Общие сведения о трении

ТРЕНИЕ

Пленки на металлических поверхностях

Практически все металлы подвергаются окислению. Металлические поверхности в процессе обработки очень быстро покрываются первичной окисной пленкой. Такие пленки обнаруживаются и на благородных металлах. Несмотря на малую толщину, пленка всего в несколько элементарных ячеек кристаллической решетки, при нормальной температуре приостанавливает дальнейшее окисление поверхности. Разрушение поверхностей трения в среде воздуха тоже сопровождается их окислением.

Скорость образований оксидной пленки на поверхности металла исчисляется долями секунды. Так, для возникновения слоя толщиной 1,4 нм достаточно 0,05 секунды. С увеличением толщины рост пленки замедляется. Оксидная пленка находится в напряженном состоянии, испытывая растяжение или сжатие в зависимости от соотношения объемов основного металла образовавшегося на его базе окисла. С увеличением толщины пленки возрастают силы упругости в самой пленке и на границе между пленкой и основным металлом. При некоторой толщине пленки происходит потеря ее устойчивости, наступают мгновенные смещения, и пленка приобретает пористое (рыхлое) строение.

Внешний слой поверхности состоит из загрязнений, попавших на поверхность при обработке и адсорбированных газов и паров. Толщина этого слоя 0,1…2,5 нм. Расположенный под ним слой, возникающий под влиянием атмосферного кислорода, имеет на железе толщину до 5 нм, на стали примерно до 2 нм, на алюминии до 15 нм. Толщина граничного смазочного слоя около 20нм.

Контрольные вопросы к разделу 2

1. Что такое шероховатость? Причины ее появления?

2. Основные параметры шероховатости?

3. Назовите качественные параметры шероховатости?

4. Что такое номинальная площадь контакта?

5. От чего зависит фактическая площадь контакта?

6. Как определяется контурная площадь контакта?

7. Что такое остаточные напряжения? Причины их возникновения?

8. Как влияют пластические деформации на структуру поверхностного слоя?

9. Строение поверхностного слоя?

10. Назовите силы, действующие в поверхностном слое?

11. Дайте определение адгезии и когезии?

12. Что такое поверхностная энергия? Причины ее появления?

13. Что такое адсорбция?

14. В чем заключается эффект Ребиндера?

В современной механике под трением понимают широкий круг явлений, вызываемых взаимодействием соприкасающихся поверхностей твердых тел при относительном перемещении, а также внутренним движением в твердых, жидких и газообразных средах при их деформации.

Первоначальное развитие получило изучение внешнего трения как силы сопротивления относительному движению соприкасающихся тел при трогании с места, скольжении, качении, верчении, при смазке в гидродинамическом режиме, образовании на поверхностях тонких слоев в несколько молекул (граничная смазка) либо в отсутствие смазки (сухое трение).

Внутреннее трение характеризует взаимодействие, происходящее в объеме одного объекта (твердого тела, жидкости или газа). Взаимодействие осуществляется по всей геометрической поверхности выделенного слоя. Скорость, с которой слои вещества движутся относительно друг друга, изменяется непрерывно и достаточно плавно.

При внешнем трении взаимодействие осуществляется в общем случае между различными по строению твердыми телами и имеет двойственную атомно-молекулярную и механическую природу. Это взаимодействие реализуется в отдельных изолированных друг от друга зонах фактического контакта. Скорость скольжения в зонах фактического контакта изменяется скачком, с чем связаны, например, вибрация автомобиля при включении сцепления, «дергание» при торможении, «визг» тормозов, вибрация резцов при резании и нарушение плавности работы медленно движущихся деталей.

Сходство между внешним и внутренним трением заключается в том, что оба вида трения являются диссипативными процессами.

Отличия внешнего трения от внутреннего состоят в следующем.

1. Различная геометрия взаимодействия трущихся поверхностей. При внешнем трении контакт двух трущихся тел всегда дискретен, т.е. они соприкасаются в отдельных точках. При внутреннем трении поверхность касания непрерывна.

2. При внешнем трении тело перемещается в направлении, перпендикулярном вектору относительной скорости. Внутреннее трение характеризуется ламинарным перемещением тела в направлении вектора относительной скорости.

3. При внешнем трении возникновение и разрушение связей между трущимися телами локализуется в тонком поверхностном слое, при внутреннем – деформативная зона охватывает весь их объем.

В технике трение является инициатором деформационных, динамических, тепловых, акустических, электрических, адгезионных и других процессов, определяющих ресурс работоспособности узлов трения машин, их энергетику и эффективность.

Количественной мерой внешнего трения служит сила внешнего трения – сила сопротивления относительному скольжению, лежащая в плоскости касания двух твердых тел и являющаяся равнодействующей элементарных сил трения, возникающих в зонах контактов отдельных микронеровностей.

Отношение силы трения к нормальной относительно поверхности трения внешней силе (или нормальной составляющей этой силы) называется коэффициентом трения.

Дата добавления: 2014-12-26