Виды трения, его основные законы и род смазки

Как известно, в технике < обычно различают два рода трения: трение сколь­жения и трение качения. Трения скольжения в свою очередь делят на следующие виды: сухое трение, полусухое, полужидкостное и жидкостное.

Сухое трение имеет место при совершенном отсутствии смазки между трущи­мися поверхностями. Полусухое, — когда трущиеся поверхности имеют в большей части непосредственное соприкосновение и лишь частично разделены тонким слоем смазки. Полужидкостное—противоположно полусухому, т. е. трущиеся поверхности в большей своей части разделены тонким слоем смазки и лишь частично имеют непосредственное соприкосновение. Жидкостное, — когда трущиеся поверхности пол­ностью разделены тонким слоем смазки, не имея непосредственного соприкоснове­ния между собой.

Обычно считают, что сухое и полусухое трения подчиняются закону Кулона, полужидкостное и жидкостное — закону Ньютона.

По закону Кулона сила трения определяется из формулы:

(298)

где Т – сила трения;

— коэффициент трения;

—нормальная сила давления между трущимися поверхностями.

По закону Ньютона величина силы трения жидкости пропорциональна пло­щади смачиваемой поверхности и относительной скорости отдельных слоев этой жидкости:

где —площадь поверхности скольжения;

— относительная скорость скольжения,

Однако ни закон Кулона, ни закон Ньютона не характеризуют в полной мере те процессы, которые имеют место в подшипниках, а лишь дают предельные усло­вия, в границах которых работают подшипники скользящего трения различных ти­пов.

Подшипники современных машин и механизмов, работающих с большими на­грузками и скоростями, требуют смазки, которая ) не может быть осуществлена ста­рыми методами.

Классические исследования Н. П. Петрова (1883—1886 гг.), опыты Б. Тауэра (1883—1884 гг.) и математический анализ их результатов, произведенный Рейнольдсом, установили, что хорошо смазанный вал, вращающийся с достаточной скоростью, автоматически отделяется от подшипника пленкой жидкой смазки, находящейся Под давлением, и что сопротивление трения всецело зависит от вязкости смазки [154].

С учетом исследований Бредфорда и Грюндера [155] и Нюккера [156], касаю­щихся состояния масла в работающем подшипнике при различных условиях нагруз­ки и скорости при разных величинах зазора и пр., можно получить достаточно полное представление о работе подшипников современных механизмов и машин. Придать подшипникам конструкцию, при которой между трущимися поверхностями автоматически поддерживалась бы достаточно толстая пленка масла, невозможно, поэтому масло подается в подшипник под давлением при помощи насоса. При этом коэффициент трения уменьшается до минимума и, как следствие, уменьшается износ вкладышей.

Шариковые и роликовые подшипники могут работать удовлетворительно в слу­чае покрытия трущихся поверхностей лишь адсорбированной пленкой смазки (гра­ничная смазка или «смазка с твердой пленкой»), эффективность которой зависит не от вязкости, а от маслянистости смазывающих веществ и скользкости смазываемых по­верхностей.

Когда трущиеся поверхности совершенно разделены слоем жидкой смазки («жидкая пленка»), подаваемой под давлением, трение целиком зависит от вязкости масла, причем коэффициент трения равен 0,002 0,004, тогда как в подшипниках скользящего трения он равен 0,1 0,3.

После тщательного анализа экспериментальных данных Петров пришел к выво­ду, что сила трения хорошо смазанных подшипников вызывается сопротивлением сдвига, которое оказывает смазочная пленка. В 1885 г. он на основании закона Нью­тона о трении жидкостей, увязывая силу трения с вязкостью, развил гидродинами­ческую теорию смазки и дал формулу для коэффициента жидкостного трения:

(300)

где —абсолютная вязкость смазки, кг*сек/м ;

— относительная скорость скольжения, м/сек,

— толщина масляного слоя, м;

— среднее удельное давление, кг/м .

Сопротивление трению определяется из формулы (300), если вместо коэффициента трения подставить его значение :

(301-5)

где — нормальное давление, кг;

—площадь соприкосновения, м.

Вязкость определяется аппаратом Уббелоде в градусах Энглера (Э) или се­кундах Редвуда ( ) и Сейболта ( ).

Не так давно считали, что жидкостное трение может иметь место только в идеальном случае и в практике почти не встречается. Между тем в настоящее время широко применяются подшипники, работа которых основана на принципе жидкостного трения (подшипники Моргойл).

В подшипниках качения сопротивление качения можно приравнять паре сил с моментом:

(306)

где — нормальное давление;

— коэффициент трения качения, соответствующий плечу момента, см.