4.2.Кинематический контакт (трение движения)

Жизнь требует движения.

Аристотель

Трибоконтакт при относительном движении контактирующих деталей отличается не только наличием касательных напряжений, но характеризуется гораздо большей активностью всех сопутствующих трению процессов и наличием дополнительной специфики, вызванной движением.

Весьма существенную роль играет вид и способ подачи смазочного материала, что и определяет особенности контактных взаимодействий.

4.2.1Трение без смазочного материала

Даже возможное может

быть нецелесообразным.

М. Борн

Трение без смазочного материала (сухое), строго говоря, обладает в контактной зоне своеобразной смазкой в виде плёнки окислов на поверхности металлов и адсорбированными молекулами атмосферных газов и воды на поверхности всех твёрдых тел. Низкие смазочные свойства этой смазки и её плохая возобновляемость в процессе работы влияют на специфику трения и позволяют выделить этот вид трения в отдельный класс.

Трибоконтакт в начальный адаптационный период характеризуется малой площадью фактического контакта, а потому относительно высокими нормальными и тангенциальными контактными напряжениями. Они деформируют металл, разрушая хрупкую плёнку окислов и обнажая ювенильные поверхности.

При относительно малых сдвиговых напряжениях происходит упругая деформация, восстанавливающаяся при снятии нагрузки. Дальнейший рост напряжений приводит к пластическим необратимым деформациям в виде оттеснения материала перед фронтом внедрившейся шероховатости. При весьма высоких напряжениях пластически деформируемый металл отделяется в виде микростружки ( процесс микрорезания).

Ювенильные поверхности практически мгновенно (10^-9с) окисляются, но скольжение контртела разрушает оксидную плёнку. Этот процесс протекает в динамическом равновесии.

Сближаясь под действием нормальных напряжений, контактные поверхности образуют адгезионные связи. Механическая энергия, затраченная на деформацию и разрушение адгезионных связей, диссипирует, превращаясь в тепловую и поднимает температуру контакта и узла трения в целом.

Завершение процессов адаптации характеризуется стабилизацией геометри-ческих и физико-механических параметров контакта.

Процессы разрушения фрикционных связей продолжаются и в стаци-онарном периоде, но в режиме динамического равновесия при относительно низких и стабильных параметрах: площади фактического контакта, напряжений, температуры и т.д.

Независимо от уровня сдвиговых напряжений сила трения определяется двучленным законом вида

, (13)

где m - коэффициент механической составляющей силы трения;

N - нормальное давление;

а - интенсивность адгезионной составляющей силы трения.

Отсюда вытекает выражение для коэффициента трения

. (14)

Рост зазоров в связи с изнашиванием увеличивает динамические воздействия на трибоконтакт, а размерные и структурные изменения в контактной области постепенно накапливаются. Достигнув критической величины, они вызывают качественные изменения процесса трения и являются фактором, лимитирующим эксплуатацию трибосистемы, её ресурс.

Рассмотрим влияние отдельных факторов на процесс трения без смазочного материала. Примеры коэффициентов трения различных контактирующих без смазки материалов при равном нагружении приведены в таблице 7.

Разница в величине коэффициентов трения обусловлена различным сопротивлением деформированию приведенных материалов и их адгезионным взаимодействием.

Таблица 7. Коэффициенты трения

NN п/п	Материал вала	Материал втулки	Коэффициент трения
1	Сталь	Сталь	0,5
2		Серый чугун	0,25
3		Бронза	0,12
4		Фторопласт	0,05

Влияние легирующих элементов на коэффициент трения (Рис.41) показывает, что трение зависит не только от природы легирующего металла, но и от его количества, то есть от структуры сплава [8].

Рис.41. Влияние легирования на коэффициент трения (σ = 0,5МПа,V= 0,7м/с)

Влияние других внешних факторов на процесс трения проиллюстри-ровано на рис. 42.

Снижение шероховатости поверхности (Рис. 42, а) уменьшает деформационную и одновременно увеличивает адгезионную составляющую. При очень гладких поверхностях последняя возрастает настолько, что может препятствовать движению (взаимная притирка концевых мер длины).

При увеличении нормальной нагрузки увеличиваются одновременно и контактные напряжения и поверхность фактического контакта, что уменьшает реальную нагрузку (Рис.42,б).

Рис.42. Зависимость коэффициента трения от а-микрогеометрии,

б-нагрузки, в-скорости скольжения, г-температуры

Скорость скольжения влияет на усилие, необходимое для разрушения фрикционных связей, что является следствием вязкости контакта. При низких скоростях вязкое сопротивление возрастает, при высоких - падает. При малых контактных напряжениях имеет место только возрастающая ветвь, при больших - только падающая (Рис.42,в).

Влияние температуры на трение зависит от соотношения температуры узла и температуры фазовых или кинетических переходов в используемых материалах. Так, у металлов (кривая 1 на рис. 42, г) с ростом температуры понижаются прочностные свойства и, соответственно, прочность фрикционных связей. При этом коэффициент трения монотонно уменьшается. В этом случае средняя объемная температура узла ниже температуры фазовых переходов. При трении пластических масс температура узла может быть выше температуры кинетических переходов в полимере (например, температуры стеклования). Полимер переходит в другое агрегатное состояние (из твердого в высоко-эластичное) и характер трения изменяется полностью (кривая 2 на рис. 42, г).

Таким образом, трение без смазочного материала существенно зависит от физической природы применяемых материалов и режимов нагружения.