Трение без смазочного материала и при отсутствии загрязнений между поверхностями трения бывает в тормозах, фрикционных передачах, в узлах машин текстильной, пищевой химической промышленности, где смазочный материал во избежание порчи продукции либо по соображениям безопасности недопустим, а также в узлах машин, работающих в условиях высоких температур, когда любой смазочный материал не пригоден.
Трение имеет молекулярно-механическую природу [23]. На; площадках фактического контакта поверхностей действуют силы молекулярного притяжения, которые проявляются на расстояниях, в десятки раз превышающих межатомное расстояние в кристаллических решетках, и увеличиваются с повышением температуры. Молекулярные силы при наличии либо отсутствии промежуточной вязкой прослойки (влаги, загрязнения, смазочного материала и т. п.) вызывают на участках контакта адгезию. Она возможна между металлами и пленками окислов. Адгезия может быть обусловлена одновременно и действием электростатических сил. Силы адгезии, как и молекулярные силы, прямо пропорциональны площади фактического контакта. Приложенное давление влияет на эти силы косвенно, через площадь фактического контакта.
|
|
Молекулярные силы как силы, перпендикулярные поверхности, казалось бы, не должны производить работу при относительном тангенциальном перемещении поверхностей. То же должно относиться и к силам адгезии, если образовавшаяся следствие адгезии связь между телами разрушается по месту соединения. На самом же деле относительное смещение поверхностей при наличии взаимного притяжения и адгезии сопровождается деформацией сдвига, что вследствие неидеальной упруго» ли материала требует дополнительных затрат энергии. Разумеется, большую тангенциальную силу надо приложить, если связь между телами нарушается не по месту соединения, а на некоторой глубине от поверхности контакта.
Более сильным проявлением молекулярных сил является схватывание поверхностей Сила трения в этом случае зависит от протяженности зон схватывания и сопротивления л разобщению.
Сила трения Т обусловлена механическим и молекулярным взаимодействиями:
(3.1)
че а — средняя интенсивность молекулярной составляющей си- \л трения; Sф — фактическая площадь контакта; — коэффициент, характеризующий механическую составляющую силы трения; Р — сила давления.
Коэффициент трения представляет собой отношение силы ■рения к силе давления. На основании формулы (3.1) имеем
(3.2)
Двучленные выражения вида (3.1) и (3.2) для силы трения коэффициента трения действительны для трения со смазочным материалом и без него.
|
|
Статическая сила трения в зависимости от продолжительности неподвижного контакта возрастает до некоторого предела. Сила трения движения зависит от скорости скольжения, причем соответственно давлению и параметрам поверхности трущихся тел коэффициент трения может монотонно изменяться и иметь максимум или минимум.
Трение без смазочного материала сопровождается скачкообразным скольжением поверхностей, с чем связаны, например, вибрация автомобиля при включении сцепления, «дергание» при торможении, «визг» тормозов, вибрация резцов при резании и нарушение плавности работы медленно движущихся деталей. Можно рекомендовать следующие меры борьбы ч:о «скачками» при трении: увеличение жесткости системы, повышение скорости скольжения, подбор пар трения, для которых коэффициент трения незначительно возрастает с ростом продолжительности неподвижного контакта и при повышении скорости не имеет минимума [23].
Особо остановимся на трении металлических поверхностей при высоких температурах, выше температуры разложения минеральных масел, или температур плавления либо разложения твердых смазочных материалов. На поверхностях трения даже в условиях высокого разрежения образуется окисная пленка. Свойства этой пленки в отношении равномерности покрытия, плотности и прочности связи с основанием, а также интенсивность образования пленки зависят от состава сплава. Пленка при соответствующем составе уменьшает силу трения и интенсивность изнашивания и предохраняет поверхности от коррозии и непосредственного контактирования. В разреженной атмосфере защитное действие пленки снижается.