2.1 Основы гидродинамической теории смазки
Виды трения:
1. Сухое трение - без смазки, виды покрытий вкладышей:
в наноструктурном состоянии: С, BN, MoS2 и WS2;
в виде нанокомпозиционных покрытий: WC/C, MoS2 /C, WS2/C, TiC/C и наноалмаза;
в виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода (a-C:H), аморфного углерода (a-С), нитрида углерода (C3N4) и нитрида бора (BN);
в виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC, B4C, Al2O3, SiC, Si3O4 , TiC, TiN, TiCN, AIN и BN,
в виде чешуйчатых пленок из MoS2 и графита;
в виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово,
в виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка,
в виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики,
в виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита;
углерод;
полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен,
жиры, мыло, воск (стеариновая кислота),
керамика и металлокерамика.
2. Полужидкостное трение, когда имеет место лишь частичное касание вала и подшипника:
смешанная смазка,
граничная смазка.
3. Жидкостное трение - только между молекулярными слоями жидкости, когда металлические поверхности вала и подшипника не касаются одна другой:
гидродинамическая смазка: толстослойная и эластогидродинамическая;
гидростатическая смазка;
смазка под высоким давлением.
4. Газовое – поверхности вала и подшипника разделены слоем газа, трение минимально:
● газодинамическая смазка.
Все виды трения существуют реально и используются практически.
Сухое трение применяется там, где трущиеся поверхности нельзя защитить от попадания грязи, пыли и абразива, (например, шарниры гусениц, оси подвесок гусеничных машин и проч.). В этих случаях подшипники без смазки имеют меньший износ.
Жидкостное трение - это идеальный расчетный вид трения, на который должны быть ориентированы все подшипники при установившемся режиме работы.
Полужидкостное трение имеет место при неустановившемся режиме (трогании с места, торможении, резких толчках и ударах). Основы теории смазки при жидкостном трении впервые разработаны русским ученым, проф. Петровым. Он установил, что поток движущейся жидкости, взаимодействуя с наклонной пластиной, образует масляный клин и создает подъемную силу, величина которой пропорциональна скорости и вязкости жидкости и обратно пропорциональна квадрату минимального зазора. В подшипнике, при смещении вала под действием нагрузки на величину эксцентриситета, также образуется изогнутые масляный клин и возникает подъемная сила, которая при жидкостном трении уравновешивает реакцию опоры, и вал вращается, не касаясь подшипников.
Для правильной работы подшипников без износа поверхности цапфы и втулки должны быть разделены слоем смазки достаточной толщины. В зависимости от режима работы подшипника в нём может быть:
а) жидкостное трение, когда рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем масла, толщина которого больше суммы высот шероховатости поверхностей; при этом масло воспринимает внешнюю нагрузку, изолируя вал от вкладыша, предотвращая их износ. Сопротивление движению очень мало;
б) полужидкостное трение, когда неровности вала и вкладыша могут касаться друг друга и в этих местах происходит их схватывание и отрыв частиц вкладыша. Такое трение приводит к абразивному износу даже без попадания пыли извне.
Обеспечение режима жидкостного трения является основным критерием расчёта большинства подшипников скольжения. При этом одновременно обеспечивается работоспособность по критериям износа и заедания.
Критерием прочности, а следовательно, и работоспособности подшипника скольжения являются контактные напряжения в зоне трения или, что, в принципе, то же
и допускаемое произведение давления на скорость скольжения самое – контактное давление. Расчётное контактное давление сравнивают с допускаемым:
p = N /(l d) ≤ [p], (1)
где N – сила нормального давления вала на втулку (реакция опоры),
l – рабочая длина втулки подшипника,
d – диаметр цапфы вала.
Иногда удобнее сравнивать расчётное и допускаемое произведение давления на скорость скольжения. Скорость скольжения легко рассчитать, зная диаметр и частоту вращения вала:
(2)
Произведение давления на скорость скольжения характеризует тепловыделение и износ подшипника. Наиболее опасным является момент пуска механизма, т.к. в покое вал опускается ("ложится") на вкладыш и при начале движения неизбежно сухое трение.
Следует заметить, что подъемная сила, обеспечивающая состояние жидкостного трения, возрастает обратно пропорционально квадрату относительного зазора, который, в свою очередь, определяется чистотой обработки шейки вала и подшипника. Поэтому для обеспечения надежной работы подшипников при жидкостном трения необходима приработка, то есть сглаживание гребешков на опорной поверхности вала и подшипника. Приработка новых и отремонтированных машин производится на режиме пониженной нагрузки. Во всех руководствах и инструкциях обязательно должен быть указан режим и время обкатки и приработки.