Изучение износа при различных нагрузках при сухом трении

Цель работы: изучить износ при различных нагрузках.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Под трением, согласно ГОСТ 23.002-78, понимают процесс рассеяния энергии в зонах касания поверхностей при их относительном перемещении.

В зависимости от относительного перемещения контактирующих поверхностей, различают:

- трение скольжения (трение движения двух твердых тел, при котором скорости тел в точках касания различаются по величине и направлению, или только по величине, или только по направлению);

- трение качения (трение движения двух тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению).

К терминологии, связанной с явлением трения, относят:

- сила трения движения (это - сила сопротивления относительному перемещению одного тела по поверхности другого под влиянием внешней силы. Сила трения параллельна плоскости раздела тел.);

- наибольшая сила трения покоя (сила предельного сопротивления относительному перемещению касающихся тел без нарушения связи между ними и при отсутствии смещения на контакте);

- неполная сила трения (сила сопротивления, направленная противоположно к силе сдвига при отсутствии смещения на контакте; изменяется от нуля до силы трения покоя);

Также различают трение без смазочного материала и трение со смазочным материалом.

Трение без смазочного материала (сухое трение) наблюдается в тормозах, фрикционных узлах, в условиях высоких температур, а также в машинах текстильной, пищевой, химической промышленности, где использование смазки является недопустимым. Прежде всего, трение связано с механическим сопротивлением относительному перемещению тел в связи со взаимным проникновением выступов одного тела во впадины другого под действием внешнего давления. В таком состоянии перемещение возможно только при условии “срезания” всех выступов, для чего требуется приложить определенное усилие в тангенциальном направлении.

Кроме механической, трение имеет и молекулярную природу. В точках фактического контакта возникают силы молекулярного притяжения. Они действуют на расстоянии в десятки межатомных расстояний и возрастают с повышением температуры. Молекулярные силы вызывают адгезию - “слипание” поверхностей. Адгезия также вызывается действием электростатических сил. Сила электростатического молекулярного притяжения металлических поверхностей может быть подсчитана по формуле Лившица:

,                                (5.1)

где l - расстояние между поверхностями;

с - скорость света;

m, e, n - масса, заряд и объемная плотность электронов.

Предельным проявлением адгезии является схватывание поверхностей. Эти зоны (в пределах которых контактирующие поверхности приобретают общую кристаллическую решетку) возникают на ювенильных участках поверхностей. Ювенильными называют участки поверхности, на которых отсутствует окисная или масляная пленка; они возникают при пластической деформации поверхности в момент разрушения слоя окислов, однако продолжительность их «жизни» ограничивается тысячными долями секунды - временем, необходимым для образования новой окисной пленки.

Таким образом, сила трения (Т) при отсутствии смазки складывается из механической и молекулярной составляющих:

,                                        (5.2)

где Р - внешняя сила;

в - коэффициент, характеризующий механическую составляющую;

А - средняя интенсивность молекулярной составляющей силы трения.

Важной характеристикой процесса трения является коэффициент трения (m), рассчитываемый делением силы трение на внешнюю силу:

.                                        (5.3)

Сила трение скольжения и m зависят от скорости скольжения; сила трения покоя с течением времени немного возрастает. Трение без смазочного масла сопровождается скачкообразным скольжением поверхностей, которое порождает “визг” тормозов, вибрацию резца, вибрацию автомобиля при включении сцепления, и т.п.; результатом действия этого вида трения является катастрофический износ деталей и целых узлов в механизмах.