Лабораторная работа № 20 "Изнашивание полимеров при трении скольжения" Цель работы

Ознакомиться с процессами трения и изнашивания антифрикционных материалов; определить основные характеристики узла трения.

1. Основные теоретические представления.

При относительном движении контактирующих поверхностей твердых тел возникает сопротивление этому перемещению - сила трения. Сила трения направлена по касательной к контактирующим поверхностям и пропорциональна внешней силе давления. Коэффициент пропорциональности является коэффициентом трения и определяется отношением силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

Различают трение скольжения и трение качения. При трении скольжения скорости тел в точках касания различны по величине или по направлению. При трении качения скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению. В некоторых случа­ях возможно сочетание трения качения и трений скольжения одновременно.

Трение имеет молекулярно-механическую природу. В местах фактического контакта трущихся поверхностей действуют силы молекулярного притяжения, которые вызывают на участках контакта адгезию. Силы адгезии прямо пропорциональны площади фактического контакта. Прилагаемое внешнее давление на силы адгезии влияет косвенно через изменение площади фактического контакта. Наиболее сильно молекулярные силы проявляются при охватывании трущихся поверхностей. С другой стороны сила трения связана с механическим противодействием перемещению за счёт деформации выступов шероховатостей контактирующих поверхностей.

Сила трения Т таким образом может представлена в общей случае выражением:

Т = a S_ф + bP

где a- средняя интенсивность молекулярной составляющей силы трения;

S_ф - фактическая площадь контакта;

b - коэффициент, характеризующий механическую составляющую силы трения;

Р - сила давления.

Сила трения в узлах трения может играть отрицательную или положительную роль. В подшипниках трение необходимо свести к минимуму, чтобы уменьшить потери энергии. Для этой цели используют специальные антифрикционные материалы и смазочные вещества. В муфтах сцепления, тормозах необходимо обеспечивать наибольшие значения сил трения. В этом случае применяют материалы, обеспечивающие максимальную величину коэффициента трения.

В процессе эксплуатации любого узла трения происходит постепенное разрушение контактирующих поверхностей - это процесс изнашивания. При этом размеры деталей изменяются. Износ может оцениваться в единицах длины, объема или массы. Наиболее часто используется понятие линейного износа. Любой материал, используемый в узлах трения, должен обладать необходимой износостойкостью.

Износостойкость - это свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения.Износостойкость оценивается величиной, обратной скорости изна­шивания или интенсивности изнашивания. Скорость изнашивания - это отношение износа детали к времени, в течение которого про­исходило изнашивание. Интенсивность изнашивания - это отноше­ние износа детали к пути трения или объему выполненной работы.

Механизм изнашивания материалов является сложным и комп­лексным явлением. При трении происходят процессы деформации (упругой и пластической) контактирующих поверхностей, в поверхностном слое материала протекают различные физико-химические процессы (диффузия, окисление и т.д.), что в конечном счёте вызывает постепенное разрушение поверхности и определение частиц износа. В зависимости от того, какие процессы определяют изнашивание материала, выделяют тот или иной вид износа: абразивный износ, окислительный износ, усталостный износ, водородное изнашивание, избирательный перенос, кавитационное и эрозионное изнашивание, схватывание и заедание трущихся поверхностей.