Виды и режимы трения

Виды и режимы трения: Основы триботехники, Лужнов Юрий Михайлович, 2013 читать онлайн, скачать pdf, djvu, fb2 скачать на телефон Учебное пособие предназначено для студентов механических специальностей и слушателей курсов повышения квалификации, изучающих курс «Триботехника». В нем излагаются основные представления о природе фрикционного взаимодействия и износа трущихся тел...

Виды и режимы трения

Сопротивление  относительному  движению  контактирующих тел под действием внешних сил получило название трение. Сила трения направлена тангенциально к общей границе взаимодействующих тел и всегда препятствует их движению.

2.1. Классификация трения

Трение по характеру проявления и действия обычно представляется механическим явлением. Однако в его основе лежат сложные молекулярно-механические взаимодействия, во многом зависящие от состава, строения, объемных и поверхностных свойств трущихся тел. Большое многообразие сил трения, встречающихся в природе, принято классифицировать по видам и режимам его проявления (рис. 2.1). В основе этой классификации лежат резкие отличия закономерностей трения для различных случаев.

По кинематическим признакам трение (рис. 2.2) подразделяют на следующие три вида.

1. Трение острия. Случай, когда вращение одного из двух контактирующих тел происходит вокруг оси, представляющей собой нормаль, проведенную через единственную точку соприкосновения со вторым телом.

2. Трение качения. Оно представляет собой случай, когда перемещение одного тела (шара, цилиндра) по другому (плоскости) происходит вокруг оси, не пересекающей ни одно из трущихся тел, и скорость относительного смещения которых в точке контакта равна нулю.

3. Трение скольжения. Случай трения, когда скорость относительного скольжения тел отлична от нуля.

Различие первых двух видов состоит в том, что при качении точки (линии) контакта одного тела соприкасаются с точками (линиями) контакта другого тела на мгновение, в то время как при трении острия (верчения) они находятся в соприкосновении длительное время.

Вышеприведенная классификация трения по его видам является строгой только лишь в случае, если мы имеем дело с абсолютно упругими (твердыми) телами. При реализации же первого и второго видов трения реальных тел ввиду развивающихся очень высоких концентраций напряжений в контактной зоне происходит сжатие трущихся тел. Контакт между телами представляет собой уже не точку или линию, а некоторую площадь. Размеры этой площади определяются формой контактирующих тел, их механическими свойствами, а также величиной сжимающего усилия. Поэтому при трении реальных тел, помимо трения острия и качения, появляются участки контактной площади, на которых реализуется трение скольжение. На этом основании можно считать, что наиболее распространенным видом трения в окружающем нас мире является трение скольжения.

Рис. 2.2. Подразделение видов трения по кинематическим признакам:

1 – трение острия (верчения); 2 – трение качения; 3 – трение скольжения

Помимо перечисленных выше видов трения еще различают трение статическое и кинематическое. Статическое трение определяется минимальным усилием (при микросмещении контактирующих тел), необходимым для выведения одного из тел в состояние его относительного движения. Кинематическое же трение характеризуется усилием, приложенным к движущемуся телу для поддержания постоянной скорости его движения.

Для сопоставления и сравнения трения между телами часто используется понятие коэффициента трения (  ), под которым подразумевается отношение силы трения (F) между телами к нагрузке

(нормальной сжимающей их силе N)

Помимо кинематических признаков трение различают по режимам трения: внешнее и внутреннее.

При внешнем трении процессы, определяющие возникновение трения, развиваются в тонких поверхностных слоях трущихся тел. Ввиду шероховатости поверхности, присущей любому телу, площадь истинного контактирования между телами имеет дискретную структуру, а ее величина во многом зависит от сжимающего усилия, приложенного к трущимся телам (рис. 2.3).

Сила трения F в этом случае определяется суммированием силового взаимодействия на каждом из элементарных n контактов

трущихся тел fi

Рис. 2.3. Схема формирования силы трения

Характерным для внешнего трения является то, что все процессы, сопровождающие его (в том числе и выделение тепла при трении), происходят главным образом на поверхностях контактирующих тел.

В основе внутреннего трения лежат процессы, происходящие внутри одного из тел, имеющего легкую подвижность атомов или частиц, составляющих это тело. Примером таких тел могут быть жидкости, газы, твердые смазки, мягкие металлы и т.п. При внутреннем трении площадь, по которой происходит трение, непрерывна и определяется контурными размерами тел, а ее величина не зависит от усилия сжимающего тела. Деформационная зона охватывает весь объем трущегося тела, и выделяющаяся при трении энергия равномерно распределяется внутри этого тела. В отличие от внешнего трения, где частицы трущихся тел под влиянием выступов контртела совершают при трении колебательное движение относительно положения своего равновесия, при внутреннем трении происходит смещение частиц подвижного материала преимущественно в направлении плоскости касания (движения) тела.

Природа внутреннего трения едина. В его основе лежит передача импульса (количества движения) от одного слоя к другому. Природа же внешнего трения является более сложной. Она включает в себя молекулярные взаимодействия между телами, а также и деформационные процессы, наблюдающиеся при трении. В этом заключается принципиальное отличие внутреннего трения от внешнего.

В реальных механизмах и машинах, в которых используются специальные смазочные материалы и осуществляется контакт с окружающей средой, реализуются более сложные механизмы и режимы трения. Среди них наиболее распространенными стали следующие.

Сухое трение (трение без смазки) трение при отсутствии смазывающих веществ на трущихся поверхностях. Отличается самым большим коэффициентом трения (обычно 0,2...0,5; иногда в атмосферных условиях достигает 0,8...0,9; а в вакууме и более нескольких единиц). Этот режим трения используется в тормозах, сухих муфтах, ременных и сухих фрикционных передачах, соединениях с натягом с обезжиренными поверхностями.

Полусухое трение смешанное трение, при котором наряду с преобладающим сухим трением на отдельных участках площади контакта возникает граничное трение. Этот вид трения характерен для резьбовых соединений, поверхностей зажима изделий.

Граничное трение трение при наличии тонких слоев смазки (0,1 мкм и менее), когда смазка обладает свойствами, отличными от объемных. Граничная пленка обладает высокой несущей способностью на сжатие, измеряемой сотнями МПа, и уменьшает износ в сотни раз. Коэффициент трения в этих условиях меньше, чем при сухом трении (обычно 0,05...0,1). Граничное трение преобладает в подшипниках с малыми скоростями, в большинстве направляющих, иногда проявляется в вариаторах и зубчатых передачах. Реализуется также в тормозах и муфтах, работающих со смазкой.

Полужидкостное трение смешанное трение, сочетающее в себе жидкостное и граничное трение. Возникает в тихоходных опорах (подшипниках и направляющих), а также при пусках и остановках в опорах жидкостного трения. При полужидкостном трении нагрузка воспринимается частично гидродинамическими силами в масляных слоях, частично передается через граничную пленку. Непосредственный контакт поверхностей твердых тел может проявляться при пусках и остановках. Гидродинамическое давление возникает при движении в макрогеометрических сужающих зазорах между трущимися поверхностями, а также в микрогеометрических клиновых зазорах, образуемых микронеровностями.

Жидкостное гидродинамическое трение – вид трения, когда смазочная жидкость увлекается в суживающийся между трущимися поверхностями зазор и создает гидродинамическое давление, полностью уравновешивающее внешнюю нагрузку. Возникает в подшипниках и направляющих при значительных скоростях. 

Жидкостное гидростатическое трение – вид трения, при котором масло, разделяющее трущиеся поверхности, подается под давлением от отдельного насоса. Используется при малых скоростях, недостаточных для обеспечения гидродинамического трения, для уменьшения момента трения и износа при пуске машин.

Жидкостное контактно-гидродинамическое трение вид трения при качении или качении со скольжением. Возникает в роликовых подшипниках, зубчатых и червячных передачах и аналогичных деталях. Здесь контактные деформации принципиально меняют форму зазора, а высокие давления и температура в тонкой масляной пленке резко изменяют вязкость масла.

Трение в условиях вязко-эластичной (консистентной) смазки – трение, которое реализуется в узлах трения скольжения при периодической работе и трудности применения жидкой смазки. Широко применяется в узлах трения качения.

Трение в условиях газовой (воздушной) смазки трение, которое реализуется в быстроходных подшипниках газовых турбин, шлифовальных станков, центрифуг, сепараторов. Характеризуется минимальным сопротивлением вращению, малым теплообразованием, нечувствительностью к изменению температуры.

Трение в условиях вакуума, низких и высоких температур получило распространение с развитием вакуумной и космической техники. Вследствие весьма напряженного теплового баланса на поверхностях трения из-за отсутствия теплоотвода здесь применяют твердые смазки, самосмазывающиеся материалы, пленочные металлические покрытия, а в нагруженных фрикционных устройствах специальные теплостойкие материалы.

В зависимости от вида и реализуемого режима трения коэффициенты трения в узлах машин и оборудования могут существенно меняться. Наиболее характерные из них представлены в табл. 2.1.

Как при переходе от режима к режиму трения, так и внутри каждого из режимов коэффициенты трения могут меняться в десять раз. Столь значительные их изменения связаны и с изменением природы фрикционного взаимодействия, и со свойствами поверхности контактирующих тел, способных весьма значительно влиять на механизм трения и изнашивания трущихся поверхностей.

Значения коэффициентов трения

Таблица 2.1

Вид трения

Режим трения

Коэффициент

трения

Скольжения

Сухое

0,1...1

Граничное

0,05...0,2

Жидкостное

0,002...0,01

Газодинамическое

0,0005...0,001

Качения

Сухое

0,01...0,005

Со смазкой

0,005...0,0005

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Опишите основные критерии для определения видов трения.

2. Определите разновидности признаков трения.

3. Что такое коэффициент трения?

4. Что такое внешнее трение?

5. Что такое внутреннее трение?

6. Каковы разновидности режимов и видов трения?

Основы триботехники

Основы триботехники

Обсуждение Основы триботехники

Комментарии, рецензии и отзывы

Виды и режимы трения: Основы триботехники, Лужнов Юрий Михайлович, 2013 читать онлайн, скачать pdf, djvu, fb2 скачать на телефон Учебное пособие предназначено для студентов механических специальностей и слушателей курсов повышения квалификации, изучающих курс «Триботехника». В нем излагаются основные представления о природе фрикционного взаимодействия и износа трущихся тел...