Podľa GOST 27674–88 existujú dva hlavné typy trenia:

– trenie bez maziva;

– trenie s mazivom.

Trenie mladistvých (nahých) povrchov sa považuje za obzvlášť nebezpečné. Vzťahuje sa na trenie bez lubrikantu a je charakterizované priamou interakciou medzi pevnými telesami v neprítomnosti tretej fázy medzi nimi (napríklad oxidového filmu) schopnej vykonávať funkciu mazania.

Juvenilný povrch nesie významný prísun voľnej povrchovej energie, a preto sa vyznačuje vysokou adsorpčnou kapacitou. Koeficient trenia pri interakcii juvenilných povrchov dosahuje 6–7 jednotiek a je sprevádzaný zadretím (zadieraním) povrchov.

Kovový povrch si môže zachovať svoje juvenilné vlastnosti iba v podmienkach vysokého vákua alebo v atmosfére inertného plynu, ku ktorému dochádza pri opotrebovaní dielov v prípadoch, keď sa oxidové filmy oddeľujú a pevné látky prichádzajú do priameho kontaktu. Tento jav sa najčastejšie vyskytuje pri trení častí vyrobených z homogénnych materiálov, napríklad ocele o oceľ.

Pri suchom trení nie je medzi trecími plochami prakticky žiadne mazivo. V tomto prípade sa pozoruje mechanické zapojenie mikrodrsností a molekulárna interakcia povrchov v kontaktných zónach. V tomto prípade je trecia sila vyjadrená Amontonovým-Coulombovým zákonom:

Kde N- Normálna pevnosť;

f- koeficient klzného trenia.

Koeficient f závisí od veľkosti mikro- a makrodrsnosti povrchov, rýchlosti ich relatívneho kĺzania, fyzikálnych vlastností trecích materiálov a teploty. Hodnota koeficientu trenia f„čisté“ kovy pre kovové páry leží v rozsahu od 0,06 do 0,20. Pri hraničnom (polsuchom, polotekutom) trení sú molekuly oleja adsorbované kovovou kryštálovou mriežkou, čím sa vytvorí niekoľko vrstiev usporiadaných molekúl s hrúbkou asi 0,1 mikrónu. To umožňuje trochu obmedziť plastickú deformáciu kovov a tým znížiť extrémne negatívne dôsledky suchého trenia. Pri kvapalnom trení je kontakt medzi povrchmi nahradený trením medzi vrstvami maziva. Koeficient trenia je vyjadrený vzťahom:

Kde A- koeficient proporcionality;

Dynamický viskozitný koeficient;

V- rýchlosť relatívneho pohybu;

N- Normálna pevnosť.

Existuje kvapalné a hraničné trenie s mazivom.

Kvapalné trenie nastáva v prítomnosti medzivrstvy maziva, ktorá úplne oddeľuje trecie povrchy. Procesy trenia a opotrebovania nie sú charakterizované materiálom trecích častí, ale viskozitou mazacej vrstvy, konštrukciou a prevádzkovým režimom spojenia.

Hrúbka vrstvy maziva, m,

(2.4)

kde je priemer hriadeľa, m;

Absolútna viskozita oleja, Ns/m2;

Frekvencia otáčania hriadeľa, s -1 ;

Vôľa (rozdiel medzi priemerom ložiska a hriadeľa), m;

Korekcia na konečnú dĺžku ložiska.

Keď sa hrúbka olejovej vrstvy zmenšuje, trecie plochy sa približujú k sebe. Keď sa počas procesu približovania dosiahne poloha, v ktorej nie sú oddelené vrstvou maziva, ale olejovým filmom s molekulárnou hrúbkou, dochádza k hraničnému treniu.

Hraničné trenie vzniká pôsobením molekulárnych síl trecích povrchov; mazivo je pevne adsorbované na trecích povrchoch. Polárne konce molekúl maziva tvoria „molekulárnu palisádu“ na trecích plochách.

Hraničná fáza olejového filmu, ktorá je pod obojstranným vplyvom molekulárnych síl, získava: kvázi pevný stav s oddeleným tlakom, ktorý poskytuje silnú odolnosť voči vytváraniu kovového kontaktu; klzký stav, pripomínajúci mydlo navlhčené vodou. Tieto vlastnosti chránia trecie povrchy pred zničením.

Pri kvapalnom trení by nemalo dochádzať k žiadnemu kontaktu trecích plôch, ako aj k ich opotrebovaniu. Podľa hydrostatickej teórie mazania sa aj bez priameho kontaktu stále pozoruje mierne opotrebovanie povrchov v dôsledku fyzikálno-chemických, vrátane elektrostatických procesov, ktoré sa vyskytujú medzi trecími povrchmi a ich kontaktom s mazivom.

V súlade s GOST 27674–88 sa rozlišujú tri typy opotrebovania (obrázok 2.3).

Mechanické opotrebovanie(Mechanické opotrebovanie) vzniká v dôsledku mechanických vplyvov.

Najbežnejším typom mechanického opotrebovania je abrazívne opotrebovanie.

Abrazívne opotrebovanie Abrazívne opotrebenie je mechanické opotrebenie materiálu v dôsledku rezania alebo poškriabania pevných telies alebo pevných častíc.

Keď sa tvrdé abrazívne častice dostanú na trecie plochy, povrch sa poškriabe s tvorbou triesok. Poškriabanie je vytváranie priehlbín na trecej ploche v smere kĺzania pri vystavení výčnelkom pevného telesa alebo pevných častíc. Abrazívne častice môžu pochádzať z okolitej atmosféry v dôsledku nedostatočnej filtrácie maziva alebo vznikajú pri deštrukcii mikroobjemov trecích plôch.

Príkladom čisto abrazívneho opotrebovania je opotrebovanie brzdových obložení a bubnov alebo kotúčov, otočných kĺbov a pružinových kĺbov automobilu.

Abrazívny prostriedok vodným lúčom a plynom(Hydroabrazívne (gasoabrazívne) opotrebenie) je druh abrazívneho opotrebenia a vzniká v dôsledku pôsobenia pevných látok alebo pevných častíc unášaných prúdom kvapaliny (plynu).

Príkladom vodného abrazívneho opotrebovania je opotrebovanie prvkov zubových olejových čerpadiel, potrubí, párov piestov palivového zariadenia a abrazívne opotrebovanie plynom - valcov kompresorov, vzduchových trysiek karburátora.

Hydroerózia (plynová erózia)(Hydroerozívne (plynové) opotrebovanie) opotrebenie vzniká v dôsledku dopadu prúdu kvapaliny (plynu) na materiál.

Na pracovných plochách platní výfukových ventilov motora, na povrchu valcov motora je možné pozorovať opotrebenie plynovou eróziou a na povrchu trysiek karburátora je možné pozorovať opotrebovanie vodnou eróziou.

Kavitačné opotrebovanie Kavitačné opotrebenie je mechanické opotrebenie spôsobené pohybom pevného telesa vzhľadom na kvapalinu, v ktorom sa bubliny plynu zrútia blízko povrchu a vytvárajú vysoký lokálny nárazový tlak alebo vysokú teplotu.

Veľmi charakteristický vzor kavitačného opotrebovania lopatiek a krytu vodného čerpadla motora.

Únavové opotrebovanieÚnavové opotrebenie je mechanické opotrebenie v dôsledku únavového zlyhania pri opakovanej deformácii mikroobjemov materiálu povrchovej vrstvy.

Únavové opotrebovanie môže nastať v dôsledku valivého trenia aj klzného trenia. Napríklad na obežných dráhach ložísk, povrchoch zubov ozubených kolies, vačkách atď.

Trápiace opotrebovanie Trecie opotrebovanie je mechanické opotrebovanie kontaktných telies počas oscilačného relatívneho mikroposunu. Napríklad: opotrebovanie kontaktných bodov vložiek čapu kľukového hriadeľa a lôžka v kľukovej skrini a kryte.

Opotrebenie pri zachytení(adhézne opotrebenie) vzniká v dôsledku tuhnutia, hlbokého vytrhnutia materiálu, jeho prenášania z jedného povrchu na druhý a dopadu vzniknutých nerovností na lícovaný povrch. Vedie k odieraniu, zaseknutiu a zničeniu mechanizmov. Takéto opotrebovanie je spôsobené prítomnosťou lokálnych kontaktov medzi trecími plochami, na ktorých v dôsledku vysokých zaťažení a rýchlostí dochádza k prasknutiu olejového filmu, silnému zahrievaniu a „zváraniu“ kovových častíc. Pri ďalšom relatívnom pohybe povrchov sa väzby prerušia. Typickým príkladom je zasekávanie kľukového hriadeľa a piestnych krúžkov.

Korózia-mechanické opotrebovanie(Mechanokorozívne opotrebovanie) sa vyskytuje pri oxidačnom opotrebovaní a trecej korózii.

o oxidačné opotrebovanie(Oxidačné opotrebovanie) je prevládajúca chemická reakcia materiálu s kyslíkom alebo oxidačným prostredím. Oxidáciou materiálu kyslíkom vznikajú tenké filmy, ktoré sa následne mechanickým trením odstraňujú z trecej plochy a odkryté plochy sa opäť oxidujú. Takéto opotrebovanie sa pozoruje na častiach skupiny valec-piest, hydraulického brzdového systému a posilňovača riadenia.

Opotrebenie v dôsledku korózie spôsobenej trením(opotrebenie trecou koróziou) nastáva pri malých oscilačných relatívnych pohyboch kontaktujúcich telies voči sebe v korozívnom prostredí, najmä v podmienkach vibrácií.

Elektroerozívne opotrebovanie(Elektroerozívne opotrebenie) sa prejavuje erozívnym opotrebením povrchu v dôsledku vystavenia výbojom pri prechode elektrického prúdu, napríklad medzi elektródami zapaľovacej sviečky, kontaktmi ističa atď.

S trením sa stretávame, keď pohybujeme niektorými telesami voči sebe (kinetické trenie) alebo sa pokúšame uviesť telesá do pokojného pohybu (statické trenie). K treniu dochádza, keď sa dve telesá pohybujúce sa voči sebe navzájom dotýkajú vonkajších povrchov (vonkajšie trenie) alebo keď sa prvky štruktúry telesa (atómy, molekuly) navzájom pohybujú (vnútorné trenie). Vnútorné trenie sa môže vyskytnúť v kvapalinách, plynoch a pevných látkach. Klasifikácia typov trenia je uvedená v tabuľke. 2.5. Pri trení dochádza okrem mechanických javov k tepelným, elektrickým, magnetickým a iným javom. Tabuľka 2.5

Kinetické trenie(trenie pohybu) - vzniká, keď sa ľubovoľné telesá navzájom pohybujú.

Statické trenie(statické trenie) - vzniká, keď sa nehybné teleso začne pohybovať z pokojového stavu.

Vonkajšie trenie- nastáva, keď sa dve telesá pohybujúce sa voči sebe dostanú do kontaktu so svojimi vonkajšími povrchmi.

Vnútorné trenie- keď sa prvky štruktúry tela (atómy, molekuly) navzájom pohybujú. Vyskytuje sa v pevných látkach, kvapalinách a plynoch.

Trenie bez lubrikantu(suché trenie) – trenie dvoch telies v neprítomnosti akéhokoľvek typu maziva zavedeného na treciu plochu.

Trenie s lubrikantom(fluidné trenie) – trenie dvoch telies v prítomnosti akéhokoľvek typu maziva zavedeného na treciu plochu.

Klzné trenie– trenie pohybu dvoch pevných telies, pri ktorom sú rýchlosti telies v bodoch dotyku rôzne vo veľkosti a smere, prípadne vo veľkosti alebo v smere (obr. 2.1).

Valivé trenie– trenie pohybu dvoch pevných telies, pri ktorých sú ich rýchlosti v bodoch dotyku zhodné čo do veľkosti a smeru (obr. 2.2) Obr. 2.2

Hraničné trenie– trenie v prítomnosti hraničného mazacieho filmu.

Analýzou vyššie uvedených definícií rôznych typov trenia môžeme sformulovať všeobecnú definíciu procesu trenia.

Mazivo– materiál nanesený na treciu plochu, aby sa znížila trecia sila (FTR) a rýchlosť opotrebenia (olej - povrchovo aktívna látka sa nedá úplne vytlačiť. Pri nízkych teplotách dochádza k silnému opotrebovaniu v dôsledku kryštalizácie oleja).

Základné pojmy a axiómy dynamiky. Koncept trenia

Študenti musia:

Majte predstavu o hmotnosti tela a zrýchlení gravitácie, o vzťahu medzi silou a kinematickými parametrami pohybu a o dvoch hlavných problémoch dynamiky.

Poznať axiómy dynamika a matematika výraz hlavného zákon dynamiky.

Poznať závislosti na určenie trecej sily.

Dynamika- oddiel teoretickej mechaniky, v ktorom sa vytvára súvislosť medzi pohybom telies a silami, ktoré na ne pôsobia.

V dynamike sa riešia dva typy problémov:

Určte parametre pohybu na základe daných síl;

Sily pôsobiace na teleso sú určené danými kinematickými parametrami pohybu.

Počas translačného pohybu sa všetky body telesa pohybujú rovnako, takže teleso možno brať ako hmotný bod.

Ak sú rozmery telesa v porovnaní s trajektóriou malé, možno ho tiež považovať za hmotný bod a bod sa zhoduje s ťažiskom telesa.

Pri rotačnom pohybe telesa sa body môžu pohybovať odlišne, v tomto prípade možno niektoré ustanovenia dynamiky aplikovať len na jednotlivé body a hmotný objekt možno považovať za súbor hmotných bodov.

Preto sa dynamika delí na dynamiku bodu a dynamiku hmotného systému.

Axiómy dynamiky

Zákony dynamiky zovšeobecňujú výsledky mnohých experimentov a pozorovaní. Zákony dynamiky, ktoré sa zvyčajne považujú za axiómy, sformuloval Newton, ale prvý a štvrtý zákon poznal Galileo. Mechanika založená na týchto zákonoch sa nazýva klasická mechanika.

Prvá axióma(princíp zotrvačnosti)

Akýkoľvek izolovaný materiálový bod je v stave pokoja alebo rovnomerného pohybu a priamočiary pohyb ho nepohne od tento stav.

Tento stav sa nazýva stav zotrvačnosti. Dostať sa z tohto stavu, t.j. dať mu nejaké zrýchlenie, vonkajšiu silu.

Každé teleso (bod) má zotrvačnosť. Mierou zotrvačnosti je telesná hmotnosť.

omša volal množstvo látky v objeme tela, v klasickej mechanike sa považuje za konštantnú hodnotu. Jednotkou hmotnosti je kilogram (kg).

Druhá axióma(Druhý Newtonov zákon je základný zákon dynamiky)

Vzťah medzi silou pôsobiacou na hmotný bod a zrýchlením, ktoré udeľuje, je nasledujúci:

F = to

Kde T - hmotnosť bodu, kg; A- bodové zrýchlenie, m/s 2.

Zrýchlenie udelené materiálu bod sila, úmerná veľkosti sily a zhoduje sa so smerom silu.

Základný zákon dynamiky v diferenciálnej forme:

Všetko teplo na Zemi je ovplyvnené gravitačnou silou, čo je zrýchlenie voľného pádu smerujúceho do stredu Zeme:

Kde g= 9,81 m/s 2, zrýchlenie voľného pádu.

Tretia axióma(tretí Newtonov zákon) Sily interakcie dvoch telies sú rovnaké veľkosť a nasmerované v jednej priamke v rôznych smeroch(Obr. 13.1):

Pri interakcii sú zrýchlenia nepriamo úmerné hmotnosti.

Po štvrtéaxióma(zákon nezávislosti konania dúšok) Každá sila v systéme síl pôsobí tak, ako by pôsobila sama.

Zrýchlenie udelené bodu sústavou síl sa rovná geometrickému súčtu zrýchlení udelených bodu každou silou samostatne.

Pojem trenie. Druhy trenia

Trenie je odpor, ktorý vzniká, keď sa jedno hrubé teleso pohybuje po povrchu druhého. Keď telesá kĺžu, dochádza k klznému treniu a keď sa odvaľujú, dochádza k valivému treniu. Povaha odporu voči pohybu je v rôznych prípadoch rôzna.

Klzné trenie

Dôvodom je mechanický záber výstupkov. Sila odporu proti pohybu pri kĺzaní sa nazýva kĺzavá trecia sila.

Zákony klzného trenia:

1. Posuvná trecia sila je priamo úmerná normálnej tlakovej sile:

Ftr = F f = fR,

Kde R- normálna tlaková sila smerujúca kolmo na nosnú plochu;

f je koeficient klzného trenia.

Keď sa teleso pohybuje po naklonenej rovine

R = G pretože

kde a je uhol sklonu roviny k horizontu.

Trecia sila smeruje vždy v opačnom smere pohyby.

2. Trecia sila sa mení od nuly po určitú maximálnu hodnotu nazývanú statická trecia sila (statické trenie):

F f 0- statické trecia sila (statická trecia sila).

3. Trecia sila počas pohybu je menšia ako statická trecia sila. Trecia sila pri pohybe sa nazýva dynamický trecia sila (F f):

F f ≤ F f 0

Pretože sa normálna tlaková sila v závislosti od hmotnosti a smeru nosnej plochy nemení, rozlišujú sa statické a dynamické koeficienty trenia:

Ff = fR; Ffo = f 0 R.

Koeficient klzného trenia závisí od nasledujúcich faktorov:

Z materiálu: materiály sa delia na trenie(s vysokým koeficientom trenia) a proti treniu(s nízkym koeficientom trenia), napríklad f = 0,14-0,15 (pri kĺzaní ocele po oceli za sucha), f = 0,2-0,3 (pri kĺzaní ocele po textolite);

Z prítomnosti maziva, napríklad f = 0,04-0,05 (keď oceľ kĺže po oceli s mazivom);

Z rýchlosti vzájomného pohybu.

Valivé trenie

Valivý odpor je spojený so vzájomnou deformáciou pôdy a kolesa a je výrazne menší ako klzné trenie.

Zvyčajne sa pôda považuje za mäkšiu ako koleso, potom sa pôda hlavne deformuje a koleso sa musí v každom okamihu prevaliť cez výbežok pôdy. Pre rovnomerné odvaľovanie kolesa je potrebné pôsobiť silou F JlB.

Podmienkou otáčania kolesa je, že pohybový moment nesmie byť menší ako moment odporu:

F dvere> Nk;

N=G;

F dv ≥k

kde k je maximálna hodnota ramena (polovica dráhy) sa berie ako koeficient valivého trenia, rozmer je v centimetroch.

Približné hodnoty k (určené experimentálne): oceľ na oceli - k = 0,005 cm; gumová pneumatika na diaľnici - k= 0,24 cm.

Kvapalné trenie je charakteristické tým, že trecie plochy sú oddelené vrstvou tekutého maziva (olej pod tlakom). Tlak maziva vyrovnáva vonkajšie zaťaženie. Vrstva maziva sa nazýva nosná vrstva. Hrúbka maziva presahuje hrúbku hraničného filmu. Tento režim trenia so svojím vlastným nízkym koeficientom trenia je optimálny pre trecie jednotky z hľadiska straty energie, životnosti a odolnosti proti opotrebovaniu.

V závislosti od tlaku v mazacom filme a spôsobu jeho vzniku sa rozlišuje hydrostatické, hydrodynamické a elastohydrodynamické mazanie.

Odolnosť voči relatívnemu pohybu pevných látok úplne oddelených vrstvou kvapaliny alebo plynu je určená vnútorným trením tohto média, jeho viskozitou. Viskozita sa chápe ako objemová vlastnosť plynnej, kvapalnej alebo polotekutej látky odolávať relatívnemu pohybu častíc, z ktorých sa skladá. Jednoduchý model trenia pre kvapalinové mazanie je znázornený na obrázku 2.5. Dve paralelné dosky A a B nekonečnej dĺžky sú oddelené vrstvou kvapaliny s hrúbkou h.

Keďže molekuly kvapaliny vo vrstvách susediacich s doskami sa na ne lepia, potom na hranici s doskou A je ňou unášaná vonkajšia vrstva kvapaliny a má rýchlosť V A a na hranici s doskou B má kvapalina a. rýchlosť V B = 0. Pre nie príliš veľké Pri rýchlosti pohybu dochádza k laminárnemu prúdeniu tekutiny. Pre takýto prípad je podľa zákona o viskóznom toku formulovaného I. Newtonom vnútorná trecia sila F priamo úmerná gradientu dv/dh a šmykovej ploche S:

F = S (dv/dh), (2,5)

kde je dynamická viskozita maziva, Pa*s.

Rovnaký zákon môže byť reprezentovaný ako:

= (dv/dh), (2,6)

kde je tangenciálne napätie (šmykové napätie) v mieste vo vnútri pohybujúceho sa média.

Obrázok 2.5 - Schéma prúdenia tekutiny medzi dvoma relatívne pohyblivými rovnobežnými doskami A a B: va a vb - rýchlosti dosiek A a B; h je hrúbka vrstvy kvapaliny; F - vnútorná trecia sila

Tie médiá, ktoré sa riadia týmto zákonom úmernosti tangenciálnych napätí derivácie rýchlosti kolmej na treciu plochu, sa nazývajú skutočne viskózne alebo newtonovské. Teória kvapalného mazania bola vytvorená predovšetkým pre newtonovské kvapaliny.

Podmienkou pre realizáciu kvapalného mazania je existencia vrstvy maziva, ktorej hrúbka pri aplikovanom zaťažení presahuje celkovú výšku mikrodrsností stykových plôch. To je možné zabezpečiť v dôsledku vstupu tekutiny do medzery medzi trecími plochami pod vonkajším tlakom - hydrostatickým mazaním, alebo vplyvom tlaku samobudeného vo vrstve tekutiny s relatívnym pohybom plôch. Tento režim mazania sa nazýva hydrodynamický.

Stabilita mazacej vrstvy potrebná pre hydrodynamické trenie závisí od nasledujúcich faktorov: konštrukcia trecej jednotky, rýchlosť relatívneho pohybu trecích plôch, špecifický tlak na ne, viskozita maziva, plocha trecie plochy, veľkosť medzery medzi nimi, teplotný stav trecej jednotky atď.

Podmienky potrebné a dostatočné na vytvorenie hydrodynamického trenia sú:

Prítomnosť maziva, ktoré má okrem svojej hlavnej vlastnosti - viskozity, schopnosť priľnúť k tuhým látkam;

relatívny pohyb hriadeľa a nosných plôch;

prítomnosť medzery, ktorá sa najskôr zužuje a potom rozširuje v smere otáčania.

Najtypickejším príkladom hydrodynamického mazania je činnosť klzného ložiska (obrázok 2.6). Ak je v medzere medzi hriadeľom a ložiskom mazivo, potom keď sa hriadeľ otáča, vrstvy oleja priľnuté na jeho povrchu sa budú pohybovať rovnakou rýchlosťou ako samotný hriadeľ a nesú so sebou priľahlé vrstvy oleja. . Keď sa rýchlosť otáčania hriadeľa zvýši, kvapalina sa nasaje do medzery a tlačí hriadeľ nahor a doľava (hriadeľ sa vznáša nahor).

Ak prevádzkový režim trecej jednotky nestimuluje tvorbu kvapalného mazania, potom iba hraničné mazacie vrstvy chránia povrchy pred kovovým kontaktom a následným katastrofálnym opotrebovaním a zadretím a trecia jednotka pracuje v režime hraničného mazania.

Pri tomto type mazania nie sú vlastnosti trenia a opotrebenia trecích spojov určené objemovými vlastnosťami mazív, ale vlastnosťami hraničných vrstiev vytvorených v dôsledku interakcie aktívnych zložiek maziva. s povrchovými vrstvami trecích párov.

Časový úsek existencie jedného alebo druhého režimu trenia možno odhadnúť pomocou parametra nazývaného „trvanie existencie mazacej vrstvy“ Р Ж Pri Р Ж = 1 je zabezpečené kvapalné trenie, Р Ж = 0 - hraničné trenie alebo. bez maziva, 0 Р Ж 1 - zmiešané trenie.

a - hriadeľ je nehybný (v = 0);

b - poloha hriadeľa počas hydrodynamického mazania;

c - poloha hriadeľa pri v;

O P a O B sú stredy ložiska a hriadeľa

Obrázok 2.6 - Schémy rovnovážnej polohy hriadeľa v ložisku

Vizuálne znázornenie podmienok prechodu jedného režimu trenia do druhého je dané kombináciou Ghercyho diagramu so závislosťou hodnoty parametra RJ, v ktorom koeficient trenia f a parameter RJ súvisia s parametrom * v /N, nazývané číslo Ghercy (tu: - dynamické

viskozita, Pa*s; v - lineárna rýchlosť relatívneho pohybu, m/s; N - vonkajšie zaťaženie mazacej vrstvy, N).

I - trenie bez maziva;

II - trenie s hraničným a zmiešaným mazaním;

III - trenie s kvapalným mazaním

Obrázok 2.7 - Kombinácia Hercyho diagramu so závislosťou trvania existencie mazacej vrstvy od Hercyho čísla

Ďalším prístupom k posudzovaniu režimu trenia je, že pravdepodobnosť realizácie hydrodynamického alebo medzného režimu mazania sa posudzuje podľa špecifickej hrúbky mazacej vrstvy, čo je pomer hodnoty h mazacej vrstvy v zóne minimálnej medzery k charakteristická výška nerovností pracovných plôch týchto častí:

kde Ra1 a Ra2 sú parametre drsnosti pracovných povrchov prvej a druhej kontaktnej časti.

Ak > 3, potom nastáva režim hydrodynamického (kvapalného) mazania, ak< 1 то граничный, если 1 < < 3, то можно допустить реализацию смешанной смазки.

Hydrodynamické mazanie je najpoužívanejším typom kvapalného mazadla v technológii. Vyskytuje sa v ložiskách a klzných ložiskách, v stredných úsekoch zdvihu piesta v skupine valec-piest spaľovacieho motora, vo vysokootáčkových, ľahko zaťažiteľných, dobre zabehnutých prevodoch atď. Koeficient trenia pre hydrodynamické mazanie je zvyčajne 0,001 - 0,01, t.j. straty energie v takýchto spojkách sú veľmi malé.

Klasická teória hydrodynamického mazania je založená na Reynoldsovej diferenciálnej rovnici, ktorá spája hydrodynamický tlak vo vrstve maziva s rýchlosťou pohybu trecích plôch oddelených touto vrstvou, tvarom tejto vrstvy, povahou aplikovaného zaťaženia. , atď. Reynoldsova rovnica je:

kde h je hrúbka vrstvy maziva;

p - lokálny tlak vo vrstve maziva;

Dynamická viskozita;

x a z sú súradnice smerované pozdĺž dĺžky a šírky medzery;

Z je funkcia, ktorá kvalitatívne a kvantitatívne zisťuje vplyv na hydrodynamický tlak p a ním určenú únosnosť mazacej vrstvy, prevádzkový režim trecej jednotky, charakter jej zaťaženia a geometriu kontaktu.

Riešenie Reynoldsovej rovnice tradičnými metódami je možné len pre špeciálne prípady so zavedením okrajových podmienok a zjednodušením predpokladov. V mnohých prípadoch sa teda zanedbáva bočný únik a uvažuje sa o rovinnom prúdení.

Typickým hydrodynamickým výpočtom je výpočet radiálnych stacionárnych klzných ložísk. V týchto výpočtoch nadobúda mimoriadny význam hodnota bezrozmerného parametra Ф, nazývaného faktor zaťaženia (Sommerfeldovo číslo):

kde PN je výslednica tlakových síl vyvinutých v mazacej vrstve;

Relatívna vôľa (pomer radiálnej vôle v ložisku k polomeru hriadeľa r in, = /r in);

S n je oblasť priemetu nosnej plochy na rovinu kolmú na pôsobisko zaťaženia (pre radiálne ložisko S n = ld je tu d priemer hriadeľa; l je dĺžka hriadeľa podpora);

Dynamická viskozita;

Uhlová rýchlosť hriadeľa (= v/r);

i - počet nosných plôch;

Pm = PN/(iSn).

Koeficient zaťaženia charakterizuje pomer hydraulických tlakových síl vyvinutých v mazacej vrstve k silám viskozity.

Ložiská s Ф > 1 sú klasifikované ako vysoko zaťažené (vysoké zaťaženie, nízke otáčky hriadeľa) a s Ф< 1 относятся к высокооборотным (низкие нагрузки, высокие частоты вращения вала). Исходя из величины коэффициента нагруженности определяют относительный эксцентриситет подшипникового узла. Для определения эксцентриситета пользуются специальными таблицами или графиками, полученными в результате решения уравнения Рейнольдса для различных отношений l/d и различных углов охвата.

kde e je absolútna excentricita;

Radiálna vôľa (= r P - r B).

Minimálna hrúbka mazacej vrstvy h min sa určí z výrazu:

h min = (1 -), (2,11)

Hodnota h min sa porovnáva s výškou mikrodrsností stykových plôch podľa rovnice (2.7) a kontroluje sa dodržanie prevádzkových podmienok s hydrodynamickým mazaním. Ak je podmienka< 3 не выполняется, используют масло, имеющее большую вязкость при рабочей температуре.

Pri posudzovaní strát trením v ložisku sa používa aj ďalšie bezrozmerné kritérium - koeficient rotačného odporu:

kde je uhol, ktorý zviera čiara stredov O P O B a čiara pôsobenia zaťaženia P

Znamienko mínus vo vzorci (2.12) sa vzťahuje na ložisko a znamienko plus na hriadeľ.

Hydrostatické mazanie pozostáva z vytvorenia tekutého filmu medzi dosadacími plochami, v ktorom statický tlak vyplývajúci z neustálej cirkulácie kvapaliny podporovanej zvonka vyrovnáva vonkajšie zaťaženie a úplne oddeľuje povrchy trecej jednotky od seba. Hrúbka mazacieho filmu je takmer nezávislá od zaťaženia, nosnosť závisí len málo od relatívnej rýchlosti trecích plôch a prakticky chýba trecí odpor.

Tento spôsob mazania poskytuje väčšiu voľnosť pri výbere konštrukčného riešenia. Jeho jedinečnou výhodou je nízky trecí odpor pri zrýchľovaní stacionárnych častí stroja.

Princíp hydrostatického mazania našiel široké uplatnenie pre mnohé časti strojov, používa sa v nasledujúcich prípadoch:

v axiálnych ložiskách;

pri zdvíhaní hriadeľov ťažkých rotačných strojov na zníženie trenia pri ich zrýchlení;

v radiálnych klzných ložiskách, keď je uhlová rýchlosť hriadeľa nízka na vytvorenie dostatočného tekutého filmu;

vo vodidlách na zníženie trenia v častiach zapojených do lineárneho pohybu;

na udržanie danej medzery medzi povrchmi.

Elastohydrodynamické mazivo (EHD mazivo) sa používa vo valivých ložiskách, ozubených kolesách a vačkových mechanizmoch. Teória mazania EHD sa objavila ako zovšeobecnenie klasickej teórie hydrodynamiky, berúc do úvahy kontaktné podmienky, ktoré ovplyvňujú vlastnosti mazacej kvapaliny a deformáciu kontaktných častí.

Teória EHD nezohľadňuje zmeny viskozity a objemu maziva v závislosti od teploty, ale berie do úvahy zmeny viskozity s tlakom.

Niektoré všeobecné zásady pre mazanie EHD:

pre dané zaťaženie a rýchlosť valcovania je minimálna hrúbka EHD fólie výrazne väčšia ako podľa klasickej teórie;

v rozsahu elastických deformácií povrchov hrúbka EHD fólie málo závisí od zaťaženia.

Zmiešané trenie

Zmiešané trenie (polotekuté mazanie, prechodový proces mazania) je súčtom všetkých alebo aspoň dvoch typov trenia. V tomto prípade je časť trecích plôch v priamom kontakte (trenie bez maziva) a časť je oddelená hraničným filmom (hraničné trenie) alebo vrstvou maziva (hydrodynamické alebo elastohydrodynamické trenie).

K zmiešanému treniu dochádza pri nízkej rýchlosti a vysokom špecifickom tlaku, napríklad pri štartovaní alebo zastavení stroja. Potom mazivo úplne neoddelí trecie plochy spolupôsobiacich častí. Časť normálneho zaťaženia sa prenáša kontaktnými mikrodutinami a časť sa prenáša cez vrstvu maziva (obrázok 2.8).

v - rýchlosť relatívneho pohybu;

1 - veľkosť deformácie;

Sila trenia v pozemských podmienkach sprevádza akýkoľvek pohyb telies. Nastáva, keď sa dve telesá dostanú do kontaktu, ak sa tieto telesá navzájom pohybujú. Trecia sila smeruje vždy po styčnej ploche, na rozdiel od elastickej sily, ktorá smeruje kolmo (obr. 1, obr. 2).

Ryža. 1. Rozdiel medzi smermi trecej sily a elastickej sily

Ryža. 2. Povrch pôsobí na blok a blok pôsobí na povrch

Existujú suché a nevysušené typy trenia. Suchý typ trenia nastáva pri kontakte pevných telies.

Uvažujme blok ležiaci na vodorovnej ploche (obr. 3). Pôsobí naň gravitácia a pozemná reakčná sila. Pôsobme na blok malou silou , smerované pozdĺž povrchu. Ak sa blok nepohybuje, znamená to, že aplikovaná sila je vyvážená inou silou, ktorá sa nazýva statická trecia sila.

Ryža. 3. Statická trecia sila

Statická trecia sila () opačným smerom a rovnakou veľkosťou ako sila, ktorá má tendenciu pohybovať telesom rovnobežne s povrchom jeho kontaktu s iným telesom.

Keď sa „strižná“ sila zvyšuje, blok zostáva v pokoji, a preto sa zvyšuje aj statická trecia sila. S určitou dostatočne veľkou silou sa blok začne pohybovať. To znamená, že statická trecia sila sa nemôže zvyšovať donekonečna – existuje horná hranica, za ktorou nemôže byť. Hodnota tohto limitu je maximálna statická trecia sila.

Vyvinieme tlak na blok pomocou dynamometra.

Ryža. 4. Meranie trecej sily pomocou dynamometra

Ak naň dynamometer pôsobí silou, potom môžete vidieť, že maximálna statická trecia sila sa zvyšuje s rastúcou hmotnosťou bloku, to znamená so zvyšujúcou sa gravitáciou a silou reakcie podpory. Ak sa vykonajú presné merania, ukážu, že maximálna statická trecia sila je priamo úmerná sile reakcie podpory:

kde je modul maximálnej statickej trecej sily; N– reakčná sila zeme (normálny tlak); – koeficient statického trenia (proporcionalita). Preto je maximálna statická trecia sila priamo úmerná normálnej tlakovej sile.

Ak vykonáte experiment s dynamometrom a blokom konštantnej hmotnosti, pričom blok otáčate na rôzne strany (zmena oblasti kontaktu so stolom), môžete vidieť, že maximálna statická trecia sila sa nemení (obr. 5). V dôsledku toho maximálna statická trecia sila nezávisí od kontaktnej plochy.

Ryža. 5. Maximálna hodnota statickej trecej sily nezávisí od kontaktnej plochy

Presnejšie štúdie ukazujú, že statické trenie je úplne určené silou pôsobiacou na telo a vzorec.

Sila statického trenia nie vždy bráni pohybu telesa. Napríklad statická trecia sila pôsobí na podrážku topánky, udeľuje zrýchlenie a umožňuje kráčať po zemi bez pošmyknutia (obr. 6).

Ryža. 6. Sila statického trenia pôsobiaca na podrážku topánky

Ďalší príklad: statická trecia sila pôsobiaca na koleso automobilu vám umožňuje začať sa pohybovať bez šmyku (obr. 7).

Ryža. 7. Sila statického trenia pôsobiaca na koleso automobilu

Pri remeňových pohonoch pôsobí aj statická trecia sila (obr. 8).

Ryža. 8. Sila statického trenia v remeňových pohonoch

Ak sa teleso pohybuje, potom trecia sila pôsobiaca naň z povrchu nezmizne, tento typ trenia sa nazýva klzné trenie. Merania ukazujú, že sila klzného trenia je takmer rovnaká ako maximálna statická trecia sila (obr. 9).

Ryža. 9. Kĺzavá trecia sila

Posuvná trecia sila je vždy nasmerovaná proti rýchlosti pohybu telesa, to znamená, že bráni pohybu. V dôsledku toho, keď sa teleso pohybuje iba pod vplyvom trenia, udeľuje mu negatívne zrýchlenie, to znamená, že rýchlosť tela neustále klesá.

Veľkosť sily klzného trenia je tiež úmerná sile normálneho tlaku.

kde je modul sily klzného trenia; N– reakčná sila zeme (normálny tlak); – koeficient klzného trenia (proporcionalita).

Obrázok 10 znázorňuje graf trecej sily v závislosti od použitej sily. Zobrazuje dve rôzne oblasti. Prvý úsek, v ktorom sa trecia sila zvyšuje so zvyšujúcou sa aplikovanou silou, zodpovedá statickému treniu. Druhý úsek, v ktorom trecia sila nezávisí od vonkajšej sily, zodpovedá klznému treniu.

Ryža. 10. Graf trecej sily verzus aplikovaná sila

Koeficient klzného trenia sa približne rovná koeficientu statického trenia. Koeficient klzného trenia je zvyčajne menší ako jedna. To znamená, že klzná trecia sila je menšia ako normálna tlaková sila.

Koeficient klzného trenia je charakteristický pre vzájomné trenie dvoch telies, závisí od toho, z akých materiálov sú telesá vyrobené a ako dobre sú povrchy opracované (hladké alebo drsné).

Pôvod statických a klzných trecích síl je daný tým, že akýkoľvek povrch na mikroskopickej úrovni nie je rovný, na akomkoľvek povrchu sú vždy prítomné mikroskopické nehomogenity (obr. 11).

Ryža. 11. Povrchy telies na mikroskopickej úrovni

Keď sa dve telesá, ktoré sú v kontakte, pokúšajú pohybovať sa voči sebe navzájom, tieto diskontinuity sa zapoja a zabránia tomuto pohybu. Pri malom množstve aplikovanej sily stačí tento záber na zabránenie pohybu telies, takže vzniká statické trenie. Keď vonkajšia sila prekročí maximálne statické trenie, záber drsnosti nestačí na udržanie telies a začnú sa voči sebe pohybovať, pričom medzi telesami pôsobí klzná trecia sila.

K tomuto typu trenia dochádza, keď sa telesá prevaľujú cez seba alebo keď sa jedno teleso prevaľuje po povrchu druhého. Valivé trenie, podobne ako klzné trenie, dodáva telu negatívne zrýchlenie.

Vznik valivej trecej sily je spôsobený deformáciou valivého telesa a nosnej plochy. Koleso umiestnené na vodorovnom povrchu ho teda deformuje. Pri pohybe kolesa sa deformácie nestihnú spamätať, preto musí koleso neustále stúpať do malého kopca, čo spôsobuje moment sily, ktorý spomalí odvaľovanie.

Ryža. 12. Vznik valivej trecej sily

Veľkosť valivej trecej sily je spravidla mnohonásobne menšia ako klzná trecia sila, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké. Vďaka tomu je rolovanie bežným typom pohybu v technológii.

Keď sa pevné teleso pohybuje v kvapaline alebo plyne, pôsobí naň odporová sila z média. Táto sila smeruje proti rýchlosti tela a spomaľuje pohyb (obr. 13).

Hlavnou črtou ťahovej sily je, že vzniká iba za prítomnosti relatívneho pohybu telesa a jeho prostredia. To znamená, že v kvapalinách a plynoch neexistuje statická trecia sila. To vedie k tomu, že človek dokáže po vode pohnúť aj s ťažkým člnom.

Ryža. 13. Odporová sila pôsobiaca na teleso pri pohybe v kvapaline alebo plyne

Modul sily odporu závisí od:

Od veľkosti tela a jeho geometrického tvaru (obr. 14);

Podmienky povrchu tela (obr. 15);

Vlastnosti kvapaliny alebo plynu (obr. 16);

Relatívna rýchlosť telesa a jeho prostredia (obr. 17).

Ryža. 14. Závislosť modulu sily odporu od geometrického tvaru

Ryža. 15. Závislosť modulu sily odporu od stavu povrchu tela

Ryža. 16. Závislosť modulu odporovej sily od vlastností kvapaliny alebo plynu

Ryža. 17. Závislosť modulu sily odporu od relatívnej rýchlosti telesa a jeho prostredia

Obrázok 18 ukazuje graf sily odporu v závislosti od rýchlosti tela. Pri relatívnej rýchlosti rovnej nule odporová sila nepôsobí na telo. Keď sa relatívna rýchlosť zvyšuje, odporová sila rastie najskôr pomaly a potom sa rýchlosť rastu zvyšuje.

Ryža. 18. Graf sily odporu versus rýchlosť tela

Pri nízkych relatívnych rýchlostiach je odporová sila priamo úmerná veľkosti tejto rýchlosti:

kde je relatívna rýchlosť; – koeficient odporu, ktorý závisí od typu viskózneho média, tvaru a veľkosti telesa.

Ak je relatívna rýchlosť dostatočne veľká, potom sa odporová sila stane úmernou druhej mocnine tejto rýchlosti.

kde je relatívna rýchlosť; - koeficient odporu.

Výber vzorca pre každý konkrétny prípad je určený empiricky.

Teleso s hmotnosťou 600 g sa rovnomerne pohybuje po vodorovnej ploche (obr. 19). Zároveň naň pôsobí sila, ktorej veľkosť je 1,2 N. Určte hodnotu súčiniteľa trenia medzi telesom a povrchom.