V skladu z GOST 27674–88 obstajata dve glavni vrsti trenja:

– trenje brez maziva;

– trenje z mazivom.

Posebej nevarno velja za trenje juvenilnih (golih) površin. Nanaša se na trenje brez maziva in je značilna neposredna interakcija med trdnimi telesi brez tretje faze med njimi (na primer oksidnega filma), ki bi lahko opravljala mazalno funkcijo.

Juvenilna površina nosi precejšnjo zalogo proste površinske energije in je zato zanjo značilna visoka adsorpcijska sposobnost. Koeficient trenja med interakcijo mladostnih površin doseže 6–7 enot in ga spremljajo zasegi površin (zaseg).

Kovinska površina lahko ohrani svoje juvenilne lastnosti samo v pogojih visokega vakuuma ali v atmosferi inertnega plina, kar nastane, ko se deli obrabijo v primerih, ko se oksidni filmi ločijo in trdne snovi pridejo v neposreden stik. Ta pojav se najpogosteje pojavi med trenjem delov iz homogenih materialov, na primer jekla na jeklu.

Pri suhem trenju med drgnimi površinami praktično ni maziva. V tem primeru opazimo mehansko sprijemanje mikrohrapavosti in molekularno interakcijo površin v kontaktnih conah. V tem primeru je sila trenja izražena z Amontonovo-Coulombovim zakonom:

Kje n- Normalna moč;

f- koeficient drsnega trenja.

Koeficient f je odvisna od velikosti mikro- in makrohrapavosti površin, hitrosti njihovega relativnega drsenja, fizikalnih lastnosti drgljivih materialov in temperature. Vrednost koeficienta trenja f"čiste" kovine za kovinske pare leži v območju od 0,06 do 0,20. Z mejnim (polsuhim, poltekočim) trenjem se molekule olja adsorbirajo s kristalno mrežo kovine in tvorijo več plasti urejenih molekul, debelih približno 0,1 mikrona. S tem je mogoče nekoliko zmanjšati plastično deformacijo kovin in s tem zmanjšati izjemno negativne posledice suhega trenja. Pri tekočem trenju se stik med površinami nadomesti s trenjem med plastmi maziva. Koeficient trenja je izražen z razmerjem:

Kje A- sorazmernostni koeficient;

dinamični koeficient viskoznosti;

V- hitrost relativnega gibanja;

n- Normalna moč.

Obstajata tekoče in mejno trenje z mazivom.

Tekočinsko trenje se pojavi v prisotnosti vmesne plasti maziva, ki popolnoma ločuje drgne površine. Za procese trenja in obrabe ni značilen material drgnjenih delov, temveč viskoznost mazalne plasti, zasnova in način delovanja povezave.

Debelina plasti maziva, m,

(2.4)

kjer je premer gredi, m;

Absolutna viskoznost olja, Ns/m2;

Frekvenca vrtenja gredi, s -1;

Razdalja (razlika med premerom ležaja in gredi), m;

Popravek za končno dolžino ležaja.

Ko se debelina oljne plasti zmanjša, se drgne površine približajo. Ko se med procesom približevanja doseže položaj, v katerem nista ločena s plastjo maziva, temveč z oljnim filmom molekularne debeline, pride do mejnega trenja.

Mejno trenje nastane pod delovanjem molekularnih sil drgnih površin, mazivo se trdno adsorbira na tornih površinah. Polarni konci molekul maziva tvorijo "molekularno palisado" na tornih površinah.

Mejna faza oljnega filma, ki je pod obojestranskim vplivom molekularnih sil, pridobi: kvazi-trdno stanje z odklopnim pritiskom, ki zagotavlja močno odpornost na nastanek kovinskega stika; spolzko stanje, ki spominja na milo, navlaženo z vodo. Te lastnosti ščitijo drgnjene površine pred uničenjem.

Pri tekočem trenju sploh ne sme biti stika drgnih površin, pa tudi njihove obrabe. V skladu s hidrostatsko teorijo mazanja je tudi brez neposrednega stika še vedno opazna rahla obraba površin kot posledica fizikalno-kemijskih, vključno z elektrostatičnimi procesi, ki nastanejo med drgnimi površinami in njihovim stikom z mazivom.

V skladu z GOST 27674–88 se razlikujejo tri vrste obrabe (slika 2.3).

Mehanska obraba(Mehanska obraba) nastane kot posledica mehanskih vplivov.

Najpogostejša vrsta mehanske obrabe je abrazivna obraba.

Abrazivna obraba Abrazivna obraba je mehanska obraba materiala, ki je posledica rezanja ali praskanja trdnih teles ali trdnih delcev.

Ko trdi abrazivni delci pridejo na drgne površine, se površina opraska s tvorbo ostružkov. Praskanje je nastanek vdolbin na torni površini v smeri drsenja, ko je izpostavljen izboklinam trdnega telesa ali trdnih delcev. Abrazivni delci lahko prihajajo iz okolice zaradi nezadostne filtracije maziva ali nastanejo med uničenjem mikrovolumenov drgnih površin.

Primer povsem abrazivne obrabe je obraba zavornih oblog in bobnov ali diskov, vrtljivih in vzmetnih zgibov avtomobila.

Vodni curek in plinski abraziv(Hidroabrazivna (gasoabrazivna) obraba) obraba je vrsta abrazivne obrabe in nastane kot posledica delovanja trdnih snovi ali trdnih delcev, ki jih odnaša tok tekočine (plina).

Primer vodno-abrazivne obrabe je obraba elementov zobniških oljnih črpalk, cevovodov, batnih parov opreme za gorivo in plinsko-abrazivne obrabe - kompresorskih valjev, zračnih curkov uplinjača.

Hidroerozija (plinska erozija)(Hidroerozivna (gaserozivna) obraba) obraba nastane kot posledica vpliva toka tekočine (plina) na material.

Obrabo zaradi plinske erozije opazimo na delovnih površinah plošč izpušnih ventilov motorja, na površini valjev motorja, obrabo zaradi vodne erozije pa opazimo na površini šob uplinjača.

Kavitacijska obraba Kavitacijska obraba je mehanska obraba, ki jo povzroči premikanje trdnega telesa glede na tekočino, pri čemer se mehurčki plina sesedejo blizu površine in ustvarijo visok lokalni udarni tlak ali visoko temperaturo.

Zelo značilen vzorec kavitacijske obrabe na rezilih in ohišju vodne črpalke motorja.

Utrujenost obrabe Utrujalna obraba je mehanska obraba, ki nastane zaradi utrujenosti zaradi ponavljajoče se deformacije mikrovolumenov materiala površinske plasti.

Utrujajoča obraba se lahko pojavi tako zaradi kotalnega kot zaradi drsnega trenja. Na primer na vodilih ležajev, površinah zob zobnikov, odmikačih itd.

Utrujena obraba Fretting obraba je mehanska obraba teles v stiku med oscilacijskim relativnim mikropomikom. Na primer: obraba stičnih točk ležajev ročične gredi in ležišča v ohišju motorja in pokrovu.

Nosite ob zasegu(Lepilna obraba) nastane kot posledica strjevanja, globokega trganja materiala, njegovega prenašanja z ene površine na drugo in vpliva nastalih nepravilnosti na naležno površino. Privede do prask, zagozditve in uničenja mehanizmov. Takšna obraba je posledica prisotnosti lokalnih stikov med drgnimi površinami, na katerih zaradi visokih obremenitev in hitrosti poči oljni film, pride do močnega segrevanja in "varjenja" kovinskih delcev. Z nadaljnjim relativnim premikanjem površin se vezi prekinejo. Tipičen primer je zagozditev ročične gredi in batnih obročkov.

Korozijsko-mehanska obraba(Mehanokorozivna obraba) se pojavi z oksidativno obrabo in fretting korozijo.

pri oksidativna obraba(Oksidativna obraba) je prevladujoča kemična reakcija materiala s kisikom ali oksidacijskim okoljem. Zaradi oksidacije materiala s kisikom nastanejo tanki filmi, ki se nato z mehanskim trenjem odstranijo s torne površine, izpostavljene površine pa ponovno oksidirajo. Takšno obrabo opazimo na delih cilindrsko-batne skupine, hidravličnega zavornega sistema in servo volana.

Obraba zaradi fretting korozije(Fretting korozijska obraba) se pojavi pri majhnih oscilatornih relativnih gibih kontaktnih teles med seboj v korozivnem okolju, zlasti v pogojih vibracij.

Obraba zaradi električne erozije(Elektroerozivna obraba) se kaže v erozivni obrabi površine kot posledica izpostavljenosti razelektritvam med prehodom električnega toka, na primer med elektrodami vžigalne svečke, kontakti prekinjevalnika itd.

S trenjem se srečujemo, ko premikamo nekatera telesa relativno drugo glede na drugega (kinetično trenje) ali poskušamo spraviti mirujoča telesa v gibanje (statično trenje). Trenje nastane, ko se dve telesi, ki se gibljeta relativno drug proti drugemu, dotakneta svojih zunanjih površin (zunanje trenje) ali ko se elementi zgradbe telesa (atomi, molekule) premikajo relativno drug glede na drugega (notranje trenje). Notranje trenje se lahko pojavi v tekočinah, plinih in trdnih snoveh. Razvrstitev vrst trenja je predstavljena v tabeli. 2.5. Pri trenju se poleg mehanskih pojavljajo toplotni, električni, magnetni in drugi pojavi. Tabela 2.5

Kinetično trenje(trenje gibanja) - nastane, ko se katera koli telesa med seboj premikajo.

Statično trenje(statično trenje) - nastane, ko se mirujoče telo začne premikati iz stanja mirovanja.

Zunanje trenje- nastane, ko dve telesi, ki se premikata relativno drug proti drugemu, prideta v stik s svojima zunanjima površinama.

Notranje trenje– ko se elementi zgradbe telesa (atomi, molekule) premikajo relativno drug glede na drugega. Pojavlja se v trdnih snoveh, tekočinah in plinih.

Trenje brez maziva(suho trenje) – trenje dveh teles v odsotnosti kakršne koli vrste maziva na torni površini.

Trenje z mazivom(fluid friction) – trenje dveh teles v prisotnosti katere koli vrste maziva, vnesenega na torno površino.

Drsno trenje– trenje gibanja dveh trdnih teles, pri katerem sta hitrosti teles na stičnih točkah različni po velikosti in smeri ali po velikosti ali smeri (slika 2.1).

Kotalno trenje– trenje gibanja dveh trdnih teles, pri katerem sta njuni hitrosti na stičnih točkah enaki po velikosti in smeri (sl. 2.2) Sl. 2.2

Mejno trenje– trenje v prisotnosti mejnega mazalnega filma.

Z analizo zgornjih definicij različnih vrst trenja lahko oblikujemo splošno definicijo procesa trenja.

Lubrikant– material, ki se vnese na torno površino za zmanjšanje sile trenja (FTR) in stopnje obrabe (olja - površinsko aktivne snovi ni mogoče popolnoma iztisniti. Pri nizkih temperaturah pride do močne obrabe zaradi kristalizacije olja).

Osnovni pojmi in aksiomi dinamike. Koncept trenja

Študenti morajo:

Imejte predstavo o masi telesa in gravitacijskem pospešku, razmerju med silo in kinematičnimi parametri gibanja ter o dveh glavnih težavah dinamike.

Spoznajte aksiome dinamika in matematika izraz glavnega zakon dinamike.

Spoznajte odvisnosti za določitev sile trenja.

Dinamika- del teoretične mehanike, v katerem se ugotavlja povezava med gibanjem teles in silami, ki delujejo nanje.

V dinamiki se rešujeta dve vrsti problemov:

Določanje parametrov gibanja na osnovi danih sil;

Sile, ki delujejo na telo, so določene z danimi kinematskimi parametri gibanja.

Pri translacijskem gibanju se vse točke telesa gibljejo enako, zato lahko telo štejemo za materialno točko.

Če so dimenzije telesa majhne v primerjavi s trajektorijo, ga lahko obravnavamo tudi kot materialno točko in točka sovpada s težiščem telesa.

Med rotacijskim gibanjem telesa se lahko točke gibljejo različno, v tem primeru lahko nekatere določbe dinamike uporabimo le za posamezne točke, materialni objekt pa lahko obravnavamo kot zbirko materialnih točk.

Zato dinamiko delimo na dinamiko točke in dinamiko materialnega sistema.

Aksiomi dinamike

Zakoni dinamike posplošujejo rezultate številnih poskusov in opazovanj. Zakone dinamike, ki jih običajno obravnavamo kot aksiome, je oblikoval že Newton, vendar sta prvi in ​​četrti zakon poznala Galileo. Mehanika, ki temelji na teh zakonih, se imenuje klasična mehanika.

Prvi aksiom(načelo vztrajnosti)

Vsaka izolirana materialna točka je v stanju mirovanja ali enakomernega in pravokotnega gibanja; uporabljene sile je ne bodo premaknile od ta pogoj.

To stanje imenujemo stanje vztrajnosti. Izstopite iz tega stanja, tj. dajte mu nekaj pospeška, zunanje sile.

Vsako telo (točka) ima vztrajnost. Merilo vztrajnosti je telesna masa.

maša klical količino snovi v prostornini telesa, v klasični mehaniki velja za konstantno vrednost. Enota za maso je kilogram (kg).

Drugi aksiom(Drugi Newtonov zakon je temeljni zakon dinamike)

Razmerje med silo, ki deluje na materialno točko, in pospeškom, ki ga povzroča, je naslednje:

F = to

Kje T - masa točke, kg; A- točkovni pospešek, m/s 2.

Pospeševanje materiala točka sila, sorazmerna z velikostjo sile in sovpada s smerjo moč.

Osnovni zakon dinamike v diferencialni obliki:

Vsa toplota na Zemlji je pod vplivom gravitacijske sile, ki je pospešek prostega pada, usmerjen proti središču Zemlje:

Kje g= 9,81 m/s 2, pospešek prostega pada.

Tretji aksiom(Tretji Newtonov zakon) Sile interakcije dveh teles so enake v velikost in usmerjena v eno ravno črto v različne smeri(Slika 13.1):

Pri medsebojnem delovanju so pospeški obratno sorazmerni z masami.

Četrtičaksiom(zakon neodvisnosti delovanja sip) Vsaka sila v sistemu sil deluje tako, kot bi delovala sama.

Pospešek, ki ga točki posreduje sistem sil, je enak geometrijski vsoti pospeškov, ki jih točki posreduje vsaka sila posebej.

Koncept trenja. Vrste trenja

Trenje je upor, ki nastane, ko se eno hrapavo telo premika po površini drugega. Pri drsenju teles nastane drsno trenje, pri kotaljenju pa kotalno trenje. Narava odpornosti proti gibanju je v različnih primerih različna.

Drsno trenje

Razlog je mehansko vprijemanje izrastkov. Imenuje se sila upora gibanja pri drsenju sila drsnega trenja.

Zakoni drsnega trenja:

1. Sila drsnega trenja je neposredno sorazmerna s silo normalnega tlaka:

F tr = F f = fR,

Kje R- normalna sila pritiska, usmerjena pravokotno na podporno površino;

f je koeficient drsnega trenja.

Ko se telo giblje po nagnjeni ravnini

R = G ker a,

kjer je a kot naklona ravnine glede na obzorje.

Sila trenja je vedno usmerjena v nasprotni smeri gibanja.

2. Sila trenja se spreminja od nič do določene največje vrednosti, ki se imenuje sila statičnega trenja (statično trenje):

F f 0- statična sila trenja (statična sila trenja).

3. Sila trenja med gibanjem je manjša od sile statičnega trenja. Sila trenja med gibanjem se imenuje dinamično sila trenja (Ff):

F f ≤ F f 0

Ker se normalna tlačna sila, odvisno od teže in smeri podporne površine, ne spremeni, ločimo statične in dinamične koeficiente trenja:

Ff = fR; F fo = f 0 R.

Koeficient drsnega trenja odvisno od naslednjih dejavnikov:

Iz gradiva: materiale delimo na trenje(z visokim koeficientom trenja) in proti trenju(z nizkim koeficientom trenja), na primer f = 0,14-0,15 (pri drsenju jekla na suhem jeklu), f = 0,2-0,3 (pri drsenju jekla po tekstolitu);

Od prisotnosti maziva, na primer f = 0,04-0,05 (ko jeklo drsi po mazanem jeklu);

Od hitrosti medsebojnega gibanja.

Kotalno trenje

Kotalni upor je povezan z medsebojno deformacijo tal in kolesa in je bistveno manjši od drsnega trenja.

Običajno velja, da je zemlja mehkejša od kolesa, potem je zemlja v glavnem deformirana in kolo se mora v vsakem trenutku prevaliti čez izboklino zemlje. Za enakomerno kotaljenje kolesa je potrebna sila F JlB.

Pogoj, da se kolo kotali, je, da gibalni moment ne sme biti manjši od momenta upora:

F vrata> Nk;

N=G;

F dv ≥k

kjer je k največja vrednost roba (polovica koloteka) se vzame kot koeficient kotalnega trenja, dimenzija je centimetri.

Približne vrednosti k (določene eksperimentalno): jeklo na jeklu - k = 0,005 cm; guma na avtocesti - k= 0,24 cm.

Za tekoče trenje je značilno, da so drgne površine ločene s plastjo tekočega maziva (olje pod pritiskom). Tlak maziva uravnava zunanjo obremenitev. Plast maziva se imenuje podporna plast. Debelina maziva presega debelino mejnega filma. Ta način trenja z nizkim koeficientom trenja je optimalen za torne enote z vidika izgube energije, vzdržljivosti in odpornosti proti obrabi.

Glede na tlak v mazalnem filmu in način njegovega nastanka ločimo hidrostatično, hidrodinamično in elastohidrodinamično mazanje.

Odpor proti relativnemu gibanju trdnih snovi, popolnoma ločenih s plastjo tekočine ali plina, je določen z notranjim trenjem tega medija, njegovo viskoznostjo. Viskoznost razumemo kot volumetrično lastnost plinaste, tekoče ali poltekoče snovi, da se upira relativnemu gibanju svojih sestavnih delcev. Preprost model trenja za tekoče mazanje je prikazan na sliki 2.5. Dve neskončno dolgi vzporedni plošči A in B sta ločeni s plastjo tekočine debeline h.

Ker se molekule tekočine v plasteh, ki mejijo na plošče, lepijo nanje, potem na meji s ploščo A zunanjo plast tekočine odnese z njo in ima hitrost V A, na meji s ploščo B pa ima tekočina hitrost V B = 0. Za ne prevelike Pri hitrostih gibanja nastane laminarni tok tekočine. Za tak primer je po zakonu viskoznega toka, ki ga je formuliral I. Newton, sila notranjega trenja F neposredno sorazmerna z gradientom dv/dh in strižno površino S:

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

kjer je dinamična viskoznost maziva, Pa*s.

Isti zakon je mogoče predstaviti kot:

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

kjer je tangencialna napetost (strižna napetost) na mestu znotraj gibljivega medija.

Slika 2.5 - Shema toka tekočine med dvema relativno gibljivima vzporednima ploščama A in B: v a in v b - hitrosti plošč A in B; h je debelina plasti tekočine; F - sila notranjega trenja

Tisti mediji, ki upoštevajo ta zakon sorazmernosti tangencialnih napetosti odvoda hitrosti, ki je normalen na območje trenja, se imenujejo resnično viskozni ali Newtonovi. Teorija tekočega mazanja je bila ustvarjena predvsem za Newtonove tekočine.

Pogoj za izvedbo tekočega mazanja je obstoj sloja maziva, katerega debelina pod obremenitvami presega skupno višino mikrohrapavosti parnih površin. To se lahko zagotovi zaradi vstopa tekočine v režo med tornimi površinami pod zunanjim pritiskom - hidrostatsko mazanje ali pod vplivom tlaka, ki se sam vzbuja v plasti tekočine z relativnim gibanjem površin. Ta način mazanja se imenuje hidrodinamični.

Stabilnost mazalne plasti, ki je potrebna za hidrodinamično trenje, je odvisna od naslednjih dejavnikov: konstrukcije torne enote, hitrosti relativnega gibanja drgnih površin, specifičnega pritiska na njih, viskoznosti maziva, površine drgne površine, velikost reže med njimi, temperaturno stanje torne enote itd.

Pogoji, ki so potrebni in zadostni za ustvarjanje hidrodinamičnega trenja, so:

Prisotnost maziva, ki ima poleg svoje glavne lastnosti - viskoznosti, sposobnost oprijema na trdne snovi;

relativno gibanje gredi in ležajnih površin;

prisotnost reže, ki se najprej zoži in nato razširi v smeri vrtenja.

Najbolj značilen primer hidrodinamičnega mazanja je delovanje drsnega ležaja (slika 2.6). Če je v reži med gredjo in ležajem mazivo, se bodo pri vrtenju gredi plasti olja, ki se držijo njene površine, premikale z enako hitrostjo kot sama gred in bodo s seboj nosile sosednje plasti olja. . Ko se hitrost vrtenja gredi poveča, se tekočina vleče v režo in potisne gred navzgor in v levo (gred plava navzgor).

Če način delovanja torne enote ne spodbuja nastajanja tekočega mazanja, potem samo mejne mazalne plasti ščitijo površine pred kovinskim stikom in kasnejšo katastrofalno obrabo in zagozdenjem, torna enota pa deluje v načinu mejnega mazanja.

Pri tej vrsti mazanja lastnosti proti trenju in proti obrabi drgnih spojev niso določene z volumetričnimi lastnostmi maziv, temveč z lastnostmi mejnih plasti, ki nastanejo kot posledica interakcije aktivnih komponent maziva. s površinskimi plastmi tornih parov.

Delež časa obstoja enega ali drugega načina trenja je mogoče oceniti s parametrom, imenovanim "trajanje obstoja mazalne plasti" Р Ж. Pri R Ж = 1 je zagotovljeno tekoče trenje, Р Ж = 0 - mejno trenje oz. brez maziva, 0 Р Ж 1 - mešano trenje.

a - gred miruje (v = 0);

b - položaj gredi med hidrodinamičnim mazanjem;

c - položaj gredi pri v;

O P in O B - središča ležaja in gredi

Slika 2.6 - Sheme ravnotežnega položaja gredi v ležaju

Vizualni prikaz pogojev za prehod enega načina trenja v drugega je podan s kombinacijo Ghercyjevega diagrama z odvisnostjo vrednosti parametra RJ, v katerem sta koeficient trenja f in parameter RJ povezana s parametrom * v /N, imenovano Ghercyjevo število (tukaj: - dinamično

viskoznost, Pa * s; v - linearna hitrost relativnega gibanja, m/s; N - zunanja obremenitev mazalne plasti, N).

I - trenje brez maziva;

II - trenje z mejnim in mešanim mazanjem;

III - trenje s tekočim mazanjem

Slika 2.7 - Kombinacija Hercyjevega diagrama z odvisnostjo trajanja obstoja mazalne plasti od Hercyjevega števila

Drug pristop k ocenjevanju tornega režima je, da se verjetnost izvedbe hidrodinamičnega ali mejnega režima mazanja ocenjuje s specifično debelino mazalne plasti, ki je razmerje med vrednostjo h mazalne plasti v območju najmanjše reže in značilna višina neenakosti delovnih površin teh delov:

kjer sta R a1 in R a2 parametra hrapavosti delovnih površin prvega oziroma drugega kontaktnega dela.

Če je > 3, potem poteka hidrodinamični (tekoči) način mazanja, če< 1 то граничный, если 1 < < 3, то можно допустить реализацию смешанной смазки.

Hidrodinamično mazanje je najbolj razširjena vrsta tekočih maziv v tehnologiji. Pojavlja se v ležajih in drsnih ležajih, v srednjih odsekih giba bata v skupini valj-bat motorja z notranjim zgorevanjem, v hitrih, lahko obremenjenih, dobro utečenih zobnikih itd. Koeficient trenja za hidrodinamično mazanje je običajno 0,001 - 0,01, kar pomeni, da so izgube energije v takšnih sklopkah zelo majhne.

Klasična teorija hidrodinamičnega mazanja temelji na Reynoldsovi diferencialni enačbi, ki povezuje hidrodinamični tlak v plasti maziva s hitrostjo gibanja tornih površin, ločenih s to plastjo, obliko te plasti, naravo uporabljene obremenitve. itd. Reynoldsova enačba je:

kjer je h debelina plasti maziva;

p - lokalni tlak v plasti maziva;

dinamična viskoznost;

x in z sta koordinati, usmerjeni vzdolž dolžine oziroma širine reže;

Z je funkcija, ki kvalitativno in kvantitativno ugotavlja vpliv na hidrodinamični tlak p in z njim določeno nosilnost mazalne plasti, način delovanja torne enote, naravo njene obremenitve in geometrijo kontakta.

Reševanje Reynoldsove enačbe s tradicionalnimi metodami je možno le za posebne primere z uvedbo robnih pogojev in poenostavitvijo predpostavk. Tako se v mnogih primerih bočno puščanje zanemari in upošteva primer ravninskega toka.

Tipičen hidrodinamični izračun je izračun radialnih stacionarno obremenjenih drsnih ležajev. Pri teh izračunih ima poseben pomen vrednost brezdimenzijskega parametra Ф, imenovanega faktor obremenitve (Sommerfeldovo število):

kjer je P N rezultanta tlačnih sil, ki se razvijejo v mazalnem sloju;

Relativna zračnost (razmerje med radialno zračnostjo v ležaju in polmerom gredi r in = /r in);

S n je območje projekcije podporne površine na ravnino, pravokotno na linijo delovanja obremenitve (za radialni ležaj S n = ld, tukaj je d premer gredi; l je dolžina gredi podpora);

dinamična viskoznost;

kotna hitrost gredi (= v/r);

i - število podpornih površin;

P m = P N / (i S n).

Faktor obremenitve označuje razmerje med silami hidravličnega tlaka, ki se razvijejo v mazalnem sloju, in silami viskoznosti.

Ležaji s F > 1 so visoko obremenjeni (visoke obremenitve, nizki vrtljaji gredi), s F< 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.

kjer je e absolutna ekscentričnost;

Radialna zračnost (= r P - r B).

Najmanjša debelina mazalne plasti h min se določi iz izraza:

h min = (1 -), (2.11)

Vrednost h min primerjamo z višino mikrohrapavosti kontaktnih površin v skladu z enačbo (2.7) in preverimo skladnost s pogoji delovanja s hidrodinamičnim mazanjem. Če pogoj< 3 не выполняется, используют масло, имеющее большую вязкость при рабочей температуре.

Pri ocenjevanju tornih izgub v ležaju se uporablja tudi drugo brezdimenzionalno merilo - koeficient rotacijskega upora:

kjer je kot, ki ga tvorita središčna črta O P O B in delovna črta bremena P

Znak minus v formuli (2.12) se nanaša na ležaj, znak plus pa na gred.

Hidrostatično mazanje je sestavljeno iz tvorbe tekočega filma med parnimi površinami, v katerem statični tlak, ki je posledica stalnega kroženja tekočine, podprte od zunaj, uravnava zunanjo obremenitev in popolnoma ločuje površine torne enote med seboj. Debelina mazalnega filma je skoraj neodvisna od obremenitve, nosilnost je malo odvisna od relativne hitrosti drgnih površin, torna odpornost pa praktično ni.

Ta način mazanja zagotavlja večjo svobodo pri izbiri konstrukcijske rešitve. Njegova edinstvena prednost je nizek torni upor pri pospeševanju mirujočih delov stroja.

Načelo hidrostatičnega mazanja je našlo široko uporabo za številne strojne dele; uporablja se v naslednjih primerih:

v potisnih ležajih;

pri dvigovanju gredi težkih rotacijskih strojev za zmanjšanje trenja med njihovim pospeševanjem;

v radialnih drsnih ležajih, ko je kotna hitrost gredi nizka za nastanek zadostnega tekočega filma;

v vodilih za zmanjšanje trenja v delih, vključenih v linearno gibanje;

ohraniti dano vrzel med površinami.

Elastohidrodinamično mazivo (EHD mazivo) se uporablja v kotalnih ležajih, zobnikih in odmičnih mehanizmih. Teorija EHD mazanja se je pojavila kot posplošitev klasične teorije hidrodinamike, ob upoštevanju kontaktnih pogojev, ki vplivajo na lastnosti mazalne tekočine in deformacijo delov, ki se dotikajo.

Teorija EHD ne upošteva sprememb viskoznosti in volumna maziva glede na temperaturo, upošteva pa spremembe viskoznosti s tlakom.

Nekaj ​​splošnih načel za mazanje EHD:

pri določeni obremenitvi in ​​hitrosti valjanja je minimalna debelina EHD filma bistveno večja kot po klasični teoriji;

v območju elastičnih deformacij površin je debelina EHD filma malo odvisna od obremenitve.

Mešano trenje

Mešano trenje (poltekoče mazanje, prehodni proces mazanja) je vsota vseh ali vsaj dveh vrst trenja. Pri tem je del drgnih površin v neposrednem stiku (trenje brez maziva), del pa je ločen z mejnim filmom (mejno trenje) ali plastjo maziva (hidrodinamično ali elastohidrodinamično trenje).

Mešano trenje se pojavi pri nizki hitrosti in visokem specifičnem tlaku, na primer pri zagonu ali zaustavitvi stroja. Nato mazivo ne loči popolnoma tornih površin medsebojno delujočih delov. Del normalne obremenitve prenašajo kontaktne mikrokavitete, del pa skozi plast maziva (slika 2.8).

v - hitrost relativnega gibanja;

1 - velikost deformacije;

Sila trenja v zemeljskih razmerah spremlja vsako gibanje teles. Nastane, ko prideta dve telesi v stik, če se ti telesi med seboj premikata. Sila trenja je vedno usmerjena vzdolž kontaktne površine, v nasprotju z elastično silo, ki je usmerjena pravokotno (slika 1, slika 2).

riž. 1. Razlika med smerjo sile trenja in prožne sile

riž. 2. Površina deluje na blok in blok deluje na površino

Obstajajo suhe in nesuhe vrste trenja. Suhi tip trenja nastane pri stiku trdnih teles.

Oglejmo si blok, ki leži na vodoravni površini (slika 3). Nanj delujeta gravitacija in sila reakcije tal. Delujmo na blok z majhno silo , usmerjen vzdolž površine. Če se blok ne premakne, to pomeni, da je uporabljena sila uravnotežena z drugo silo, ki se imenuje sila statičnega trenja.

riž. 3. Sila statičnega trenja

Sila trenja mirovanja () v nasprotni smeri in po velikosti enaki sili, ki teži k premikanju telesa vzporedno s površino njegovega stika z drugim telesom.

Ko se »strižna« sila poveča, blok ostane v mirovanju, zato se poveča tudi sila statičnega trenja. Z dovolj veliko silo se bo blok začel premikati. To pomeni, da sila statičnega trenja ne more naraščati v nedogled – obstaja zgornja meja, preko katere ne more naraščati. Vrednost te meje je največja sila statičnega trenja.

Z dinamometrom pritisnimo na blok.

riž. 4. Merjenje sile trenja z dinamometrom

Če dinamometer deluje nanj s silo, potem lahko vidite, da največja sila statičnega trenja postaja večja z večanjem mase bloka, to je z večanjem gravitacije in sile reakcije podpore. Če bodo izvedene natančne meritve, bodo pokazale, da je največja sila statičnega trenja neposredno sorazmerna z reakcijsko silo podpore:

kjer je modul največje sile statičnega trenja; n– sila reakcije tal (normalni tlak); – koeficient statičnega trenja (proporcionalnost). Zato je največja sila statičnega trenja neposredno sorazmerna s silo normalnega tlaka.

Če izvedete poskus z dinamometrom in blokom s konstantno maso, medtem ko blok obračate na različne strani (spreminjate območje stika z mizo), lahko vidite, da se največja sila statičnega trenja ne spremeni (sl. 5). Posledično največja sila statičnega trenja ni odvisna od kontaktne površine.

riž. 5. Največja vrednost sile statičnega trenja ni odvisna od kontaktne površine

Natančnejše študije kažejo, da je statično trenje popolnoma odvisno od sile, ki deluje na telo, in formule.

Sila statičnega trenja ne prepreči vedno gibanja telesa. Na primer, sila statičnega trenja deluje na podplat čevlja, daje pospešek in omogoča hojo po tleh brez zdrsa (slika 6).

riž. 6. Sila statičnega trenja, ki deluje na podplat čevlja

Drug primer: sila statičnega trenja, ki deluje na kolo avtomobila, vam omogoča, da se začnete premikati brez zdrsa (slika 7).

riž. 7. Sila statičnega trenja, ki deluje na kolo avtomobila

Pri jermenskih pogonih deluje tudi statična sila trenja (slika 8).

riž. 8. Sila statičnega trenja v jermenskih pogonih

Če se telo premika, potem sila trenja, ki deluje nanj s površine, ne izgine; ta vrsta trenja se imenuje drsno trenje. Meritve kažejo, da je sila drsnega trenja skoraj enaka največji sili statičnega trenja (slika 9).

riž. 9. Sila drsnega trenja

Sila drsnega trenja je vedno usmerjena proti hitrosti gibanja telesa, to pomeni, da ovira gibanje. Posledično, ko se telo giblje samo pod vplivom trenja, mu daje negativni pospešek, to je, da se hitrost telesa nenehno zmanjšuje.

Tudi velikost sile drsnega trenja je sorazmerna s silo normalnega tlaka.

kjer je modul sile drsnega trenja; n– sila reakcije tal (normalni tlak); – koeficient drsnega trenja (proporcionalnost).

Slika 10 prikazuje graf odvisnosti sile trenja od uporabljene sile. Prikazuje dve različni področji. Prvi del, v katerem se sila trenja povečuje z naraščajočo uporabljeno silo, ustreza statičnemu trenju. Drugi del, v katerem sila trenja ni odvisna od zunanje sile, ustreza trenju drsenja.

riž. 10. Graf sile trenja v odvisnosti od uporabljene sile

Koeficient drsnega trenja je približno enak koeficientu statičnega trenja. Običajno je koeficient drsnega trenja manjši od enote. To pomeni, da je sila drsnega trenja manjša od normalne sile pritiska.

Koeficient drsnega trenja je značilnost dveh teles, ki se drgneta drug ob drugega in je odvisen od tega, iz katerih materialov sta telesi izdelani in kako dobro sta površini obdelani (gladki ali hrapavi).

Nastanek sil statičnega in drsnega trenja določa dejstvo, da nobena površina na mikroskopski ravni ni ravna, na vsaki površini so vedno prisotne mikroskopske nehomogenosti (slika 11).

riž. 11. Površine teles na mikroskopski ravni

Ko se dve telesi v stiku poskušata premakniti relativno drug proti drugemu, te prekinitve vključijo in preprečijo to gibanje. Z majhno količino uporabljene sile ta vpetost zadostuje, da prepreči premikanje teles, zato nastane statično trenje. Ko zunanja sila preseže največje statično trenje, vpetost hrapavosti ne zadošča za držanje teles in se začnejo gibati relativno drug glede na drugega, med telesi pa deluje sila drsnega trenja.

Ta vrsta trenja nastane, ko se telesa kotalijo eno čez drugo ali ko se eno telo kotali po površini drugega. Kotalno trenje, tako kot drsno trenje, daje telesu negativen pospešek.

Pojav sile kotalnega trenja je posledica deformacije kotalnega telesa in podporne površine. Tako kolo, ki se nahaja na vodoravni površini, deformira slednjo. Ko se kolo premakne, se deformacije nimajo časa obnoviti, zato se mora kolo nenehno vzpenjati po manjšem hribu, kar povzroči moment sile, ki upočasni kotaljenje.

riž. 12. Nastanek kotalne sile trenja

Velikost sile kotalnega trenja je praviloma mnogokrat manjša od sile drsnega trenja, če so vsi ostali pogoji enaki. Zaradi tega je kotaljenje pogosta vrsta gibanja v tehnologiji.

Ko se trdno telo giblje v tekočini ali plinu, nanj iz medija deluje sila upora. Ta sila je usmerjena proti hitrosti telesa in upočasnjuje gibanje (slika 13).

Glavna značilnost sile upora je, da nastane le ob prisotnosti relativnega gibanja telesa in njegovega okolja. To pomeni, da sila statičnega trenja ne obstaja v tekočinah in plinih. To vodi k dejstvu, da lahko oseba premakne celo težko barko po vodi.

riž. 13. Sila upora, ki deluje na telo pri gibanju v tekočini ali plinu

Modul uporne sile je odvisen od:

Od velikosti telesa in njegove geometrijske oblike (slika 14);

Stanje površine telesa (slika 15);

Lastnosti tekočine ali plina (slika 16);

Relativna hitrost telesa in okolice (slika 17).

riž. 14. Odvisnost modula uporne sile od geometrijske oblike

riž. 15. Odvisnost modula uporne sile od stanja površine telesa

riž. 16. Odvisnost modula uporne sile od lastnosti tekočine ali plina

riž. 17. Odvisnost modula uporne sile od relativne hitrosti telesa in njegove okolice

Slika 18 prikazuje graf odvisnosti sile upora od hitrosti telesa. Pri relativni hitrosti, ki je enaka nič, sila upora ne deluje na telo. Ko se relativna hitrost poveča, sila upora najprej počasi raste, nato pa stopnja rasti narašča.

riž. 18. Graf odvisnosti sile upora od hitrosti telesa

Pri nizkih relativnih hitrostih je sila upora neposredno sorazmerna z velikostjo te hitrosti:

kje je relativna hitrost; – koeficient upora, ki je odvisen od vrste viskoznega medija, oblike in velikosti telesa.

Če je relativna hitrost dovolj velika, postane sila upora sorazmerna s kvadratom te hitrosti.

kje je relativna hitrost; – koeficient upora.

Izbira formule za vsak konkreten primer se določi empirično.

Telo z maso 600 g se giblje enakomerno po vodoravni površini (slika 19). Pri tem nanj deluje sila, katere velikost je 1,2 N. Določi vrednost koeficienta trenja med telesom in podlago.