Смазка и ее роль в процессах трения и изнашивания
Смазывание поверхностей трения деталей машин обусловлено необходимостью уменьшения сил трения и интенсивности изнашивания, а также охлаждения зоны трения и удаления потоком масла продуктов изнашивания. Смазочный материал оказывает демпфирующее действие в зоне контакта, снижая динамичность переменных нагрузок и уменьшая поперечные и продольные колебания. Смазочные материалы могут быть жидкие (масла, вода, водные растворы), пластичные (консистентные), твердые (графит, дисульфид молибдена) и газообразные.
В зависимости от количества и вида смазочных материалов между
трущимися поверхностями деталей различают следующие виды трения:
· трение при отсутствии смазки;
· граничное трение;
· жидкостное трение.
При трении без смазки молекулярная составляющая силы трения особенно велика, так как от непосредственного соприкосновения поверхностей защитой служат только окисные и адсорбированные пленки газов и влаги. При повышении температуры адсорбированные пленки исчезают, и тогда возникают условия для схватывания в местах разрушения окислых пленок на контактных поверхностях.
Трение без смазки встречается в тормозах, фрикционных передачах, ременных передачах, работающих всухую. При таком виде трения имеет место наибольший износ элементов пар трения.
При граничном трении наименьшая толщина смазочного слоя может иметь место при мономолекулярном слое, то есть слое, состоящем из однородно расположенных молекул вещества смазки и достигающем 0,1 мкм. Прочность граничных масляных пленок зависит от количества и качества поляризованных молекул. Эти пленки могут быть очень прочными и после местного их повреждения в процессе трения самозалечиваться. Граничная масляная пленка должна хорошо сопротивляться продавливанию и иметь слабое сопротивление касательным напряжениям. Эта пленка не будет разрушаться при внедрении выступов твердой детали в поверхность более мягкой и одновременно не будет препятствовать скольжению одной детали по другой. Этими качествами как раз и обладает слой поляризованных молекул смазочного материала.
Восприятие нормальной нагрузки при граничном трении происходит в пятнах касания и частично через адсорбированные масляные пленки, прилегающие к зонам пятен касания. Поэтому воспринимающие нагрузку поверхности больше фактических поверхностей соприкосновения. Вследствие этого при граничном трении сила трения снижается по сравнению с трением без смазки до 10 раз, а износ может уменьшаться в сотни раз. При граничной смазке чаще всего применяют пластичные и твердые смазки, граничный слой которых хорошо сопротивляется продавливанию и слабо сопротивляется касательным силам.
При жидкостном трении при толщине смазочного слоя в 5∙10-4 мм силы притяжения между молекулами масла и поверхностью детали настолько ослабевают, что молекулы масла получают возможность свободно перемещаться. При относительном движении сопрягающихся деталей в разделяющем их слое масла происходит скольжение между молекулами, не связанными силами притяжения с самими деталями. Происходит как бы свободное скольжение в жидкости. При этом вся нагрузка от одной детали к другой передается только через слой масла. Для возможности такой передачи нагрузки необходимо создание давления в слое масла.
Если это давление и компенсация утечек масла создаются искусственно, например, с помощью насоса, смазка называется гидростатической, а если давление создается автоматически (затягивание масла в клиновой зазор), смазка называется гидродинамической.
Жидкостное трение так же, как и граничное, имеет место не только при взаимном относительном скольжении деталей, но может возникать и при качении, особенно при качении с проскальзыванием.
При жидкостном трении износ сопряженных поверхностей деталей практически отсутствует. Однако необходимо учитывать, что жидкостное трение при гидродинамической смазке имеет место только при установившихся режимах работы. При пусках и остановках машин, резких изменениях нагрузок и скоростей движения режим жидкостного трения нарушается. Кроме того, жидкостное трение также нарушается при возвратно-поступательных движениях в зонах, где скорость относительного движения снижается до нуля.
Трение при газовой смазке можно рассматривать как жидкостное трение, при котором несущий смазывающий слой газа является сжимаемым (в отличие от жидкости).