|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Трение внешнее | Трение внешнее (далее Т), механическое сопротивление, возникающее в плоскости касания двух соприкасающихся тел при их относительном перемещении. Сила сопротивления , направленная противоположно относительно перемещению данного тела, называется силой трения, действующей на это тело. Т — диссипативный процесс, сопровождающийся выделением тепла, электризацией тел, их разрушением и т.д.
Различают Т скольжения и качения. Характеристика первого — коэффициент трения скольжения fc — безразмерная величина, равная отношению силы трения к нормальной нагрузке; характеристика второго — коэффициент трения качения fk представляет собой отношение момента трения качения к нормальной нагрузке. Внешние условия (нагрузка, скорость, шероховатость, температура, смазка) влияют на величину Т не меньше, чем природа трущихся тел, меняя его в несколько раз.
Трение скольжения. Если составляющая приложенной к телу силы, лежащая в плоскости соприкосновения двух тел, недостаточна для того, чтобы вызвать скольжение данного тела относительно другого, то возникающая сила трения называется неполной силой трения (участок OA на рис.); она вызвана малыми (~ 1 мкм) частично обратимыми перемещениями в зоне контакта, величина которых пропорциональна приложенной силе и изменяется с увеличением последней от 0 до некоторого максимального значения (точка А на рис.), называемого силой трения покоя; эти перемещения называются предварительными смещениями. После того как приложенная сила превысит критическое значение, предварительное смещение переходит в скольжение, причем сила Т несколько уменьшается (точка A1) и перестает зависеть от перемещения (сила трения движения).
Вследствие волнистости и шероховатости каждой из поверхностей, касание двух твердых тел происходит лишь в отдельных "пятнах", сосредоточенных на гребнях выступов. Размеры пятен зависят от природы тел и условий Т Более жесткие выступы внедряются в деформируемое контртело, образуя единичные пятна реального контакта, на которых возникают силы прилипания (адгезня, связи, взаимная диффузия и др.). В результате приработки пятна касания бывают "вытянуты" в направлении движения. Диаметр эквивалентного по площади пятна касания составляет от 1 до 50 мкм в зависимости от природы поверхности, вида обработки и режима Т При скольжении эти пятна наклоняются под некоторым углом к направлению движения, материал раздвигается в стороны и подминается скользящей неровностью, а пятна прилипания, образующиеся из поверхностных пленок, покрывающих твердое тело, называются мостиками, непрерывно разрушаются (срезаются) и формируются вновь. В этих пятнах реализуются напряжения лишь в несколько раз меньшие теоретической прочности материала. Сопротивление оттеснению материала при сдвиге зависит от безразмерной характеристики h/R — отношения глубины h внедрения единичной неровности, моделированной сферическим сегментом, к его радиусу R. Это отношение определяет механическую составляющую силы Т
Большей частью описанное формоизменение упруго и рассеяние энергии обусловлено потерями на гистерезис. В пятнах касания возникают силы межмолекулярного взаимодействия, потери на преодоление которого оцениваются безразмерной характеристикой t/ss , где t — сдвиговое сопротивление молекулярной связи, ss — предел текучести основы. Молекулярное сдвиговое сопротивление t = t0 +br, где t0 — прочность мостика при отсутствии сжимающей нагрузки, r — фактическое давление на пятне касания, b — коэффициент упрочнения мостика. Каждое пятно касания (так называемая фрикционная связь) существует лишь ограниченное время, так как выступ выходит из взаимодействия. Продолжительность жизни фрикционной связи — важная характеристика, так как определяет температуру, развивающуюся при Т, износостойкость и др. Таким образом, процесс Т представляет собой двойственный процесс — с одной стороны он связан с диссипацией энергии, обусловленной преодолением молекулярных связей, с другой — с формоизменением поверхностного слоя материала внедрившимися неровностями.
Общий коэффициент Т определяется суммой механической и молекулярной составляющих
 ,
где К — коэффициент, связанный с расположением выступов по высоте, aг — коэффициент гистерезисных потерь. Из уравнения следует, что коэффициент Т в зависимости от давления при постоянной шероховатости или от шероховатости при постоянном давлении переходит через минимум. При приработке пар трения устанавливается шероховатость, соответствующая минимуму коэффициента Т Для эффективной работы пары трения существенно, чтобы поверхностный слой твердого тела имел меньшее сдвиговое сопротивление, чем глубжележащие слои. Это достигается применением различных жидких смазок. В этом случае трущиеся тела разделены слоем жидкости или газа, в котором проявляются объемные свойства этих сред и вступают в силу законы жидкостного трения, характеризующиеся отсутствием трения покоя. Иногда необходимо иметь ослабленным поверхностный слой самого тела; это достигается применением поверхностно-активных веществ (присадки к смазкам), покрытий из мягких металлов, полимеров или созданием защитных пленок с пониженным сопротивлением сдвигу.
В зависимости от характера деформирования поверхностного слоя различают Т при упругом и пластическом контактированиях и при микрорезании. В определенных условиях, зависящих от нагрузки и механических свойств каждой пары трения, Т переходит во внутреннее трение, для которого характерно отсутствие скачка скорости при переходе от одного тела к другому. Нагрузка, при которой Т нарушается для данной пары трения, называется порогом внешнего трения.
Трение качения. Значения силы трения качения очень малы по сравнению с силами трения скольжения. Трение качения обусловлено: а) потерями на упругий гистерезис, связанный со сжатием материала под нагрузкой перед катящимся телом; б) затратами работы на передеформирование материала при формировании валика перед катящимся телом; в) преодолением мостиков сцепления. При достаточно протяженных размерах пятна касания в зоне контакта возникает проскальзывание, приводящее к уже рассмотренному выше трению скольжения. При больших скоростях качения, сопоставимых со скоростью распространения деформации в теле, сопротивление перекатыванию резко увеличивается, и тогда выгоднее переходить к трению скольжения.
Управление трением путем подбора пар трения, конструкций узлов и правильной их эксплуатации — тема новой технической науки, называемой триботехникой.
Лит.: Дерягин Б. В., Что такое трение?, 2 изд., М., 1963; Крагельский И. В., Трение и износ, 2 изд., М.,1968; Дьячков А. К., Трение, износ и смазка в машинах, М., 1958; Трение полимеров, М., 1972; Боуден Ф. и Тейбор Д., Трение и смазка твердых тел, пер. с англ., М., 1968.
И. В. Крагельский.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 23.12.2024 05:59:36
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
