Макроскопическая природа трения

Механизм изнашивания деталей машин традиционно исследуется на микроскопическом уровне. Это объясняется бо̀льшим влиянием на изнашивание физико-химических процессов на контакте, нежели механических характеристик деформирования граничного слоя. Тем не менее результаты, полученные выше на основе макроскопической модели трения, могут оказаться весьма полезными и в данном случае.

Между интенсивностью изнашивания деталей и величиной силы или коэффициента трения, как правило, существует прямая и естественная связь. Поэтому знание законов трения позволяет прогнозировать, правда, в самом общем виде, мероприятия по уменьшению изнашивания деталей машин.

Зависимость рис. 8.4, б силы трения от давления на контакте и формула (8.3) показывают, что для снижения интенсивности изнашивания следует уменьшать нормальную нагрузку на контакте, снижать вязкость граничного слоя, увеличивать модуль его упругости. Первое достигается увеличением площади контакта, второе — за счёт подвода смазки к трущимся поверхностям, третье — путём увеличения твёрдости контактируемых поверхностей. Эти мероприятия традиционно используются для уменьшения изнашивания.

Обратимся теперь к зависимости коэффициента трения от нормального давления на контакте (рис. 8.4, в). Она показывает, что чрезмерное уменьшение давления, напротив, может привести к увеличению изнашивания. Отсюда следует важный для практики вывод: узлы трения машин необходимо конструировать таким образом, чтобы при всех режимах работы контактный слой не становился вязкоупругим.

Для последнего, как видно из рис. 8.2, б и рис. 8.3, в, характерно наличие скачка давления (уплотнения) и течение граничного слоя с образованием вихрей. Это обстоятельство, по-видимому, и определяет появление характерных усталостных трещин, вызывающих высокую интенсивность изнашивания. Наглядным примером служит изнашивание протектора автомобильных шин: сначала на них появляются поперечные риски или небольшие трещины, затем процесс изнашивания сопровождается образованием характерных микророликов («вихрей»), а на конечной стадии вся поверхность шины покрывается сетью параллельных гребешков («горбов»), расположенных под прямым углом к беговой дорожке.

Для вязкоупругопластического контакта (рис. 8.2, в и 8.3, б) также характерна турбулентность, перемешивание частиц граничного слоя. Следовательно, и в этом случае трение будет сопровождаться изнашиванием. Однако протекает этот процесс менее интенсивно, без образования вихрей и усталостных трещин. Это самый распространённый в узлах трения тип изнашивания, он реализуется при средних давлениях на контакте.

Кардинально проблема изнашивания деталей машин решается, по-видимому, при полном устранении или подавлении упругости контакта и создании условий для ламинарного (слоистого) течения граничного слоя по рис. 8.2, а и рис. 8.3, а. В этом случае частицы граничного слоя не перемещаются по высоте его, удерживаясь каждая на своём уровне. Следовательно, принципиально исчезают условия для износа — отрыва и переноса частиц с одной поверхности на другую или уноса их потоком граничного слоя (смазкой). Описанный макроскопический механизм «безизносного» трения уже известен и на микроскопическом уровне определяется как явление избирательного переноса. Сегодня он широко используется в технике и продолжает интенсивно исследоваться в научных лабораториях. Вязкоупругопластическая концепция трения, несомненно, может способствовать успеху этих исследований.

НАЗАД < > ВПЕРЁД

[Главная][Презентация][Очерки][Статьи][Брошюра][Изобретения][Мой архив]

Хостинг от uCoz