8. Граничное трение. Структура и свойства граничных смазочных слоев.

Трение при граничной смазке – вид контактного взаимодействия, при котором трущиеся тела разделяются граничными слоями, образующимися в результате физической или химической адсорбции. А фрикционные характеристики пары трения определяются свойствами этих слоев и практически не зависят от объемных вязкостных свойств смазывающих материалов. Толщина граничного слоя соизмерима с максимальной высотой неровностей профиля. В режиме граничного трения работают практически все смазанные низкоскоростные и тяжело нагруженные узлы трения, а также узлы в период пуска, остановки, изменения направления движения. При граничной смазке трущиеся поверхности разделены слоем смазочного материала толщиной до 0.1 мкм. Наличие такого слоя снижает силу трения от 2 до 10 раз, а износ на 2 порядка.

Механизм трения при граничной смазке заключается в следующем:

Под действием нормальной нагрузки граничный слой упруго деформируется. При этом возможна упругая и пластическая деформация контактирующих микровыступов, их взаимное внедрение, несопровождающееся разрушением адсорбированного молекулярного слоя (а). На отдельных наиболее нагруженных площадках контакта может произойти нарушение сплошности граничного слоя и возникновение адгезионного взаимодействия между оксидными плёнками (б). в местах максимального нагружения может разрушаться и оксидная плёнка. В результате в контакт вступают ювенильные поверхности. Происходит схватывание (в). Отдельные участки (г) слабонагружены и разделены полимолекулярным граничным слоем.

Таким образом, сопротивление относительному перемещению состоит из: 1) сопротивления сдвигу мономолекулярного граничного слоя, 2) сопротивления сдвигу полимолекулярного слоя, 3) сопротивления сдвигу или срезу на пятнах контакта оксидных плёнок, 4) сопротивления сдвигу или срезу мостиков сварки, 5) сопротивления деформируемого материала перемещению внедрившихся микровыступов.

Граничный смазочный слой не обеспечивает полной ликвидации износа. Для улучшения свойств смазочных материалов вводят присадки.

9. Жидкостное трение. Понятия гидростатической, гидродинамической и эластогидродинамической смазки.

Трение – комплекс явлений в зоне контакта поверхностей двух перемещающихся относительно друг друга тел, в результате чего в этой зоне возникают контактные силы.

Жидкостное трение характерезуется наличием между контактирующими поверхностями слоя жидкого смазочного материала, находящегося под давлением. В зависимости от способа создания давления в смазочном слое, уравновешивающего внешнюю нагрузку различают:

Гидростатическая смазка

Гс.с. предусматривает образование сплошной пленки масла между трущимися поверхностями, расход которого и падение давления компенсируется соответствующей подачей масла из вне.

Гс. смазка обеспечивает несущую способность и существование масляного слоя в низкоскоростных и тяжелонагруженных узлах трения, обеспечивает очень низкий коэффициент трения, почти исключается износ поверхностей. Основные недостатки: низкая жесткость, сложность конструкции, чувствительность к колебаниям давления и перекосам.

Гидродинамическая смазка

Гд.с. трущихся тел имеет место при обеспечении условий для образования несущего слоя смазочного материала без создания давления из вне. Одним из основных условий для образования гд.с. является обеспечение градиента скорости перемещения частиц жидкости по толщине масляного слоя. Это возможно при относительном перемещении сопрягаемых тел, существовании взаимодействия (смачивание) между жидкостью и телами, наличия трения между слоями жидкости. Вторым условием реализации гд.с. является создание градиента давления вдоль смазочного слоя, т.е. в направлении движения. При постоянной плотности жидкостей это возможно при переменной толщине смазочного слоя, т.е. при наличии клинового зазора.

Эластогидродинамическая смазка

При экспл. некоторых пар тр. было обнаруж., что коэф. тр. соответствует жидкостному режиму даже при режимах, когда толщина масляного слоя намного меньше критической (при расчетах). Объяснение этому дает эластогидродин. теория смазки. Она базир. на двух полож., кот. не учитываются в классич. теории: 1) детали реальных узлов тр. не явл. абсолютно жесткими, а испыт. упругие деформации, что приводит к значит. изменению геометрии смаз. слоя и перераспределению давления на фрикционном контакте; 2) вязкость смаз. жидкости непостоянна и как минимум зависит от давления. В связи с тем, что реальные поверхности не являются жесткими, то при нагружении за счет деформаций увеличивается площадь контакта, а давление на контакте снижается и остается недостаточным для уменьшения масляного слоя. Сохранению толщины смазочного слоя при тяжелых режимах работы способствует рост вязкости смазочной жидкости с ростом давления.