Трение твердых тел

Основные классы органических соединений, используемые в качестве основы для синтетических смазочных материалов

Современные двигатели часто эксплуатируются в экстремальных условиях, в которых традиционные углеводородные смазки малоэффективны. Вместе с этим, недостаток смазок со специальными характеристиками и повышение требований к качеству масел обусловили необходимость разработки синтетических смазочных материалов.

Сложное сочетание эксплуатационных характеристик смазок, сочетающее незначительное изменение вязкости и высокие смазочные характеристики в широком диапазоне температур, химическую стабильность, стойкость к старению и окислению, радиационную стойкость ит.п. не присущи традиционным нефтяным смазкам и может быть реализовано только в синтетических жидкостях. Синтетические масла в ряде случаев обладают высокой огнестойкостью, термической стабильностью, стойкостью к окислению, воздействию ионизирующих излучений (радиации). Они могут быть модифицированы путем введения присадок различной природы и назначения (с учетом класса вязкости, вязкостно-температурных характеристик, противозадирных свойств, низкотемпературных, антикоррозийных и антипенных характеристик).

В настоящее время разработано несколько классов органических соединений, которые используют в качестве основы для синтетических смазочных материалов. К ним прежде всего относятся полиэфиры (полигликоли, простые полифениловые эфиры), сложные эфиры (одно- и многоосновных карбоновых кислот, одно- и многоатомных спиртов), сложные эфиры фосфорной кислоты, силоксаны, эфиры кремниевой кислоты, полигалогенпроизводные углеводороды, фторированные соединения (сложные эфиры), и такие синтетические углеводороды, как полиолефины и алкилированные ароматические соединения.

Синтетические смазки обычно представляют собой смеси химических соединений одинаковой или сходной структуры. Однако в последние годы было установлено, что смеси различных синтетических масел также характеризуются высокими эксплуатационными свойствами. Эти продукты превосходят минеральные масла по вязкостным характеристикам и низкой испаряемости.

Разработаны и испытаны специальные присадки, влияющие на свойства синтетических масел. Синтетические смазки более дороги чем нефтяные, однако совокупность высоких служебных характеристик обусловливает эффективность применения их в практике.

Современные представления о механизме трения твердых тел базируется на представлениях адгезионно – деформационной теории, согласно которой сила трения состоит из сопротивления деформированию микронеровностей контактирующих тел и сопротивления разрушению адгезионных связей между трущимися телами.

При воздействии нагрузки на контактирующие материалы изменяется площадь их контакта

W = P/d,

где d – текучесть материала; W – истинная площадь контакта, P – нагрузка.

Сила трения пропорциональна площади истинного контакта

F = f W d

При достаточно высоких нагрузках на пятнах фактического контакта образуются мостики сварки, которые разрываются при движении. Сила трения в этом случае зависит от сопротивления сдвигу мостиков сварки в точках фрикционного контакта

F = W S,

где S – сопротивление сдвигу.

Задача твердых смазочных материалов, как и смазочных масел, заключается в предотвращении непосредственного контакта между поверхностями и образования локальных мостиков сварки. Под пленкой твердого смазочного материала микровыступы на поверхностях металла подвергаются пластической деформации, так что силы трения определяются главным образом сопротивлением к сдвигу смазочной пленки. Сила трениятвердых смазочных материалов характеризуется выражением

F = W [ω Sm+ (1 - ω) S_S],

где

ω – доля площади контакта, на которой происходит сваривание металла; Sm– сопротивление сдвигу металлических пар трения; S_S– сопротивление сдвигу твердого смазочного материала.

При отсутствии непосредственного контакта между трущимися металлами ω = 0, следовательно,

F = W S_S

т. е. сила трения определяется сопротивлением сдвигу смазочного материала площадью истинного контакта, которая, в свою очередь, зависит от нагрузки. Следовательно, трение может быть снижено путем подбора твердого смазочного материала, имеющего низкое сопротивление к сдвигу.

Постепеное истирание трущихся металлических поверхностей до полного удаления имеющихся на поверхностях пленок сопровождается увеличением трения и приводит к заеданию поверхности даже при малых нагрузках и низких температурах. Испытания поверхностей трения, обезгаженных в вакууме, показывает, что для таких поверхностей наблюдаются высокие коэффициенты трения, зависящий от температуры обезгаживания. При высоких скоростях скольжения коэффициент трения имеет тенденцию к снижению вследствие образования пленки расплава.

Дата добавления: 2017-01-14