Учение о трении и изнашивании деталей

Известные теории трения разделяют на группы, которые условно называют геометрическими, адгезионными, деформационными и комбинированными.

Теории первой группы объясняют трение за счет подъема по микронеровностям. Такие взгляды соответствовали периоду развития механики абсолютно твердых тел и коэффициент трения считали равным тангенсу угла наклона единичной неровности поверхности (гипотеза Парана, теория Эйлера - конец 17 - начало 18 в.в.). В этот период трение объясняли из чисто геометрических соображений. Однако таким теоретическим предпосылкам противоречит ряд закономерностей, проявляющихся в процессе трения. Следует отметить, например, увеличение интенсивности изнашивания при трении поверхностей с очень малой шероховатостью, кроме этого, при трении без смазочного материала после достижения определенной скорости скольжения интенсивность изнашивания падает и т.д.

Теории, относящиеся ко второй группе, объясняли трение как результат преодоления сил адгезионного взаимодействия между контактирующими поверхностями. Силы адгезии приводят приводят к образованию так называемых мостиков холодной сварки и затраты на их преодоление определяют возникающее трение. Впервые такая теория предложена английским физиком И.Дезагюлье, в дальнейшем это направление разрабатывалось в работах В.Гарди, Г.Томлинсона, Б.В.Дерягина, В.Д.Кузнецова, Ф.Боудена. Была предложена также кинетическая теория трения, в соответствии с которой трение обусловлено скоростью образования и разрушения мостиков сварки, в молекулярной теории В.Д.Кузнецова трение определяется работой, которая затрачивается на образование новой поверхности. Некоторые ученые полагали, что зависимость между величиной силы трения и площадью контакта пропорциональна. Б.В.Дерягин предложил биноминальную зависимость между приведенными параметрами.

В теориях третьей группы трение объясняется за счет работы, которая затрачивается на деформирование объема материала, связанного с внедрением выступов соприкасающихся тел. Начало развития теорий третьей группы (Д.Лесли, Л.Гюмбелем и др.) совпало с разработкой теории упругости. Ученые полагали, что трение возникает за счет волны деформации, которая распространяется перед каждым внедрившимся в контактирующее тело выступом, либо вследствие оттеснения материала внедрившимися неровностями (теории однократного и многократного оттеснения материала). Однако разработанные теории не позволяли отделить величину сопротивления оттеснению материала от адгезионной составляющей трения.

Теории четвёртой группы рассматривают трение как результат преодоления сил адгезии и деформации поверхностных слоев контактирующих поверхностей. Первая из таких теорий была сформулирована Ш.Кулоном. В соответствии с ней трение рассматривается как результат подъёма по микронеровностям поверхности и преодоления сил сцепления между наиболее близкими участками этих поверхностей. К комбинированным теориям относятся разработки Г.Эрнста и П.Мерчента, теории трения текстильных материалов и др. Теории о двойственной молекулярно-механической природе трения в настоящее время являются преобладающими. Проводятся работы по моделированию реальных процессов трения. Предложено связать коэффициент трения с адгезией и шероховатостью контактирующих поверхностей. Однако до настоящего времени отсутствуют четкие аналитические зависимости, которые учитывают различные различные процессы, происходящие в зонах контакта соприкасающихся тел, и могут быть пригодны для выполнения точных инженерных расчетов.

Эволюционно развивались и взгляды на величину коэффициента трения. В 16 - начале 18 в.в. считали коэффициент трения неизменным для всех тел и при любом состоянии поверхностей (Леонардо да Винчи, Амонтон). В середине 18 в. обнаружено отчетливое различие в величине коэффициента трения для различных сочетаний материалов. В начале 19 в. была экспериментально подтверждена (Г.Ренни)зависимость коэффициента трения от давления. В конце 19 в. установлена зависимость коэффициента трения от скорости скольжения (П.Конти). В 20 в. проведены исследования сухого трения и при помощи модельных представлений получены зависимости, в которых коэффициент трения являлся функцией давления, шероховатости поверхности и скорости скольжения.

Наряду с перечисленными теориями предлагается связать коэффициент трения с поверхностной энергией твердых тел (Э.Рабинович); для абсолютно упругих тел предложено рассчитать коэффициент на основе данных об упругих свойствах контактирующих поверхностей (Д.Блохин); трение рассматривается как статистический процесс, в результате которого механическая энергия превращается в другие виды (Г.Э.Свирский); учитываются электрические явления, возникающие при трении полимеров (В.П.Цуркан); часть исследователей определяли влияние различных параметров (скорости скольжения, нагрузки и температуры в зоне трения) на величину силы трения.

Большое количество исследований посвящено выявлению влияния скорости на величину коэффициента трения. Впервые обратил внимание на существование такой зависимости Ш.Кулон. На основе большого количества выполненных исследований предложены следующие зависимости для расчета коэффициента трения

- формула Франка (для торможения вагонов металлическими колодками, а также деревом, кожей)

где f₀ - коэффициент трения покоя;

v - скорость;

с - константа (значения f₀ и c приведены в табл. 1);

Таблица 1

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: