Акустические свойства фрикционного контакта

1. Особенности потерь механической энергии в трибомеханических системах

Шум и вибрации при трении относятся к потерям механической энергии, влияющим на точность и долговечность работы механизмов, на экологию окружающего пространства. Занимая сравнительно небольшую долю в общем балансе энергии, ВА излучение может косвенно влиять на количество подводимой энергии, необходимой для выполнения трибомеханической системой своего функционального назначения.

Рассеяние энергии при трении состоит из следующих компонентов:

а) накопление – накопление энергии деформаций, образование точечных дефектов и дислокаций;

б) излучение – ВА излучение, триболюминесценция, экзоэлектронная эмиссия;

в) преобразование механической энергии в тепловую.

Однако расчеты и эксперименты показывают, что накопленная энергия в условиях начинающейся пластичности и в условиях значительной пластической деформации составляет менее 1% энергии, расходуемой на трение. Тем не менее, часть затрачиваемой на трение энергии за счет дислокационного механизма запасается в скользящих телах. При резании за счет более сложного напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя эта часть может быть большей, но и здесь она не составляет значительной доли.

Говоря об излучении энергии при трении, следует отметить, что процесс трения сопровождается ударным взаимодействием в отдельных микроконтактах, которые распределены во времени и пространстве внутри геометрической площади контакта. Эти ударные взаимодействия сопровождаются возмущениями кристаллической решетки, приводящими к излучению энергии в различных формах.

Триболюминисценция возникает при трении некоторых твердых тел. В этом случае в процессе разрыва адгезионных связей активируются фотоны, излучаемые как видимый свет. Одним из возможных объяснений этого явления служит допущение о том, что в поверхностных трещинах кристаллов существуют электростатические двойные слои, вызывающие искровой разряд, если поверхностные трещины раскрываются в процессе трения. Т.о., часть механической энергии расходуется на активацию фотонов и превращается в световое излучение, однако эта энергия очень незначительна.

Очень малая доля энергии расходуется и на излучение электронов (экзоэлектронная эмиссия, эффект Крамера). Считается, что процесс трения действует как активационный для излучения экзоэлектронов.

Доля энергии, переходящей в колебательную при соударении двух неровностей очень мала. На самом деле доля колебательной энергии будет во многом зависеть от условий соударения и динамических характеристик упругой системы, но она тоже невелика в общем энергетическом балансе.

Анализ процессов накопления и излучения энергии в нетепловой форме при трении показывает, что большая часть энергии, рассеиваемой трением, переходит в тепло. Тепловая энергия связывается с процессами передвижения дислокаций, которые приводят к увеличению кинетической энергии атомов в решетке. Эта энергия и представляет собой внутреннюю кинетическую энергию, проявляющуюся в форме тепла.