Работа сил трения. температура на поверхностях трения

Работа сил трения. температура на поверхностях трения

Под воздействием внешних сил при относительном смещении двух контактирующих тел в зоне их трения одновременно реализуется большое множество элементарных фрикционных связей с разными типами взаимодействия продолжительностью 10-2...10-4 с. Каждый выступ одного тела за время нахождения в зоне трения реальных тел испытывает многократное воздействие со стороны другого тела, деформируется, воспринимает эту энергию и тут же излучает и передает ее близлежащим телам. В общем случае интегральную характеристику фрикционного взаимодействия работу (энергию) трения между твердыми телами можно представить вить в виде

где F сила трения; l путь трения, равный длине зоны трения;    коэффициент трения; Е энергия.

А мощность, теряемую во фрикционном контакте, в виде

где t – время фрикционного контакта; Vck скорость скольжения.

Согласно 1-му закону термодинамики работа трения расходуется на образование новой поверхности      S и на изменение внутренней энергии Е системы, т.е.

В большинстве случаев 95...99 \% от затрачиваемой работы трения расходуется на изменение внутренней энергии трущихся тел. До

95\% из них расходуется на нагрев непосредственно контактирующих поверхностей трения, а оставшаяся доля на возбуждение низкои высокочастотных колебаний выступов поверхности, являющихся источниками звуковых и электромагнитных волн, начиная от низких и до более высоких, приближающихся к легкому рентгеновскому излучению.

При деформировании, микрорезании, оттеснении и отделении частиц материала трущихся тел, а также при развитии внешних и внутренних трещин происходит увеличение поверхности твердых тел с присущей для нее нескомпенсированной свободной поверхностной энергией. На это расходуется от 1 до 5 \% от затраченной работы трения.

Энергия, генерируемая на выступах поверхности трущихся тел, во время свершения фрикционного взаимодействия в дальнейшем переносится как в окружающую среду, так и внутрь тел трущейся пары. При этом важное влияние на перераспределение потоков энергии и их абсолютную величину оказывают теплофизические характеристики среды, поверхности и самого материала трущегося тела, а также форма контактирующих тел и закономерности подвода энергии в зону трения.

Реальный контакт трущихся твердых тел (рис. 5.1) весьма неоднороден по напряженному состоянию материалов трущихся тел. Это обстоятельство является причиной и того, что выделяющаяся при трении энергия далеко неравномерно распределяется по объему контактирующих тел. Тепловая динамика трения твердых тел, опираясь на молекулярно-механическую теорию трения, теплофизические исследования и специальные эксперименты, выделяет объемную температуру тела   V, среднюю температуру поверхности трения   ср  и температуру вспышки  всп. Для ряда видов трения температура поверхности может быть в 2...3 раза выше объемной температуры трущихся тел, а температура вспышки еще на 100 градусов и более превышать температуру поверхности трения.

А это означает, что возникающие на реальном контакте трущихся тел температуры могут оказывать существенное влияние на состояние и свойства поверхностных слоев, а также и на свойства самих трущихся тел, вплоть до фазовых превращений, тем самым оказывая существенное влияние на трение и износ трущихся тел.

На основании изложенного выше наибольшее внимание при решении большинства триботехнических задач в настоящее время уделяется влиянию тепловой динамики трения на развитие фрикционных процессов, а также на трение и изнашивание узлов трения машин и оборудования.