Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Сила трения (Fтр.) - это сила, возникающая при контакте поверхностей двух тел и препятствующая их относительному перемещению. Она появляется за счёт электромагнитных сил, возникающих атомами и молекулами в месте контакта этих двух объектов.

Чтобы остановить движущийся объект, сила должна действовать в противоположную по отношению к направлению движения сторону. Например, если толкнуть книгу через стол, то она начнёт движение. Сила, с которой вы воздействовали на книгу, будет перемещать её. Книга скользит, затем замедляется и останавливается из-за влияния силы трения.

Особенности сил трения

Трение, о котором говорилось выше, проявляющееся при движении объектов называют внешним или сухим. Но оно может существовать и между частями или слоями одного объекта (жидкого или газообразного), такой вид называют внутренним.
Главной особенностью назовём зависимость трения от скорости относительного движения тел.
Существуют и другие характерные особенности:

• возникновение при контакте двух движущихся тел поверхностями;
• её действие параллельно области соприкосновения;
• направлена противоположно вектору скорости тела;
• зависит от качества поверхностей (гладкие или шероховатые), взаимодействующих объектов;
• форма или размер объекта, движущегося в газе или жидкости, влияют на величину силы трения.

Виды трения

Выделяют несколько видов. Рассмотрим их различия. На книгу, скользящую по столу, действует трение скольжения.

Сила трения скольжения

Где N - сила реакции опоры.

Обратите внимание на некоторые ситуации:

Если человек едет на велосипеде, то трение, возникающее во время контакта колеса с дорогой - трение качения. Такой вид силы значительно меньше по величине силы трения скольжения.

Сила трения качения

Существенно меньшие значения величины такого вида силы используют люди, используя колесо, ролики и шариковые подшипники в различных движущихся частях устройств.

Шарль Огюстен Кулон в своей работе по теории трения предложил вычислять силу трения качения следующим образом:

где λ - коэффициент трения качения, R - радиус ролика или колеса, P - вес тела.
Представьте себе ситуацию, в которой человек пытается передвинуть с места на место диван. Человек воздействует на диван некоторой силой, но не может его сдвинуть. Это происходит потому, что диван не ускоряется. То есть, результат действия на диван внешних сил равен нулю. Следовательно силу человека компенсирует сила, равная по величине, но направленная в противоположную сторону. Это сила трения покоя.

F тр. п. действует в ответ на силы, стремящиеся вызвать движение стационарного объекта. Если на неподвижный объект нет внешнего воздействия, то величина этой силы равна нулю. Если внешнее воздействие появляется (F), то сила трения покоя возрастает до максимума, а затем тело начинает движение. Величина силы трения скольжения практически совпадает с максимумом силы трения покоя.

,
μ - коэффициент трения.
Смазка, чаще всего в виде тонкого слоя жидкости, уменьшает трение.
Жидкости или газы - это особые среды, в которых тоже проявляется данный вид сил. В этих средах трение проявляется только во время перемещения объекта. Нельзя говорить о силе трения покоя в данных средах.

Сила трения в жидкостях и газах

Такой вид силы называют силой сопротивления среды. Она замедляет движение объекта. Более обтекаемая форма объекта влияет на величину силы сопротивления - она значительно уменьшается. Поэтому в судостроении используются обтекаемые формы корпусов кораблей или подводных лодок.
Сила сопротивления среды зависит от:

• геометрических размеров и формы объекта;
• вязкости жидкой или газообразной среды;
• состояния поверхности объекта;
• скорости объекта относительно той среды, в которой он находится.

По ГОСТ 27674–88, различают два основных вида трения:

– трение без смазочного материала;

– трение со смазочным материалом.

Особенно опасным считают трение ювенильных (обнаженных) поверхностей. Оно относится к трению без смазочного материала и характеризуется непосредственным взаимодействием между твердыми телами при отсутствии между ними третьей фазы (например, оксидной пленки), способной выполнять смазочную функцию.

Ювенильная поверхность несет значительный запас свободной поверхностной энергии и, следовательно, характеризуется высокой адсорбционной способностью. Коэффициент трения при взаимодействии ювенильных поверхностей достигает 6–7 единиц и сопровождается схватыванием поверхностей (заеданием).

Металлическая поверхность может сохранять ювенильные свойства лишь в условиях высокого вакуума или в атмосфере инертного газа, что встречается при износе деталей в случаях, когда отделяются оксидные пленки и твердые тела вступают в непосредственный контакт. Такое явление наиболее часто имеет место при трении деталей из однородных материалов, например, сталь по стали.

При сухом трении смазочный материал между трущимися поверхностями практически отсутствует. При этом наблюдается механическое зацепление микронеровностей и молекулярное взаимодействие поверхностей в зонах контакта. В этом случае сила трения выражается законом Амонтона–Кулона:

где N - нормальная сила;

f - коэффициент трения скольжения.

Коэффициент f зависит от величины микро– и макронеровностей поверхностей, скорости относительного их скольжения, физических свойств трущихся материалов и температуры. Величина коэффициента трения f “чистых” металлов для металлических пар лежит в пределах от 0,06 до 0,20. При граничном (полусухом, полужидкостном) трении молекулы масла адсорбируются кристаллической решеткой металла, образуя несколько слоев упорядоченных молекул, толщиной около 0,1 мкм. Это позволяет несколько снизить пластические деформации металлов и уменьшать, таким образом, крайне негативные последствия сухого трения. При жидкостном трении контакт поверхностей заменяется трением слоев смазки. Коэффициент трения выражается соотношением:

где A - коэффициент пропорциональности;

Коэффициент динамической вязкости;

V - скорость относительного перемещения;

N - нормальная сила.

Различают жидкостное и граничное трение со смазочным материалом.

Жидкостное трение имеет место при наличии промежуточного слоя смазки, полностью разделяющего трущиеся поверхности. Процессы трения и изнашивания характеризуются при этом не материалом трущихся деталей, а вязкостью смазочного слоя, конструкцией и режимом работы соединения.

Толщина слоя смазки, м,

(2.4)

где - диаметр вала, м;

Абсолютная вязкость масла, Нc/м 2 ;

Частота вращения вала, с -1 ;

Зазор (разность диаметров подшипника и вала), м;

Поправка на конечную длину подшипника.

При уменьшении толщины масляного слоя трущиеся поверхности сближаются. Когда в процессе сближения достигается такое положение, при котором они разделяются не слоем смазки, а масляной пленкой молекулярной толщины, наступает граничное трение.

Граничное трение возникает под действием молекулярных сил трущихся поверхностей, смазочное вещество прочно адсорбируется на поверхностях трения. Полярные концы молекул смазочного вещества образуют на поверхностях трения «молекулярный частокол».

Граничная фаза масляной пленки, находясь под двусторонним воздействием молекулярных сил, приобретает: квазитвердое состояние с расклинивающим давлением, оказывающим сильное сопротивление образованию металлического контакта; скользкое состояние, напоминающее мыло, смоченное водой. Указанные свойства предохраняют трущиеся поверхности от разрушения.

При жидкостном трении контакта трущихся поверхностей вообще не должно быть, равно как и их изнашивания. Согласно гидростатической теории смазки, пусть даже без непосредственного контакта, незначительный износ поверхностей все же наблюдается в результате физико–химических, в том числе и электростатических процессов, возникающих между трущимися поверхностями, и контакта их со смазочным материалом.

В соответствии с ГОСТ 27674–88 различают три вида изнашивания (рисунок 2.3).

Механическое изнашивание (Mechanical wear) возникает в результате механических воздействий.

Наиболее распространенным видом механического изнашивания является абразивное изнашивание.

Абразивное изнашивание (Abrasive wear) - это механическое изнашивание материала в результате режущего или царапающего действия твердых тел или твердых частиц.

При попадании твердых абразивных частиц на трущиеся поверхности происходит царапание поверхности с образованием стружки. Царапание - это образование углублений на поверхности трения в направлении скольжения при воздействии выступов твердого тела или твердых частиц. Абразивные частицы могут попадать из окружающей атмосферы, при недостаточной фильтрации смазки или образовываться при разрушении микрообъемов трущихся поверхностей.

Примером чисто абразивного изнашивания является изнашивание тормозных накладок и барабанов или дисков, шкворневых соединений, рессорных шарниров автомобиля.

Гидроабразивное и газоабразивное (Hydroabrasive (gasoabrasive) wear) изнашивание является разновидностью абразивного изнашивания и происходит в результате действия твердых тел или твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости (газа).

Примером гидроабразивного изнашивания является износ элементов шестеренчатых масляных насосов, трубопроводов, плунжерных пар топливной аппаратуры, а газоабразивного - цилиндров компрессора, воздушных жиклеров карбюратора.

Гидроэрозионное (газоэрозионное) (Hydroerosive (gaserosive) wear) изнашивание происходит в результате воздействия на материал потока жидкости (газа).

Газоэрозионное изнашивание можно наблюдать на рабочих поверхностях тарелок выпускных клапанов двигателя, на зеркале цилиндров двигателя, а гидроэрозионное изнашивание - на поверхности жиклеров карбюратора.

Кавитационное изнашивание (Cavitations wear) - это механическое изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает высокое местное ударное давление или высокую температуру.

Очень характерная картина кавитационного изнашивания на лопастях и корпусе водяного насоса двигателя.

Усталостное изнашивание (Fatigue wear) - это механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя.

Усталостное изнашивание может происходить как при трении качения, так и при трении скольжения. Например, на беговых дорожках подшипников, поверхности зубьев шестерен, кулачков и т.д.

Изнашивание при фреттинге (Fretting wear) - это механическое изнашивание соприкасающихся тел при колебательном относительном микросмещении. Например: изнашивание мест контакта вкладышей шеек коленчатого вала и постели в картере и крышке.

Изнашивание при заедании (Adhesive wear) происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность. Оно приводит к задирам, заклиниванию и разрушению механизмов. Такое изнашивание обусловливается наличием местных контактов между трущимися поверхностями, на которых вследствие больших нагрузок и скоростей происходит разрыв масляной пленки, сильный нагрев и “сваривание” частиц металла. При дальнейшем относительном перемещении поверхностей происходит разрыв связей. Типичный пример - заклинивание коленчатого вала, поршневых колец.

Коррозионно–механическое изнашивание (Mechanocorrosive wear) бывает при окислительном изнашивании и фретинг–коррозии.

При окислительном изнашивании (Oxidative wear) преобладает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой. Вследствие окисления материала кислородом образуются тонкие пленки, которые затем удаляются с поверхности трения механическим трением, а обнажающиеся поверхности опять окисляются. Такое изнашивание наблюдается на деталях цилиндропоршневой группы, тормозной системы с гидроприводом, гидроусилителе рулевого управления.

Изнашивание при фреттинг–коррозии (Fretting corrosion wear) возникает при малых колебательных относительных перемещениях соприкасающихся тел относительно друг друга в коррозионной среде, особенно в условиях вибрации.

Электроэрозионное изнашивание (Electroerosive wear) проявляется в эрозионном изнашивании поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока, например, между электродами свечи зажигания, контактами прерывателя и т.д.

Трение - совокупность явлений, вызывающих сопротивление движению относительно друг друга макроскопических тел (внешнее трение) или элементов одного и того же тела (внутреннее трение), при котором механическая энергия рассеивается преимущественно в виде тепла . Внешнее трение происходит на границе контакта двух твердых тел. Внутреннее трение возникает, в потоках жидкости или при деформации твердого тела , между частями что перемешаются друг относительно друга.

Внешнее трение (трение) - явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах контакта их поверхностей, тангециально к ним. (ГОСТ 2823-94)

1. Виды внешнего трения

При наличии относительного движения двух тел, контактирующих между собой силы трения, возникающие при этом, можно разделить на:

2. Физическая природа

Физическая природа трения до конца не изучена. Существуют различные научные школы, которые трактуют природу трения с разных позиций, например с точки зрения физики металлов, электрической природы и т.д.

Количественно проявление трения между твердыми телами описывается силой трения .

Явление внутреннего трения в жидкостях и газах называется вязкостью .

3. Диссипация энергии

При трении энергия макроскопического механического движения переходит в энергию микроскопического движения атомов и молекул. Человечество научилось использовать этот эффект для добывания огня.

4. Электризация трением

При трении поверхности многих тел заряжаются, что свидетельствует о электростатическую природу трения. Этот процесс используется для создания статических зарядов. Одним из распространенных примеров такой электризации трением в современном мире электризация барабана в фотокопировальных машин . С помощью электризации трением можно создавать очень большие напряжения , как, например, в электростатическом генераторе Ван де Граафа .

5. Смазки

Различают трения без смазочного материала (сухое трение) и трения с смазочным материалом, подводимой в зону трения. Для уменьшения трения используются различные

При перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга появляются силы трения. Различают трение внешнее и внутреннее. Под внутренним трением (или вязкостью) понимают трение, возникающее при перемещении частей одного и того же тела (обычно это движение слоёв жидкости или газа). К внутреннему трению относится также и трение, возникающее при движении твердого тела в жидкости или газе. В этом случае слои среды, прилегающие к поверхности, вовлекаются этим телом в движение с той же скоростью, которую имеет тело, и движущееся тело тормозится прилегающими слоями среды.

Трение, возникающее при соприкосновении поверхностей двух различных тел при их относительном движении или при попытке вызвать это движение, называется внешним трением (сухое трение). Строго говоря, внешнее трение наблюдается только для твердых тел без смазочной прослойки, так как только в этом случае имеется непосредственный контакт двух тел.

Внешнее трение в свою очередь подразделяется на: трение покоя, возникающее до начала движения; трение скольжения, возникающее при движении поверхностей двух соприкасающихся тел; трение качения, возникающее, когда одно тело катится по поверхности другого.

Силы внешнего трения возникают по нескольким причинам. Первой причиной возникновения сил трения является шероховатость поверхности тел. При соприкосновении тел микроскопические выступы на поверхности одного тела зацепляются за такие же выступы другого тела. При этом, если одно из тел движется по поверхности другого, выступы срезаются, для чего необходимо действие некоторой силы. Второй причиной является то, что в точках соприкосновения поверхностей проявляется действие межмолекулярных сил, между молекулами находящимися вблизи поверхности соприкосновения. В частности, вступающие в контакт неровности поверхности образуют “мостики сварки”, и сила трения обусловлена сопротивлением разрушению этих мостиков. Третьей причиной является появление несимметричных деформаций (см. силу трения качения).

В настоящее время разработан ряд теорий трения, в основу каждой из которых положено то или иное явление: адгезионная теория трения, молекулярная теория трения, молекулярно-механическая теория трения.

Трение покоя.

О существовании сил трения покоя, действующих на соприкасающиеся тела при их относительном покое, свидетельствует такой опытный факт, что для приведения в движение одного из соприкасающихся твердых тел к нему необходимо приложить в направлении движения внешнюю силу, превышающую некоторую определенную величину, характерную для данных соприкасающихся тел. Если внешняя сила недостаточно велика, то, несмотря на её действие, тело остается в покое, так как эта сила уравновесится силой трения покоя.

Пусть некоторое тело покоится на горизонтальной поверхности, и нему приложена внешняя сила F (рис.1), на него также действуют сила тяжести mg и сила реакции опоры N . Так как тело находится в покое, то согласно I закону Ньютона, векторная сумма всех внешних сил равна нулю, т.е:

И взяв проекции этих сил на направление возможного перемещения (вдоль плоскости соприкосновения, ось x), получим:

.

Таким образом, сила трения покоя – неоднозначная величина: с изменением внешней силы F соответственно изменяется и сила трения покоя. Если на тело внешняя сила F не действует, то сила трения f тр также равна нулю. Но сила трения покоя может изменять свою величину лишь до некоторого максимального значения f тр_max , и согласно опытному закону Амонтона и Кулона:

где m’ – коэффициент трения покоя. Для рассмотренного на рисунке 1 примера: .

Трение скольжения

Когда горизонтальная составляющая внешней силы F окажется по величине больше f тр_max , то неизбежно возникает скольжение данного тела по поверхности соприкасающегося с ним другого тела. Опыт показывает, что силы трения скольжения зависят от относительной скорости скольжения (Рис.2). Вначале с возрастанием относительной скорости u величина сил трения скольжения f тр несколько уменьшается, а затем при дальнейшем возрастании u , величина сил трения так же медленно начинает возрастать. Возрастание величины сил трения с уменьшением относительной скорости скольжения, после того как она уже стала достаточно малой, проявляется, например, при торможении поездов, трамваев и т.д., поэтому для более плавного уменьшения скорости тел торможение производится с несколькими перерывами. Однако величина сил трения скольжения изменяется с изменением относительной скорости настолько слабо, что часто её считают не зависящей от относительной скорости (рис.2., прерывистая линия).

Величина сил внешнего трения как при скольжении, так и при покое зависит от материалов тел, состояния их соприкасающихся поверхностей (от их шероховатости), а также от величины силы реакции N одного из тел на другое. Влияние указанных факторов на величины сил внешнего трения экспериментально исследовали Амонтон и Кулон. Они установили закон выполняющийся для сил трения скольжения и для максимальной силы трения покоя. Суть этого закона: величина силы трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей и пропорциональна силе реакции опоры:

где m – коэффициент трения скольжения, величина безразмерная, зависит от материалов соприкасающихся тел, состояния их поверхностей, величины относительной скорости. В настоящее время при соприкосновении достаточно гладких поверхностей необходимо учитывать вклад сил межмолекулярного взаимодействия.

Трение качения

Опыт свидетельствует также о существовании сил трения, действующих на тела при их качении по поверхности других тел. Так если цилиндрическое тело катится по горизонтальной поверхности и предоставлено самому себе, то с течением времени постепенно замедляется как его поступательное движение, так и вращение вокруг своей оси. Качение тел замедляется благодаря действию на них сил трения качения со стороны поверхности, по которым они движутся. Сила трения качения возникает из-за деформации поверхности, по которой катится тело, несимметричной относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось цилиндра.

Рассмотрим цилиндрическое тело, которое катится по горизонтальной поверхности с постоянной скоростью поступательного движения центра масс u с помощью силы F (рис.3).

На рисунке 3: О – ось цилиндра, R – радиус цилиндра, сила реакции опоры N разложена на две составляющие F n , f тр т.е. . Величина силы F подбирается такой, чтобы качение происходило равномерно, т.е. чтобы скорость поступательного движения оси цилиндра u, а также скорость его вращения вокруг своей оси оставались постоянными. Тогда направление силы реакции опоры N должно проходить через ось цилиндра, так как только в таком случае угловая скорость вращения цилиндра окажется неизменной.

Поскольку, скорость движения оси цилиндра u =const, то согласно первому закону Ньютона:

Где sina =k /R , к – расстояние от вертикального диаметра цилиндра до точки приложения силы реакции N . Тогда для силы трения качения получаем выражение

Величину k называют коэффициентом трения качения. Коэффициент трения качения имеет размерность длины.

Сила трения качения меньше силы трения скольжения. Поэтому для уменьшения трения в различных механизмах используют подшипники качения. Для уменьшения силы трения между трущимися поверхностями вводят смазку. В этом случае, как показал русский инженер Н.П.Петров, мы имеем дело с внутренним трением скольжения, происходящим лишь между слоями жидкости. Для уменьшения силы трения используют и то обстоятельство, что коэффициент трения уменьшается с увеличением твердости. Поэтому, например, при изготовлении узлов часовых механизмов, прецизионных приборов и т.д., применяют такие материалы, как агат, рубин и др.

В ряде случаев, например, при торможении, необходимо увеличить силу трения. Для этого трущиеся детали изготавливают из одного материала, поскольку, как показывает опыт, коэффициент трения в данном случае больше, чем при наличии двух различных материалов.

Виды трения и износов

К атегория:

Техническое обслуживание дорожных машин

Виды трения и износов

В зависимости от кинематических признаков относительного перемещения тел различают следующие виды трения: трение скольжения, трение качения и трение верчения.

Наименее изученным является трение верчения, поэтому при решении практических задач этот род трения стараются свести к трению скольжения или качения.

При относительном перемещении деформирующихся тел касание между ними происходит не в точках, а в зонах, называемых площадками контакта. На этих площадках контакта могут происходить весьма разнообразные физико-механические явления, например: упругие и пластические деформации частиц, молекулярное сцепление частиц, адсорбция тонких слоев газа, дисперсность коллоидальных частиц и др. Некоторые ученые при изучении этого вопроса насчитали более 20 таких явлений, причем, многие из них оказались во взаимной связи. Количественные и качественные соотношения между этими явлениями, происходящими на упругих площадках двух соприкасающихся (трущихся) тел, в значительной степени зависят от наличия между ними жидкостной или газообразной прослойки - смазки.

Поэтому в зависимости от наличия или отсутствия смазки, а также характера трущихся поверхностей различают:
а) чистое трение, возникающее на трущихся поверхностях при полном отсутствии на них посторонних примесей в виде жидкостной или газовой прослойки. Практически чистое трение очень трудно осуществимо; оно может быть реализовано только в вакууме;
б) сухое трение появляется при отсутствии смазки и загрязнений между трущимися поверхностями;
в) граничное трение, при котором трущиеся поверхности разделены слоем смазки толщиной не более 0,1 мк. Граничная пленка обладает особыми свойствами и не подчиняется общим законам гидродинамики вязких жидкостей; поэтому ее не следует смешивать с масляной пленкой нормальных размеров;
г) жидкостное трение, при котором трущиеся поверхности полностью разделены слоем жидкости необходимого размера, не допускающим контакта между трущимися телами и воспринимающим всю нагрузку;
д) полусухое трение, когда при наличии между трущимися поверхностями смазочного слоя отдельные выступы поверхностей приходят в непосредственное соприкосновение (т. е. одновременно граничное и сухое трения);
е) полужидкостное трение - такое, при котором большая часть нагрузки передается масляной пленкой, а меньшая часть воспринимается непосредственно контактом трущихся поверхностей (т. е. одновременно жидкостное и граничное или жидкостное и сухое трения).

В технике чаще всего встречаются одновременно полусухое и полужидкостное трения, из которых первое обычно принимают за сухое, а второе за жидкостное.
Напомним основные законы и математические зависимости сухого и жидкостного трений.

Основными положениями закона сухого трения скольжения являются:
1. Сила трения скольжения на плоскости прямо пропорциональна нормальному давлению в определенном диапазоне скоростей и и нагрузок.
2. Направление силы трения скольжения противоположно относительной скорости трущихся тел.
3. Точное положение точки приложения силы трения скольжения неизвестно.
4. Трение зависит от материала и состояния трущихся поверхностей.
5. С увеличением скорости движения сила трения в большинстве случаев уменьшается, приближаясь к некоторому постоянному значению.
6. С возрастанием удельного давления сила трения в большинстве случаев увеличивается.

Законы сухого трения качения в первом приближении были выведены Кулоном.

Основными положениями этого закона являются:
1. Сила трения качения прямо пропорциональна нормальному давлению и обратно пропорциональна радиусу катка
где N - нормальное давление, кГ;
R - радиус катка, см;
X - коэффициент трения качения, см.
2. Сила трения качения направлена в противоположную сторону относительно скорости.
3. Точное положение точки приложения силы трения качения неизвестно.

При жидкостном трении отсутствует непосредственное соприкосновение между поверхностями, движущимися относительно друг друга, так как между ними находится слой жидкости. При относительном движении поверхностей в этом случае происходит сдвиг отдельных слоев жидкости относительно друг друга и поэтому трение в жидкостном слое сводится к вязкому сдвигу. Основоположником гидродинамической теории смазки является выдающийся русский ученый Н. П. Петров. Основная сущность этой теории сводится к следующему.

Основное значение при жидкостном трении имеет коэффициент т), т. е. коэффициент внутреннего трения или коэффициент абсолютной вязкости. Поэтому наименьшая толщина жидкостного слоя должна быть больше неровностей двух соприкасающихся поверхностей А я В, иначе между ними будет непосредственный контакт.

Из гидродинамической теории смазки следует, что для сохранения нормальной толщины масляного слоя трущиеся поверхности могут и не быть строго параллельны, а шейки вала и подшипника могут не быть концентричными. Такой вывод можно сделать на основании свойств клиновидного слоя смазки, заключающихся в cледующем.

При клинообразной форме слоя масла между двумя скользящими поверхностями А и В масло прилипает к этим поверхностям вследствие своей маслянистости. Такое явление приводит к тому, что скорость протекания масла значительно снижается, а давление внутри масляного слоя соответственно повышается. Это давление, как показывают опытные данные, в самом узком месте клиновидной формы достигает 200 кГ/см2 и вызывает большую подъемную силу, благодаря чему тело А всплывает, обеспечивая необходимую толщину масляного слоя, разъединяющего поверхности А и В.

Рис. 1. Схемы жидкостного трения

Исходя из свойств клиновидной формы слоя смазки, можно считать, что при пуске машины, когда вал начнет вращаться, клиновидный слой смазки будет отсутствовать, а следовательно, будет отсутствовать и условие жидкостной смазки, т. е. возникнет полусухое или полужидкостное трение.

Еще в 1883 г. Н. П. Петровым были даны следующие основные положения жидкостного трения.
1. Смазочная жидкость, находящаяся между трущимися поверхностями, должна удерживаться в зазорах.
2. В слое смазки при относительном скольжении смазываемых поверхностей должно возникать и поддерживаться внутреннее давление, уравновешивающее внешнюю нагрузку, прижимающую трущиеся поверхности друг к другу.
3. Смазочная жидкость должна полностью разделять трущиеся поверхности.
4. Слой жидкости, находящийся между трущимися поверхностями, должен иметь толщину не менее определенного минимального предела.

Трение и износ тесно связаны между собой. Износ есть результат работы трения. По утверждению ряда ученых, работающих в этой области, до настоящего времени общепризнанного определения износа трением в технической литературе еще нет. По определению проф. М. М. Хрущова, износ деталей машин есть нежелательное постепенное изменение их размеров в процессе работы, которое возникает под действием усилий на их трущиеся поверхности.

Износы, появляющиеся при эксплуатации машин, можно подразделить на естественные и аварийные.

Естественные износы деталей машин происходят в результате действия сил трения и определяются условиями работы деталей, качеством материала, характером обработки и др. Эти износы являются неизбежными и появляются в результате относительно длительного периода работы машины.

Аварийные износы являются результатом быстро нарастающего естественного износа и нарушения нормального режима работы машины, нарушения правил технического ухода, эксплуатации и ремонта машин. Эти износы почти всегда характеризуются резкими деформациями деталей, разрушением отдельных узлов, агрегатов и всей машины.

Износы машин, встречающиеся на практике, весьма разнообразны по форме проявления, по причинам возникновения, характеру нарастания и многим другим признакам.

Наиболее распространенным видом естественного износа является механический износ.

Проф. А. К. Зайцев, учитывая природу явлений и процессов, происходящих при износе, дает следующую классификацию механического износа: I класс износа - чисто механический; II класс - физико-механический; III класс - химико-механический; IV класс - комплексный.

Чисто механический износ (эрозия металла) сопровождается изменением формы и объема трущихся деталей без существенных проявлений химических процессов. Этот вид износа является результатом работы сил трения, которые возникают при движении поверхностей деталей относительно друг друга.

В зависимости от рода трения чисто механический износ разделяется на три основных вида: износ от трения скольжения, от трения качения и сложный износ, который проявляется при одновременном действии трения скольжения и трения качения.

Износ от трения скольжения имеет наибольшее распространение в узлах и агрегатах дорожных машин; возникает он, например, на поверхностях шеек валов и подшипников, поршневых колец и цилиндров, стержней клапанов и направляющих втулок и т. д.

Наиболее наглядным износом от трения качения является износ в шариковых и роликовых подшипниках, которые имеют широкое распространение в дорожных машинах.

Характерным примером сложного износа в дорожных машинах является износ, возникающий при работе зубьев шестерен.

Физико-механический износ происходит в тех случаях, когда механический износ сопровождается физическими изменениями трущихся деталей. Эти изменения тесно связаны с внутренними процессами, происходящими в деталях, которые обычно приводят к изменению их твердости, жесткости, хрупкости и к появлению наклепа. Примером такого износа является износ щек камнедробилок.

Химико-механический износ (коррозия металла) характеризуется тем, что механический износ сопровождается химическими процессами. В качестве примера такого износа можно указать коррозию, при наличии которой значительно усиливается и ускоряется механический износ. Явление коррозии имеет существенное значение в износе деталей дорожных машин и двигателей.

Коррозия возникает в результате воздействия органических кислот, присутствующих в смазке или образующихся при сгорании топлива, а также в результате действия газов при высоких температурах, паров воды и т. д.

При работе дорожных машин возникают следующие виды коррозии: атмосферная, почвенная, электрохимическая, жидкостная и коррозия при высоких температурах.

Причиной атмосферной и почвенной коррозии является влажность воздуха или почвы, особенно при наличии углекислоты, аммиака и др.

Электрохимическая коррозия происходит, если при контакте двух различных металлов образуется гальваническая пара, т. е. один металл с более отрицательным потенциалом служит анодом, а другой - катодом. Металл, имеющий более отрицательный потенциал, будет, как правило, коррозировать.

Жидкостная коррозия появляется в пароводяных системах из- за присутствия в воде воздуха, обогащенного кислородом. Одновременно в воде содержатся минеральные вещества, дающие растворы минеральных солей, кислот и щелочей. Такие водные растворы представляют собой электролиты, которые, взаимодействуя с металлом, вызывают активную коррозию.

Коррозия при высоких температурах вызывается нагревом металла и воздействием на него тепла. Активность коррозии в этом случае во многом зависит от качества металла и способности его окисляться при высоких температурах, например коррозия, наблюдающаяся в верхней части цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Из исследования процесса сгорания топлива в двигателях следует, что частички продуктов неполного сгорания, сильно окисленные при внезапном падении температуры, прилипают к стенкам цилиндров, и кислород, содержащийся в них, воздействует на металл.

Комплексный износ возникает тогда, когда механический износ сопровождается одновременно химическим и физическим процессами. К комплексному износу относится такой износ выпускных клапанов двигателя, когда под действием высоких температур происходит частичное (поверхностное) сгорание металла, изменяются его структура и механические свойства, а химический процесс, происходящий от воздействия газов, вызывает коррозию металла. Клапан настолько теряет свои качества, что в определенный момент его головка совершенно перегорает, а иногда и отрывается.

Абразивный износ является разновидностью чисто механического износа, который обусловливается присутствием в сопряженных трущихся деталях абразивных частиц.

При работе дорожных машин отдельные детали и сопряжения имеют непосредственное соприкосновение с грунтом, например ножи автогрейдеров, бульдозеров и скреперов, детали гусеничного хода и др., работающие в самых тяжелых условиях. В этих случаях абразивные частицы имеют решающее значение в отношении износа.

При шлифовании цилиндров и клапанов при недостаточной их очистке после обработки некоторая часть абразивной пыли остается в цилиндрах двигателя.
Основным проводником попадания абразивных материалов в цилиндры двигателя является его впускная система. При наличии у двигателя даже наиболее усовершенствованного воздухоочистителя некоторое количество пыли в него все же проникает.

Абразивная пыль, попадающая в цилиндры двигателя, смешивается с маслом и образует подобие притирочной пасты, которая значительно усиливает износ деталей (поршней, колец, клапанов и т. п.).

Абразивный износ является наиболее распространенным среди деталей дорожных машин, работающих с песком, щебнем, бетоном, шлаком и т. п. Износ металла в этом случае происходит под воздействием зерен различных абразивных материалов, которые вдавливаются в основу металла детали и образуют в нем канавку (рис. 2). Выдавленный металл в виде буртиков располагается по обеим сторонам этой канавки. Так как структура металла в значительной части неоднородна, то в вытесненном металле появляются трещины, которые ослабляют его и создают возможность абразивным зернам постепенно деформировать и разрушать его. На дне же полученной канавки происходит наклеп, благодаря чему твердость металла значительно повышается.

Рис. 2. След от абразивного зерна на трущейся поверхности

В последние годы абразивному изнашиванию было уделено много внимания, поскольку износостойкость деталей этому виду износа имеет существенное значение для продления срока службы машин и их надежности в работе. Заслуживают внимания исследования в области абразивного изнашивания, проведенные канд. техн. наук М. М. Тененбаум. Вызывает несомненный интерес его точка зрения в вопросе активного абразивного действия твердых частиц абразива в контакте трущихся деталей.

Тененбаум указывает, что одно и то же количество абразивного вещества в контакте твердых тел в зависимости от различных факторов вызывает по объему различные разрушения поверхности этих тел. Например, активность абразивного действия определенного количества зерен кварцевого песка в контакте двух тел зависит во многом от характера взаимодействия этих зерен с двумя телами. Если абразивное зерно, не разрушаясь, вдавливается в поверхностный слой детали, то происходит вроде частичной изоляции зерна в контакте сопряженных деталей и их шаржирование. Это шаржирование абразивными частицами поверхностных слоев сопряженных деталей увеличивает износ их по сравнению с износом деталей в сопряжении которых отсутствуют абразивные частицы.

Как было отмечено при исследованиях, наибольший износ получается в том случае, когда абразивные зерна, находящиеся в контакте двух сопряженных деталей, раздробляются. Энергия, необходимая для раздробления зерен абразива, передается через небольшие по площади контактные участки поверхностного слоя, что вызывает разрушение определенных объемов материала деталей. Вновь образованные частицы кварцевого абразива будут иметь свою определенную геометрию, которая будет содействовать высокой концентрации контактных напряжений в поверхностных слоях трущихся деталей, что в свою очередь вызовет повышенное изнашивание поверхностей.

Таким образом при раздроблении в контакте одного и того же количества абразивных зерен, износ сопряженных деталей в определенных условиях будет значительно больше, так как абразивное действие при этом будет сопровождаться более высокой активностью. Только этим в основном и можно объяснить, что твердые бронзовые подшипники изнашивают шейку вала больше, чем баббитовые в условиях одинаковой загрязненности смазки.

В литературных источниках очень часто встречаются мнения, что сопряженная пара деталей из стали и капрона при абразивном износе имеет более высокую износостойкость, чем сопряжения металлических деталей. Это объясняется тем, что капрон частично поглощает абразивные зерна и этим снижает активность абразивного изнашивания.

Вследствие этих явлений можно сделать вывод, что действие абразивных частиц, находящихся в сопряжении деталей, может быть разным в зависимости от состояния этих частиц и материала сопряженных деталей. Повысить износостойкость сопряженных деталей абразивному износу можно путем подбора деталей с повышенной износостойкостью или подбирать детали из материалов сравнительно невысокой износостойкости, но способных поглощать абразивные частицы.

Институт строительной механики Академии наук Украинской ССР провел большую работу по изучению износов деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин. В результате работы этого института проф. Б. И. Костецким были установлены принципиально различные виды износа деталей, подчиняющиеся закономерности определенного процесса.

Б. И. Костецкий дает следующую классификацию видов износа деталей машин: износ схватыванием I рода; износ схватыванием II рода, или тепловой; окислительный износ; абразивный и оспо- видный износы.

В связи с тем что каждая деталь имеет ведущий вид износа, она будет иметь наиболее изнашиваемую поверхность обязательно там, где этот вид износа проявляется. Отчетливо выраженный вид износа обычно определяет износостойкость детали, характер и скорость его износа. Например, ведущий вид износа тяжело нагруженных зубьев шестерни - осповидный, а сопутствующие виды износа - тепловой и окислительный. Осповидный износ определяет износостойкость зубьев шестерни и появляется в зоне начальной окружности зуба, два же других вида износа - тепловой (на ножке зуба) и окислительный (на головке зуба шестерни) - не имеют решающего значения в отношении общей износостойкости зубьев шестерни при определенных условиях работы.

К атегория: - Техническое обслуживание дорожных машин