СМАЗКА УЗЛОВ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ТРЕНИИ И ИЗНОСЕ
При движении одной детали по другой всегда возникает трение. Детали в этом случае называются трущимися парами, а их соприкасающиеся поверхности — трущимися поверхностями. Под силой трения понимается сила сопротивления, которую нужно преодолеть, чтобы заставить деталь, прижатую с некоторой силой к другой детали, двигаться по ее поверхности. Этот род трения называется трением скольжения. Когда шарик или ролик, обычно в шариковых и роликовых подшипниках, катится по поверхности или детали перекатываются друг по другу, например колесо по рельсу,, между ними возникает трение качения, которое при одинаковых силах, прижимающих детали друг к другу, меньше трения скольжения примерно в 10 раз. Может показаться, что трение, как сопротивление всякому движению, всегда оказывается вредным явлением в природе, но это не так: без трения между шинами -и дорогой не смог бы двигаться автомобиль, трение между колодками и тормозным шкивом обеспечивает торможение подвижного состава, крана, станка и т. д. Одной из главных причин вредного влияния трения при рабочих движениях деталей машин являются неровности (выступы — гребешки и впадины), которые всегда имеются на трущихся поверхностях даже при самой тщательной механической обработке. Среднее значение величин этих высот (гребешков) для некоторых видов обработки следующее: 2; 5; 6 мк при чистовой обработке и расточке твердыми сплавами, чистовом шлифовании, шабрении; 1,0—2,5 мк при алмазной обточке и расточке, очень чистом шлифовании; 1,0—0,1 мк при полировании, притирке, суперфинише, хонинговании. Таким образом, качество поверхности определяет высота ее неровностей (гребешков). Две поверхности А я Б (фиг. 64) соприкасаются между собой по вершинам отдельных выступов, а промежутки между ними представляют собой микроскопические щели. Небольшие площадки соприкосновения в сумме представляют собой контактную поверхность, которая, как правило, всегда меньше номинальной, т. е. общей поверхности детали. В зависимости от наличия и толщины смазочного слоя между трущимися поверхностями, согласно теории гидродинамической смазки, различают четыре вида трения: сухое, граничное, полужидкостное и жидкостное. Сухое трение возникает при полном отсутствии смазки и сопровождается сильным износом. Граничное трение встречается у всех поверхностей скольжения при пуске и остановке машины или при работе ее с малым числом оборотов и большой нагрузкой, когда масляная граничная пленка настолько тонка, что течение масла между трущимися поверхностями не может иметь места. Полужидкостное трение бывает тогда, когда толщина слоя масла недостаточна или этот слой не образует непрерывной масляной пленки и в некоторых местах между трущимися поверхностями возникают небольшие островки, где имеет место непосредственное соприкосновение деталей. В условиях полужидкостного трения нагревание и износ деталей будет несколько меньше, чем , при граничном трении. Жидкостное трение возможно только при наличии нормального смазочного слоя между трущимися поверхностями, полностью разъединяющего их, когда непосредственное трение металлических поверхностей заменяется внутренним трением слоев смазочного материала. Согласно теории жидкостного трения, сила трения внутри смазочного слоя возрастает пропорционально вязкости масла, и наоборот. Потеря энергии на трение учитываются коэффициентом трения. Практически коэффициент трения скольжения можно определить следующим образом. Возьмем неподвижную плиту 1 (фиг. 65), положим на нее предварительно взвешенную плитку 2, на середине которой поставим гирю 3, и, присоединив к ее краю динамометр или пружинные весы, начнем медленно и равномерно тянуть плитку к себе. Сила, которую нужно приложить, чтобы сдвинуть плитку 2, равна силе трения между соприкасающимися поверхностями плиты 1 и плитки 2 и измеряется при помощи весов. Разделив силу трения на нагрузку, получим коэффициент трения скольжения. Величина сухого трения при качении с достаточной степенью точности может быть определена при помощи устройства, изображенного на фиг. 66. На двух параллельно установленных плитах 1 и 2 свободно положен цилиндрический ролик 3, через середину которого перекинут шнур 4. К концам шнура подвешены две чашки, 5 и 6, с грузами. Ролик останется неподвижным, если грузы будут одинакового веса. Сила, прижимающая ролик к плитам, складывается из веса самого ролика и веса обеих чашек и гирь. При уменьшении веса одной из гирь ролик тотчас же начнет перекатываться, двигаясь в сторону более натянутого конца шнура, т. е. : в сторону чашки с большим грузом. Та разница в весе гири, при которой ролик сдвинется с места, и определяет величину ь сопротивления трения качения.
Фиг. 67. Характер износа трущихся поверхностей.
Из этого опыта можно установить, что сила трения качения зависит от диаметра ролика. Чем меньше диаметр ролика, тем меньше сила трения, и наоборот. Коэффициент трения скольжения выражается отвлеченным числом, а коэффициент трения качения — в сантиметрах.
При взаимном перемещении двух трущихся поверхностей Ли В | (фиг. 67), разделенных тонким (граничным) слоем смазки, размер % их шероховатостей оказывает большое влияние на величину сопротивления движению и на степень механического износа, характер которого, в зависимости от прочности смазочной пленки, показан на фиг. 67. При наличии прочной пленки, не разрушающейся при соприкосновении шероховатостей (гребешков) (фиг, 67, а), последние могут выламываться (фиг. 67, 6) или пластически деформироваться (фиг. 67, в). При разрушении граничной пленки шероховатости станут задевать друг за друга, срезаться или сминаться. Такое зацепление выступов создаст большую силу трения, которая повлечет за собой развитие высокой температуры. В этих условиях отдельные точки контакта поверхностей начнут свариваться, образуя сплошные перемычки, соединяющие обе поверхности (фиг. 67, г). При дальнейшем скольжении образующиеся перемычки непрерывно разрушаются (фиг. 67, д), отрываясь от одной детали, пристают к поверхности другой. В результате этого происходит интенсивный износ, «приваривание», заедание трущихся пар. Поэтому трение в основном определяется той силой, которая затрачивается на срез сварившихся участков в области касания поверхностей А я Б.
