4 Терминология

Наиболее эффективным средством снижения величины коэффициента трения и износа в узлах трения машин является применение специальных материалов, получивших название "Смазочные материалы".

При введении смазочного материала между трущимися поверхностями реализуются различные механизмы взаимодействия, определяемые свойствами смазочного материала, свойствами трущихся поверхностей, кинематическими и силовыми условиями на контакте.

Действие смазочного материала на поверхности трения, приводящее к снижению трения и скорости изнашивания обозначается термином "смазка".

Различают два вида смазки:

• жидкостная смазка;

• граничная смазка.

Синонимами этих терминов являются жидкостное трение и граничное трение.

При одновременном возникновении между трущимися поверхностями жидкостной смазки и граничной смазки действие смазочного материала определяют термином "смешанная смазка".

Жидкостная смазка имеет несколько режимов:

• гидродинамический;

• гидростатический,

• эластогидродинамический.

При обозначении режимов жидкостной смазки допускается опускать термин "жидкостная", т.е. гидродинамическая смазка, гидростатическая смазка, эластогидродинамическая смазка.

Внешнее различие режимов смазки может определяться толщиной пленки смазочного материала, разделяющегося трущиеся поверхности. С этой целью введен так называемый коэффициент толщины пленки λ.

λ = h/(R²_a1+R²_a2)^0,5

где h - толщина пленки смазочного материала,

R_al, R_a2 - Шероховатости поверхностей.

При λ < 1 - наиболее вероятна граничная смазка;

λ < 5 - смешанная смазка;

1 < λ < 10 - эластогидродинамическая смазка;

5< λ <100 - гидродинамическая и гидростатическая смаз­ка.

предельный слои диаметр молекулы окисла смазочного материала

Сравнительные толщины пленок смазочного материала при различных видах смазки приведены на рисунке 1.

10^-10 10^-9 10^-8 10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 м

Рисунок 1 - Сравнительная толщина пленки смазочного материала при различных режимах смазки

Известно, что различные режимы трения характеризуются различной величиной коэффициента трения

На рисунке 2 приведена кривая Штрибека, характеризующая зависимость величины коэффициента трения f от безразмерного параметра

η∙ω / р

где η - динамическая вязкость смазочного материала, Па∙с;

ω - частота вращения, с^-1; р - удельная нагрузка, Па.

Зоны трения: I-сухого и граничного; II-смешанного; III-жидкостного

Рисунок 2 - Кривая Штрибека. Зависимость коэффициента трения

от параметра Герси

5 Виды смазки

Условием реализации жидкостной смазки является полное разделение трущихся поверхностей слоем жидкого смазочного материала. Обеспечить такое разделение можно, зная закономерности механизма взаимодействия смазочного материала и трущихся поверхностей.

Один из таких механизмов реализуется в подшипниках скольжения при смещении трущихся поверхностей - это режим гидродинамической смазки.

На рисунках 3 и 4 представлены схемы поведения деталей подшипника скольжения при изменении скорости вращения вала.

а - отсутствие вращения вала; б - вращающийся вал

Рисунок 3 - Схема возникновения несущего масляного слоя

в подшипнике

Исходное положение вала в подшипнике скольжения (рис.3а) определяется диаметральным зазором Δ и радиальным зазором δ = Δ/ 2. В момент трогания вал накатывается на подшипник, и ось вала отклоняется на угол φ (рис.3а), а при последующем проворачивании вала осуществляется захват смазочного материала.

При достижении номинальной скорости вал занимает положение, соответствующее (рис. 3б и 4б). Между валом и подшипником скольжения формируется слой смазочного материала с толщиной h_min в месте максимального сближения.

>

а б в

а - момент трогания; б - установившийся режим; в - изменение положения

центра вала в подшипнике (полукруг Гюмбеля)

Рисунок 4 - Положение вала в подшипнике

Разность между радиальным зазором δ и минимальной толщиной слоя смазочного материала h_min определяет эксцентриситет e оси вала относительно оси подшипника. Величина эксцентриситета зависит от величины Р нагрузки на подшипник и частоты вращения вала ω.

Для характеристики подшипника скольжения используется относительный эксцентриситет

ε = e/δ.

В слое смазочного материала возникают напряжения, эпюры которых представлены на (рис.4в).

Величина номинального давления находится из зависимости

р_а = Р / (d∙l),

где d и l - диаметр и длинна подшипника.

Величина максимального напряжения