7 Трение при граничной смазке

Функция смазочного материала заключается в обеспечении низкого уровня трения между парами скольжения для предотвращения износа, отвода теплоты трения и удаления продуктов износа из зоны трения, воспринимающей нагрузку, а также в предотвращении попадания инородных веществ в смазываемый зазор. Различают режимы жидкостной и граничной смазки.

Граничная смазка - это смазка, при которой трение определяется свойствами тонкого слоя компонентов жидкого смазочного материала, отличающимися от свойств того же смазочного материала в объеме и обусловленными взаимодействием материала поверхностей трения, смазочного материала и среды.

Трение при граничной смазке представляет собой такой вид контактного взаимодействия, при котором трущиеся тела разделяются граничными слоями, образующимися в результате физической адсорбции или химической реакции смазочного материала с материалом трущихся тел.Толщина адсорбционного граничного слоя, состоящего из оксидов металлов, адсорбированных молекул газов, влаги и смазочных веществ, соизмерима с максимальной высотой неровностей профиля.

В режиме граничного трения работают практически все содержащие смазочный материал тяжелонагруженные узлы трения в период их пуска или остановки, т. е. в период падения или подъема скорости скольжения. Это подшипники качения и скольжения, зубчатые передачи, пары трения: колесо - рельс, поршень - втулка, кулачок - толкатель. Граничное трение имеет место в низкоскоростных узлах трения (направляющая - суппорт, винт –гайка), узлах с консистентным смазочным материалом (шарнирные устройства, волокна троса), а также в парах инструмент - деталь при обкатке труб или тел качения, резании металлов, вытяжке проволоки.

Жидкостное трение – представляет собой такой вид контактного взаимодействия твердых тел, при котором их поверхности трения полностью разделены жидким или пластичным смазочным материалом.

8 Структура и свойства граничных смазочных слоев

Граничные слои (масляной пленки) – слои, возникающие в результате адсорбции полярных молекул углеводородов на поверхности твердых тел (металлов) под действием поля твердой фазы.

Адсорбция – концентрация жидких или газообразных веществ (адсорбатов) на поверхностях твердых тел или жидкостей (адсорбентов), происходящая в результате взаимодействия полей адсорбента и адсорбата. Объемное поглощение вещества жидкостью или твердым телом называют абсорбцией (поглощающее вещество называют абсорбентом, поглощаемое –абсорбатом), а одновременное протекание адсорбции и абсорбции – сорбцией. Различают физическую адсорбцию, обусловленную силами ван-дер-ваальсовского взаимодействия, и химическую, или хемосорбцию, возникающую в результате химической реакции между адсорбентом и адсорбатом. Хемосорбция наблюдается при образовании химических связей между полярными концами молекул и атомами поверхностного слоя твердого тела. В этом случае только первый, прилегающий к поверхности твердого тела монослой имеет химические связи с атомами поверхности. Последующие слои образуются благодаря силам Ван-дер-Ваальса. Часто оба вида адсорбции протекают одновременно.

Наиболее активными адсорбатами являются поверхностно-активные вещества (ПАВ), молекулы которых ориентируются перпендикулярно к поверхности твердого тела, образуя "щетку". К ним относятся органические кислоты, их металлические мыла, спирты, смолы, вода.

Адсорбируясь на поверхности, молекулы ориентируются относительно ее в зависимости от того, где расположен активный центр - полярная группа. Если молекула большой длины имеет полярную группу на конце, то она располагается, как правило, перпендикулярно поверхности, так как этому способствует ее взаимодействие с соседними молекулами, образующими вместе плотно упакованный монослой (рис.1, а). Противоположные концы (хвосты) этих молекул совершают ротационное движение. Молекулы этого слоя могут перемещаться по поверхности из областей с большей их концентрацией в области с меньшей концентрацией.

Рисунок1. Схема расположения адсорбированных молекул на поверхности твердого тела

При наличии полярных групп на обоих концах (рис. 1, 6) молекулы располагаются параллельно поверхности твердого тела. Такие молекулы менее подвижны, чем при расположении полярных групп на одном из концов. Если полярная группа размещена посередине молекулы (рис. 1, в), а также в случае адсорбции молекул неполярного вещества (рис. 1, г) возможно как вертикальное, так и «лежачее» расположение молекул. Неполярные молекулы (очищенное вазелиновое масло) могут располагаться перпендикулярно поверхности (см. рис. 1, г) благодаря тому, что под влиянием электрического поля металла происходит их поляризация.