Оценка процессов внешнего и внутреннего трения.
Внешним трением (трением) называют явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергии.
Диссипация энергии — переход части энергии движущегося тела в теплоту.
На работу узла трения и интенсификацию износа определяющим образом влияют нагрузки, а также упругие характеристики материалов соприкасающихся деталей, прочность и толщина масляной пленки.
Процессы изнашивания протекают в местах фактического контакта контактирующих поверхностей деталей при их относительном перемещении. Нормальные и тангенциальные силы, действующие в этих местах, вызывают упругопластические деформации микрообъемов материала.
Многократное их повторение приводит к ускоренному разрушению поверхностных слоев, а при соответствующей конфигурации микровыступов и твёрдости поверхностного слоя, происходит процесс микрорезания, т. е. отделение микростружки, которая в дальнейшем является загрязнителем, и способствует абразивному изнашиванию.
Кроме того в местах истинного контакта в зоне срезания микровыступов повышается температура, которая при определенных условиях может достигать 900°-1500°С и приводит к изменению кристаллической структуры металла и образованию "мостиков сварки".
Интенсивность процессов упругопластического деформирования и микрорезания возрастает при наличии в зоне контакта абразивных частиц с твердостью, превышающей твердость материала соприкасающихся деталей, при этом под воздействием внешних нагрузок происходит взаимное внедрение элементов поверхностей.
При плотном контакте металлов и отсутствии между ними масляной или окисной пленки возникает молекулярное взаимодействие соприкасающихся поверхностей.
На поверхностные слои металла воздействует кислород воздуха, образуя окисные пленки. Все эти процессы упругопластического деформирования, молекулярного взаимодействия, т.е. тепловые, окислительные и вызываемые ими изменения физико-механических и химических свойств металлов в поверхностно-активном слое, и определяют изнашивание контактирующих поверхностей реальных деталей машин.
Крагельский И.В. утверждает, что при сближении и скольжении поверхностей, возникают механическое и молекулярное взаимодействия, которые вызывают механические, химические и структурные изменения свойств поверхностей трения, а затем разрушения различных видов.
Так трущиеся поверхности деталей находятся в условиях неравномерного объемно-напряженного состояния сжатия, при этом даже очень хрупкие материалы (чугун, сталь с высокой степенью закалки) обладает высокой пластичностью.
Под влиянием пластической деформации и тепла на поверхности трения изменяется структура поверхностного слоя. Между сближёнными участками могут образовываться мостики сварки.
При последующем перемещении тел, как утверждает Гаркунов Д.Н., разрушение происходит не по месту соединения, а на некоторой глубине, что приводит к значительным повреждениям поверхностей.
Оценка внутреннего трения. При внешнем трении на участках фактического контакта наряду с механическим наблюдаются также заметные межмолекулярные взаимодействия.
В результате этих взаимодействий возникает сопротивление относительному скольжению, получившее название молекулярной составляющей силы трения.
При решении инженерных задач часто приходится сталкиваться с подобными явлениями.
Для твердых тел процесс трения, происходящий внутри материала, сопровождается выделением теплоты при сообщении телу механической энергии. Этот процесс может происходить и в совокупности с внешним трением твердых тел.
Молекулярная составляющая силы трения характеризует атомные и молекулярные взаимодействия при сближении поверхностей и их относительном перемещении. Обычно эту составляющую силы трения называют адгезионной. Под термином «адгезия» подразумевают взаимное притяжение поверхностей, обусловленное атомно-молекулярным взаимодействием.
В настоящее время различают три вида связей, характеризующих атомно-молекулярное взаимодействие поверхностей: химические; молекулярные (водородные и под действием сил Ван-дер-Ваальса); электростатические (в результате действия силового поля).
Рассчитать молекулярную составляющую силы трения в реальных условиях пока не представляется возможным вследствие сложного характера.
адгезионных связей и большого числа переменных факторов, определяющих процесс взаимодействия.
Поэтому для ее оценки пользуются эмпирическими значениями молекулярной составляющей коэффициента внешнего трения и средних нормальных напряжений, действующих в зонах фактического контакта.
Таким образом, сила внешнего трения может быть представлена как сумма механической (деформационной) и молекулярной (адгезионной) составляющих.
В зависимости от соотношения механической и молекулярной составляющих трения различают пять видов фрикционного взаимодействия: •упругое оттеснение материала;
•пластическое оттеснение материала;
•срез внедрившихся выступов;
•схватывание окисных пленок, покрывающих трущиеся поверхности, и их разрушение;
•схватывание поверхностей в результате молекулярного взаимодействия, сопровождающееся глубинным вырыванием материала.
Вид фрикционного взаимодействия поверхностей определяет характер и интенсивность их разрушения, а следовательно, долговечность сопряжения.
Понятия «трение» и «движение» неотделимы. Любое относительное перемещение тел сопровождается трением. На преодоление сил трения в той или иной форме в настоящее время расходуется от трети до половины мировых энергетических ресурсов.