькових і роликових підшипниках).

Іноді обидва види тертя виявляються разом, коли кочення супроводжується ковзанням, наприклад, у деяких видах зуб­частих передач.

За наявністю і розподілом на поверхнях розрізняють такі види тертя:

• без мастильного матеріалу;

• з мастильним матеріалом.

Тертя без мастильного матеріалу відбувається тоді, коли між поверхнями тертя відсутній мастильний матеріал. Воно харак­теризується великими втратами потужності, виділенням теп­лоти, інтенсивним зношуванням, тому найбільш небезпечне для вузлів і агрегатів. Силу такого тертя можна визначити за формулою

F = f-P,

де f— коефіцієнт тертя, залежить від матеріалу і якості оброб­ки поверхні, перебуває в межах 0,1-0,9;

Р — навантаження, перпендикулярне до поверхні тертя.

Тертя з мастильним матеріалом — це тертя двох тіл при наявності на поверхнях тертя введеного мастильного матеріа­лу. На відміну від тертя без мастильного матеріалу характери­зується різким зменшенням втрат. У результаті підвищується надійність і довговічність роботи деталей. Тертя із мастильним матеріалом поділяють на тертя при граничному, рідинному та напівріджному змащуванні. Рідинне — змащення, при якому повний розподіл поверхонь тертя здійснюється з участю рідкого мастильного матеріалу.

На основі експериментального вивчення режимів роботи під­шипників ковзання російський вчений Микола Павлович Пет­ров створив гідродинамічну теорію тертя і запропонував фор­мулу, за якою значення сили рідинного тертя визначається як

Fp = n V • S/h

де n — динамічна в'язкість, Н с /м²;

V — швидкість відносного переміщення поверхонь, м/с;

S — площа поверхні тертя, м²;

h — товщина шару мастильного матеріалу, м.

Коефіцієнт рідинного тертя розраховується за формулою:

m = F_p/P= n • V- S/hP = n • V/h(P/S) = n • V/h -р ,

де р = P/S — питомий тиск, Н/м² .

Коефіцієнт рідинного тертя знаходиться в межах 0,01-0,001, товщина плівки мастильного матеріалу до 1 мкм.

У неро­бочому стані вал під дією власної ваги лежить на нижній по­верхні підшипника. їх розділяє тільки гранична плівка адсор­бованої на їх поверхнях оливи. По обидва боки вала утво­рюється клиновий серпоподібний зазор. Під час обертання вала адсорбована на його поверхні плівка оливи тягне за собою су сідні шари у звужену час­тину клиноподібного зазо­ру, що веде до підвищен­ня тиску, під дією якого вал підіймається і між ним та підшипником утворю­ється шар оливи.

На практиці, не вдаю­чись до розрахунків, мож­на користуватися такимиосновними положеннями гідродинамічної теорії змащування:

• при рідинному змащуванні втрати на тертя зростають зі збільшенням в 'язкості оливи, швидкості ковзання деталей, що труть­ся і площі їх контакту;

• надійність рідинного змащування зростає зі збільшенням швид­кості руху деталей, а також в'язкості оливи і зменшенням наван­таження на деталі;

• для змащування деталей, що швидко рухаються, можна зас­тосовувати оливу, яка має меншу в 'язкість. І, навпаки, для змащу­вання деталей, що повільно рухаються, необхідно брати оливу, що має високу в 'язкість;

• чим вище навантаження на деталі, що труться, тим більшої в'язкості повинна бути олива.

У ряді випадків (перегрів вузла, зниження в'язкості), при яких порушується гідродинамічний шар оливи, рідинне тертя переходить у тертя при граничному змащуванні. Товщина плів­ки оливи менше 0,1 мкм, коефіцієнт тертя в межах 0,01-0,1. У цьому випадку велику роль відіграє уже не в'язкість оливи, а її здатність утворювати на поверхнях тертя плівки фізичного (адсобція), хімічного (хемособція) походження та граничні плівки, отримані в процесі хімічної реакції між твердими по­верхнями та молекулами мастильного матеріалу.

Утворення адсорбційних плівок обумовлено наявністю в мас­тильних матеріалах полярних атомних груп, що утримуються на поверхні міжмолекулярними (вандерваальсовськими) сила­ми. Як правило, ці плівки чутливі до температури, оскільки тепло викликає десорбцію, порушення орієнтації та плавлення плівки. Тому такі плівки можуть бути застосовані при низьких температурах і в умовах малого тепловиділення під час тертя, тобто при малих навантаженнях та швидкостях ковзання.

Зношуваність — процес, пов'язаний з тертям, при якому відбу­вається руйнування і вилучення матеріалу з поверхні твердого тіла та нагромаджування його залишкової деформації при терті, що обумовлює поступову зміну розмірів і форми тіла. Резуль­тат зношуваності, визначений у встановлених одиницях, нази­вають зносом. На практиці розрізняють такі основні види зношу­ваності:

механічна — зношуваність у результаті механічної дії. Може бути абразивною — коли робоча поверхня стикається з достат­ньо твердими тілами, які можуть її дряпати і різати (зношення лап культиваторів, лемешів плуга) та утомна — в результаті утомного руйнування при повторному деформуванні мікрооб'ємів матеріалу поверхневого шару;

корозійно-механічна — зношуваність в результаті механічної дії, яка супроводжується хімічною або електричною взаємо­дією матеріалу з середовищем;

зношуваність при заїданні — зношуваність у результаті схоплю­вання, глибинного виривання матеріалу, перенесення його з однієї поверхні на іншу і дії утвореної нерівності на контактну з нею поверхню.

В умовах експлуатації сільськогосподарської техніки деталі, як правило, піддаються дії всіх трьох видів зношуваності.