Факторы, влияющие на трение скольжения




1. Влияние на коэффициент трения таких факторов, как фрикционные константы τ0 и β; физико-механические свойства поверхностей контактирующих тел - HB, E, µ, αг; параметры, характеризующие микро топографию поверхностей - ν, r, tm, Rp, k1 параметр нагружения pr можно оценить, исходя из уравнений (1)-(5).

2. Значительное влияние на коэффициент трения оказывают строение и физико-механические свойства контактирующих тел. Так, у одноименных металлов с кристаллической кубической решеткой (Al-Al; Cu-Cu; Fe-Fe) коэффициент трения выше, чем у металлов с гексагональной упаковкой (Cd-Cd; Mn-Mn; Zn-Zn) (рис.7).

Рис.7. Зависимость коэффициента трения f от предела текучести на сдвиг τт для различных металлов.

3. Для пар трения из различных металлов коэффициент трения ниже, чем для одинаковых.

4. На коэффициент трения материалов значительное влияние оказывают природа образующихся на поверхности «вторичных структур» (например, оксидных пленок и т.д.) или заранее нанесенных тонких покрытий. Важно соотношение физико-механических свойств покрытия и подложки. Если металл мягок и эластичен, а оксид тверд и хрупок, то пленки легко разрушаются, и имеет место ювенальный контакт при малых нагрузках. Если металл имеет такие же деформационные свойства, как и его оксид, то эта пленка деформируется вместе с металлом, не разрушаясь (например, Cu), обеспечивает снижение адгезионного эффекта и препятствует преодолению внешнего трения. Для обеспечения низкого коэффициента трения необходимо, чтобы поверхностная пленка обеспечивала полное разделение контактирующих поверхностей (обеспечение правила положительного градиента прочности по глубине), но не должна быть излишне толстой, чтобы избежать повышения деформационной составляющей коэффициента трения, так как в толстой пленке деформационная составляющая коэффициента трения становится заметной. На рис.8 это показано применительно к зависимости коэффициента трения закаленной стали по стали, покрытой пленкой индия, от толщины этого покрытия.

Рис.8. Зависимость коэффициента трения f стального сферического индентора радиусом 0,3 мм по инструментальной стали, покрытой пленкой индия, от толщины h этого покрытия.

Образование и разрушение вторичных структур оказывает большое влияние на коэффициент трения. Так, на зависимости коэффициента трения, согласно Б.И. Костецкому, можно выделить три участка (рис.9): участок I, на котором коэффициент трения достаточно высок, но по мере повышения нагрузки по ряду причин (в частности, вследствие активации поверхностей трения, облегчающей образование вторичных структур в трибологическом контакте) снижается до некоторой установившейся величины (переходный режим). На участке II зависимость f(N) трение подчиняется закону Амонтона, вследствие образования на поверхности трения вторичных структур, обеспечивающих наличие положительного градиента механических свойств по глубине. Участок II ограничен некоторой критической нагрузкой, при которой скорость разрушения вторичных структур превысит скорость их образования, так что правило И.В, Крагельского перестает выполняться, и имеет место переход к схватыванию, заеданию и другим патологическим процессам вплоть до сваривания контактирующих поверхностей, т.е. режим повреждаемости.

Рис.9. Схематическое изображение зависимости коэффициента трения от приложенной нагрузки: I - переходный режим; II - стационарный режим; III - режим повреждаемости.

Вследствие этого на участке III зависимости f(N) наблюдается резкий рост коэффициента трения, его скачкообразное изменение, поскольку при этом чередуется схватывание контактирующих поверхностей, разрушение образовавшихся при этом адгезионных соединений, проскальзывание и т.д.

Обобщенная зависимость коэффициента трения металлов от скорости относительного перемещения (в данном случае - скольжения) трущихся тел, согласно Б.И. Костецкому, также характеризуется тремя участками (рис.10): I - характеризующий нормальный режим стационарного трения; II - на котором реализуется патологический процесс, развивающийся при схватывании I рода (т.е. холодное заедание); III - на котором развиваются патологические процессы схватывания II рода (т.е. горячее заедание).

Рис.10. Схема изменения коэффициента трения f от скорости V относительного перемещения твердых тел.

Стационарный участок имеет место в диапазоне скоростей V'кр и V''кр, т.е. V'кр ≤ 0 ≤ V''кр, схватывание I рода имеет место при φ < V < V'кр, схватывание II рода происходит при V > V''кр.

Схватывание I рода возникает при трение скольжения с малыми скоростями относительного перемещения и удельными нагрузками, превышающими предел текучести на участках фактического контакта при отсутствии слоя смазочного материала или вторичных структур, разделяющих поверхности трения. Схватывание II рода также является процессом недопустимой повреждаемости поверхностей трения, выражающейся в образовании местных очагов схватывания, сваривания, причем этот процесс обусловлен размягчением, деформацией и контактированием ювенильных поверхностей трущихся тел. Этот процесс возникает при трении скольжения с большими скоростями и удельными нагрузками. Значительное тепловыделение может привести к существенному размягчению поверхностей и даже к их оплавлению, так что между трущимися телами может образоваться прослойка расплавленного металла, в результате чего трение даже снижается (участок справа от участка III на рис.10). На стационарном участке сила трения практически не изменяется во времени, на участках I и III сила трения скачкообразно изменяется во времени.

Зависимость f = φ(V) может при изменении условий процесса смещаться вверх или вниз, а стационарный участок может расширяться или сужаться, что определяется условиями образования вторичных структур, обеспечивающих существование стационарного участка.

Одним из наиболее сильно действующих на трение факторов является температура фрикционного сопряжения - как генерированная в процессе трения, так и полученная от внешнего источника тепла. При повышении температуры снижаются значения HB, τ0, pr, увеличивается глубина внедрения h. Как правило, при увеличении объемной температуры Tобъемн адгезионная составляющая трения fадг уменьшается, а деформационная fдеф - возрастает. В общем случае при росте объемной температуры коэффициент трения проходит через минимум (рис.11).

Рис.11. Влияние объемной температуры на коэффициент трения.

 

 

Заключение

В этой работе мы попытались разобраться в силе трения скольжения и значении этой силы в жизни человека. Если бы трение внезапно исчезло из мира, множество обычных явлений протекало бы совершенно иным образом. Никакие тела, будь они величиною с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом: всё будет скользить и катиться, пока не окажется на одном уровне. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобный росинке. К этому можно прибавить, что при отсутствии трения гвозди и винты выскальзывали бы из стен, ни одной вещи нельзя было бы удержать в руках, никакой вихрь никогда бы не прекращался, никакой звук не умолкал бы, а звучал бы бесконечным эхом, неослабно отражаясь, например, от стен комнаты. Поэтому значение силы трения трудно переоценить.

Список использованной литературы:

 

1. Доценко А.И., Буяновский И.А. / Основы триботехники. Учебник. - М.: Инфра-М, 2014.

2. А. В. Чичинадзе, Э. Д. Браун, Н. А. Буше и др.; Под общ. ред. А. В. Чичинадзе. / Основы трибологии (трение, износ, смазка). 2-е изд. переработ, и доп. - М.: Машиностроение, 2001.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: