3. Трение в машинах
В каждой машине движущиеся и соприкасающиеся детали изнашиваются из-за трения, возникающего при воздействии нормального и сдвигающего усилий на детали.
В процессе производства и переработки полимерных материалов, в том числе и резиновых смесей, имеет место фрикционное взаимодействие перерабатываемого материала с поверхностью рабочих органов машин. Знание закономерностей этого взаимодействия позволяет представить картину физических явлений в зоне взаимодействия, обеспечивать теоретические предпосылки процессов, предвидеть и обосновать причины износа рабочих органов машин.
Основной закономерностью фрикционного взаимодействия между двумя телами при их относительном смещении является так называемый первый закон трения (закон Амонтона):
(4)
где F – сила трения, кГс;
N – нормальная нагрузка, кГс;
µ – коэффициент трения.
Рис. 3.1. К закону трения
Этот же закон в другой записи:
(5)
где
– удельная сила трения, кГс / см²;
– нормальное
давление, кГс / см²;
где S – площадь поверхности контакта тел, см².
Такая линейная связь справедлива для металлов в определенном значении давлений и скоростей скольжения.
При взаимодействии полимеров с металлической поверхностью связь между τ и Р носит, как правило, нелинейный характер и описывается формулой Тириона:
, (6)
где А и В – некоторые эмпирические константы.
Практические вопросы изучения процесса трения рассмотрены в лабораторной работе № 1.
3.1. Основные виды трения
Трение различают по двум признакам: по характеру движения трущихся поверхностей и по характеру смазки этих поверхностей.
По характеру движения трущихся поверхностей различают два вида трения: скольжения и качения.
Трение скольжения по поверхности – движение ползуна в направляющих.
Трение скольжения по линии – вращение вала по поверхности подшипника.
Трение качения – движение сферы (шарика) или цилиндра (ролика) по поверхности обоймы подшипника.
Часто эти виды трения совмещаются, например, в зубчатых зацеплениях.
Трение является основной причиной износа оборудования. Наибольший износ происходит при сухом трении, т.е. в отсутствие смазки. Поэтому для уменьшения сил трения и предотвращения преждевременного износа применяется смазка.
Во время работы трущиеся поверхности, разделенные слоем смазки, не соприкасаются между собой, а мельчайшие неровности, размер которых превышает толщину смазочного слоя, срезаются и уносятся смазкой, предотвращая абразивный износ деталей. Кроме того, смазка предохраняет поверхность деталей от коррозии и эффективно отводит тепло из зоны соприкосновения трущихся деталей.
В зависимости от характера и режима смазки различают следующие виды трения: жидкостное, полужидкостное, граничное, полусухое и сухое [1].
Жидкостное трение – поверхности сопрягаемых деталей полностью разделены слоем смазки и нагрузка воспринимается смазочной пленкой.
Рис. 3.2 Жидкостное трение [1]
Условия жидкостного трения: высокая скорость вала, чистота обработки, оптимальный зазор, оптимальная вязкость смазки.
При вращении вала масло из зазора увлекается под цапфу вала и в месте сужения образуется “масляный клин”.
Коэффициент жидкостного трения в литературе указывается в пределах от 0,001…0,008 мм.
Полужидкостное трение происходит в том случае, когда большая часть сопряжения поверхностей разделена слоем смазки, но отдельные элементы (микронеровности) поверхностей соприкасаются. Коэффициент трения при этом находится в пределах 0,01…0,08 мм.
Граничное трение происходит, если скользящие поверхности разделены слоем смазки толщиной в несколько молекул.
При недостатке или отсутствии смазки возникает полусухое или сухое трение.
Рис. 3.3. Изменение коэффициента трения при различных видах трения