86

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Череповецкий государственный университет

Инженерно-технический институт

Кафедра: Транспортных средств и техносферной безопасности

Разработал: П. М. Быков – к.т.н., доцент

(На правах рукописи)

Конспект лекций

по предмету

ТРЕНИЕ И ИЗНОС

Череповец

2016 г.

1.Основные положения теории трения и изнашивания. Виды трения.

Повышение надежности и долговечности машин является одной из главных проблем современного машиностроения. Эко­номическое значение этой проблемы очевидно.

Как показал статистический анализ, главной причиной вы­хода из строя машин является не их поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Проек­тируя новую машину, инженер обязательно рассчитывает на прочность наиболее ответственные детали, тогда как практически ни одно подвижное сопряжение не проверяют на износостойкость.

При проектировании и эксплуатации машин не всегда исполь­зуются наиболее эффективные средства снижения износа, учи­тывающие конкретные условия работы. По этой причине Россия и другие технически развитые страны несут огромные материальные затраты, связанные с ремонтом машин

Важной частью в машиноведении являются теория трения, исследование износа и износостойкости деталей машин. В рамках этих разделов машиноведения должны решать вопросы повышения качества сопряженных деталей, их смазывания, увеличения коэффициента полезного действия и ресурса работы машины.

Важное место и значение среди разрушительных процессов занимает процесс трения. Работа многих сопряжений узлов, агрегатов связана с относительным перемещением сопряженных поверхностей деталей, вызывающих трение.

Трение влечет за собой бесполезную затрату энергии и изнашивание деталей. Установлено, что трение зависит от большого числа сложных процессов, протекающих на сопряженных поверхностях.

Для выявления природы трения существует несколько различных гипотез и теоретических обоснований.

Долгие годы шел спор между сторонниками механического и молекулярного направлений.

Конец спору был положен в 1939 г., когда Российский учёный И.В. Крагельский объединив эти две точки зрения, предложил теорию, согласно которой внешнее трение имеет двойственную природу и обусловлено как преодолением сил молекулярного взаимодей­ствия между поверхностями, так и преодолением механического сопротивления, связанного с формоизменением поверхностного слоя.

В связи с этим принято различать :

–механическое трение контактирующих поверхностей;

–трение контактирующих поверхностей на атомно-молекулярном уровне

В основе молекулярно-механической теории сухого и гранич­ного трения и износа лежит учет дискретности контакта двух твердых тел, обусловленный шероховатостью и волнистостью поверхностей контакта, которая имеет место на любых твердых

При многократном воздействии в материале упругого полупро­странства будут периодически возникать сжимающие и растя­гивающие напряжения.

Высокая температура в сочетании с высокими давлениями, возникающими в зонах касания, приводят к значительным изме­нениям свойств поверхностных слоев, вызывают значительные температурные напряжения, в микрообъемах протекают процессы «термической обработки». Интенсивно протекают процессы окис­ления, образование различных химических соединений, взаимной диффузии.

Взаимодействие газов и жидкостей с поверхностями твердых тел в процессе трения формирует «третье тело», что существенно изменяет молекулярную составляющую трения. Это взаимодей­ствие может носить характер либо физической адсорбции, либо хемосорбции.

Измененный поверхностный слой испытывает значительные деформации при трении, его свойства в сочетании со свойствами подложки, состоящей из исходного материала, определяют изно­состойкость и сдвиговые сопротивления.

Разрушение при износе имеет кумулятивный характер и является результатом последовательного многократного накоп­ления повреждений. Поэтому износостойкость весьма чувстви­тельна к незначительному изменению свойств мате­риалов, изменению природы защитных пленок на поверхности, например, за счет присадок к маслам.

Сложность этих явлений иллюстрирует схема основных фак­торов, которые необходимо учитывать при анализе фрикционного взаимодействия твердых тел (рис. 6).

Рис. 6. Схема факторов, влияющих на фрикционное взаимодействие твердых тел

Вопросы и проблемы трения и износа рассматривает «трибология». При этом проблема трения существует столько же, сколько существует техника. Не менее трети энергии в любой современной машине тратится на преодоление бесполезного трения между ее частями, несмотря на подшипники и системы смазки

Трибология – наука о трении и процессах, сопровождающих трение. Трибология, как раздел машиноведения, охватывает экспериментально-теоретические исследования физических (механических, электрических, магнитных, тепловых, химических) идругих явлений сопутствующих трению.

. 

Механическая теория трения. В основу ее положено чередование упругих и неупругих механических взаимодействий элементарных неровностей, происходящих при перемещении контактирующих поверхностей.

Она объясняет причины возникновения трения зацеплением шероховатостей трущихся поверхностей, но она не может объяснить причину возрастания трения для очень гладких поверхностей.

Молекулярная теория трения появилась в XVIII веке и была разработана английским физиком Томпсоном (1929 г.). Эта теория объясняет явление трения, исходя из сил молекулярного взаимодействия поверхностей.

Дальнейшее развитие эта теория получила в трудах русского физика Б. В. Дерягина (1935-1941 гг.). Который показал, что под действием внешней нагрузки электронные оболочки атомов настолько сближаются, что возникает отталкивающая сила. Сила, которая преодолевает возникающие отталкивающие атомные силы , и является силой трения.

Молекулярно-механическая теория трения была разработана советским фи­зиком И. В. Крагельским (1946 г.) Эта теория основана на предположении, что трение имеет двойственную природу и обусловлено как взаимным внедрением отдельных выступов поверхности, так и силами молекулярного притяжения. Сущность теории состоит в следующем. Если к гладкой поверхности приложить нагрузку, то она вследствие анизотропности ее элементов по механическим свойствам станет шероховатой.