Тертя ковзання змащених тіл

Як було зазначено в [Л.24] при рідинному терті безпосе­реднього стикання між двома поверхнями, що рухаються відносно одна одної, не буває, оскільки між цими поверхнями є проміжний мастильний шар рідини. При відносному русі повер­хонь окремі шари рідини зсуваються відносно один одного. От­же, тертя в рідинному шарі зводиться до в'язкого зсуву.

Для зручності технічних розрахунків при вивченні рідинного тертя запроваджують поняття коефіцієнта тертя [Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин], але на відміну від коефіцієнта сухого тертя коефіцієнт рідинного тертя f залежить від швидкості v руху шарів мастила відносно один одного, від навантаження р і від коефіцієнта в'язкості , тобто

Коефіцієнт в'язкості  називають звичайно абсолютним ко­ефіцієнтом, він характеризує величину опору мастила зсуваю-чим зусиллям, його одиниця — Н∙с/м².

Досліджуючи плоский рух в'язкої рідини, Ньютон знайшов, що сила, необхідна для переміщення одного шару рідини пара­лельно другому, має вигляд

(25.12)

де F — сила в'язкого зсуву; s — площа поверхні ковзання;  — коефіцієнт абсолютної в'язкості; dv/dу — зміна швидкості за ви­сотою шару (градієнт швидкості).

Основоположник гідродинамічної теорії тертя М. П. Петров сформулював основні вимоги, необхідні для заміни сухого тертя рідинним:

1) мастильна рідина, що займає зазор між ковзними поверх­нями, повинна затримуватися в зазорах;

2) у шарі мастила при відносному ковзанні змащуваних по­верхонь повинен виникати і підтримуватися внутрішній тиск, який врівноважує зовнішнє навантаження, що притискує ковзні поверхні одну до одної;

3) мастильна рідина повинна повністю відокремлювати ковзні поверхні;

4) шар рідини між ковзними поверхнями повинен мати товщину, не меншу від певної мінімальної границі, яка визна­чається найвищими елементами поверхонь тертьових тіл.

Для здійснення першої вимоги необхідно, щоб при змочу­ванні твердих тіл мастильною рідиною сили зчеплення між по­верхнями твердих тіл і прилеглим шаром рідини були більші, ніж сили зчеплення між частинами мастильної рідини. Тоді при відносному русі змочених твердих поверхонь виникає ковзання шарів мастильної рідини відносно один одного і не буде ков­зання рідини відносно твердих тіл.

Для задоволення другої вимоги необхідно, щоб між ковз­ними поверхнями безперервно нагніталась мастильна рідина, або щоб між ними був клиновий зазор. Стосовно цапфи, що лежить у підшипнику (рис. 25.2), це досягається тим, що радіуси R підшипника і r цапфи різні. Завдяки цьому між цапфою і підшипником створюється клиноподібний зазор, в який при обертанні цапфи нагнітається мастильна рідина. При цьому в мастильному шарі виникають сили, що зрівноважують зовнішнє навантаження на цапфу, і цапфа ніби “спливає” на шарі мастильної рідини. При цьому з підвищенням кутової швидкості центральна вісь О цапфи на­магається збігтися з центральною віссю підшипника О₁.

Третя і четверта вимоги належать до забезпечення такої оброб­ки поверхні цапфи і підшипника, за якої зменшилися б можливі нерівності і шорсткість на їх поверхнях; крім того, не­обхідно прагнути до якомога менших деформацій цапфи і по можливості старанніше очищати мастильну рідину від сто­ронніх твердих домішок.

Рис.25.2 Рис.25.3

Питання про розрахунок кінематичних пар при наявності рідинного тертя докладно буде висвітлено в курсі "Деталі ма­шин" і в спеціальних курсах — "Металорізальні верстати", "Машини та апарати легкої промисловості" тощо.