Тертя без змащувального матеріалу

Тертя без змащувального матерiалу при вiдсутностi забруднень мiж поверхнями, що труться, спостерігається в гальмах, фрикцiйних передачах, в вузлах машин текстильної, харчової, хiмiчної промисловостей, де змащувальний матерiал, щоб уникнути псування продукцiї або з мiркувань безпеки недопустимий, а також у вузлах машин, якi працюють в умовах високих температур, коли будь-який змащувальний матерiал не придатний.

Тертя, згідно з однієї з теорій тертя, має молекулярно-механiчну природу. На площадках фактичного контакту поверхонь дiють сили молекулярного притягання, якi проявляються на вiддалях, якi в десятки разiв перевищують мiжатомну вiддаль в кристалiчних градках, i збiльшуються з пiдвищенням температури. Молекулярнi сили при наявностi або вiдсутностi промiжного в'язкого прошарку (вологи, забруднення, мастильного матерiалу i т.п.) викликають на тiй чи iншiй кількостi дiлянок адгезiю. Вона можлива мiж металами i плiвками окислiв. Адгезiя може бути обумовлена одночасно i дiєю електростатичних сил. Сили адгезiї, як молекулярнi сили прямо пропорційні площi фактичного контакту. Прикладений тиск впливає на цi сили посередньо, через площу фактичного контакту.

Молекулярнi сили, як сили перпендикулярнi поверхнi, здавалося б, не повиннi виконувати роботу при вiдносному тангенцiальному перемiщеннi поверхонь. Те саме стосується i сил адгезiї, якщо зв'язок, що утворився мiж тiлами руйнується в мiсцях з'єднання. Насправдi ж, вiдносне змiщення поверхонь при наявностi взаємного притягання i адгезiї супроводжується деформацiєю зсуву, що внаслiдок неідеальної пружностi матерiалу вимагає витрати енергiї в необерненiй формi. Зрозуміло, що потрiбно прикласти більшу тангенцiальну силу, якщо зв'язок мiж тiлами порушується не в мiсці з'єднання, а на деякiй глибинi вiд поверхнi.

Бiльш сильним проявом молекулярних сил є схоплювання поверхонь. Сили тертя у цьому випадку залежать вiд довжини зон схоплення i опору їх роз'єднанню.

Сила тертя F обумовлена механiчною i молекулярною взаємодiєю:

, (8.1)

де a - середня iнтенсивнiсть молекулярної складової сили тертя; Sф - фактична площа контакту; b - коефiцiєнт, який характеризує механiчну скла-дову сили тертя; Р - сила тиску.

Коефiцiєнт тертя f це вiдношення сили тертя до сили тиску. На основi формули (8.1) маємо:

(8.2)

Двочленнi вирази виду (8.1) i (8.2) для сил тертя i коефiцiєнту тертя дiйснi для тертя із змащувальним матерiалом i без нього.

Багато дослiдникiв (Хольм, Стренг, Л'юiс та iн.) рахують, що складова сили тертя, обумовлена пластичною деформацiєю (механiчною взаємодiєю) поверхонь, iнколи надто незначна (всього декiлька процентiв вiд сумарної сили тертя). Так, тертя металiчних поверхонь у вакуумi супроводжується великим коефiцiєнтом тертя (бiльше одиницi). Якщо ж у вакуумну камеру подати повiтря, то за дуже короткий промiжок часу коефiцiєнт тертя зменшується в декiлька разiв. За цей час кисень не в станi утворити плiвку окислу, щоб загладити самi невеликi нерiвностi поверхнi тертя, або перешкодити їх взаємному проникненню.

На основi цього можна зробити висновок, що молекулярна складова сили тертя є причиною високого значення останньої у вакуумi. Зауважимо, що при тертi кочення молекулярна складова порiвняно мало впливає на тертя.

Статична сила тертя в залежності від довготривалості нерухомого контакту збільшується до деякої границі. Сила тертя при русі залежить від швидкості ковзання поверхні, причому, в залежності від тиску, твердостi спряжених тiл, коефiцiєнт тертя може монотонно збiльшуватися, зменшувати-ся, переходити через максимум або мiнiмум.

Тертя без мастила супроводжується стрибкоподiбним козанням поверхонь, з чим пов'язанi, наприклад, вiбрацiя автомобiля при включеннi зчеплення, "шарпання" при гальмуваннi, "виск" гальмiв, вiбрацiя рiзцiв при рiзаннi i порушення роботи деталей, якi рухаються з малою швидкістю. Серед способів боротьби зi "стрибками" при тертi можна назвати: збiльшення жорсткостi технічної системи, пiдвищення швидкостi ковзання, пiдбiр матеріалів пар тертя, для яких коефiцiєнт тертя незначно зростає з тривалістю нерухомого контакту і при збiльшеннi швидкостi через мiнiмум не проходить.

Плiвки окислiв, волога i забруднення на металiчних поверхнях впливають на коефiцiєнт тертя з двох причин. Сили молекулярного притяжіння мiж ними можуть бути в сотню разiв меншi, нiж у випадку взаємодії металу на чистому контактi. Крiм того, мiцнiсть окислiв взагалi менша мiцностi основного металу, тому опiр "проорюванню" i зрiзу частинок при перемiщенi, поряд з силами молекулярної взаємодії, значно зменшуються i коефiцiєнт тертя падає. Товстi плiвки окислiв мають меншу твердiсть, i наявнiсть їх призводить до пiдвищення площi фактичного контакту, причому, якщо це пiдвищення буде протiкати швидше, нiж зменшення механiчної складової сили тертя, то проходить збiльшення сили тертя.

Особливо слід зупинитися на тертi металiчних поверхонь при високих температурах, тобто, вище температури розкладу мiнеральних мастил, або температур плавлення чи розкладу твердих мастильних матерiалiв. На поверхнях тертя навiть в умовах високого розрiдження створюється окисна плiвка. Властивостi цiєї плiвки вiдносно рiвномiрностi покриття, щiльностi i мiцностi зв'язку з основою, а також iнтенсивнiсть її утворення залежить вiд складу сплаву. Плiвка, при вiдповiдному складi, зменшує силу тертя i iнтенсивнiсть зношування i захищає поверхнi вiд корозії i безпосереднього контакту. В розрiдженiй атмосферi захисна дiя плiвки зменшується.

Дата добавления: 2013-12-14