Коэффициент трения при качении со скольжением

Фрикционные свойства (зависимости коэффициента трения от контактных параметров и реологических характеристик используемых масел) являются необходимыми исходными данными при проектировании зубчатых и фрикционных передач, кулачковых механизмов и подшипников. КПД, надежность машин и механизмов зависят от износофрикционных характеристик силовых контактов деталей, существенное влияние на изнашивание которых оказывают силы трения. В зубчатых зацеплениях месту возникновения максимальных сил трения соответствует зона минимальной контактной прочности зубьев, а изменение предела контактной прочности (по усталости) при качении со скольжением поверхностей зависит от изменения максимальных коэффициентов трения. При расчетах бесступенчатых фрикционных передач выяснение фрикционных свойств в основном силовом контакте является исключительно важным. Отклонение от истинных коэффициентов трения в любую сторону при проектировании механизма затягивания фрикционных тел ведет к нежелательным результатам: заниженные результаты приведут к перегрузке рабочих тел, снижению КПД и долговечности передачи, а завышенные сделают ее неработоспособной (передача будет буксовать). В связи с тем, что для условий работы зубчатых и фрикционных передач, подшипников качения и скольжения и других механизмов характерен контактно-гидродинамический режим смазки, теоретической основой широких экспериментальных исследований катящихся со скольжением в масляной среде тел является эластогидродинамическая теория смазки.

Бесступенчатое и независимое регулирование скоростей вращения каждого образца в экспериментах позволило установить значения коэффициента трения во всем диапазоне изменения скоростей скольжения от равного нулю до критического значения, при котором происходило заедание поверхностей.

На графике зависимости коэффициента трения скольжения от скорости скольжения можно выделить четыре области: область малых скоростей скольжения, характеризующуюся возрастанием коэффициента трения с ростом скорости скольжения; область уменьшения коэффициента трения при увеличении скорости скольжения; область малого изменения коэффициента трения при изменении скорости скольжения и область катастрофического разрушения смазочного слоя и контактирующих поверхностей (заедания), быстрого роста коэффициента трения. Узлы трения, работающие в условиях качения со скольжением деталей, могут функционировать без внезапного аварийного износа в диапазоне скольжений до возникновения заедания. Анализ результатов экспериментов показал, что характер зависимости коэффициента трения от скорости скольжения определяется главным образом вязкостью масла на поверхностях тел, вступающих в контакт. Увеличение вязкости приводит к более резкому росту коэффициента трения в области малых скольжений и его резкому падению при дальнейшем увеличении скорости скольжения. С увеличением вязкости масла, вступающего в контакт, растет предельная скорость скольжения, соответствующая катастрофическому разрушению масляной пленки. Характер зависимости сохраняется при точечном и линейном начальном касаниях образцов. Установленные зависимости коэффициента трения от суммарной скорости качения при начальном касании Тел в точке и по линии можно характеризовать следующим образом: с увеличением суммарных скоростей качении коэффициент трения уменьшается; степень влияния скоростей качения зависит от уровня давлений; уменьшение коэффициента трения со скоростью качения более значительно при меньших абсолютных значениях скоростей качения (до ^к = 1,5-2 м/с).

При низких скоростях качения и вязкости масла коэффициент трения с увеличением давлений сначала уменьшается и затем, в области высоких давлений, перестает от них зависеть. Для высоких скоростей качения и больших значений вязкости масла с ростом контактных давлении было установлено начальное увеличение коэффициента трения; при высоких он коэффициент трения практически не изменялся. При некоторых сочетаниях вязкости масла и суммарных скоростей качения коэффициент трения те зависит от давления в контакте. Факторы, способствующие установлению контактно-гидродинамического режима смазки, увеличению толщины масляной пленки, приводят к незначительному росту коэффициента трения f с увеличением контактных давлении. При высоких напряжениях, характерных особенно для точечного начального касания тел, было установлено малое влияние давлений на коэффициент трения. Снижение размера масляного слоя и увеличение шероховатости поверхностей приводит к уменьшению f с ростом контактных давлений. В области высоких контактных давлений коэффициент трения изменяется незначительно.

Для нелегированных нефтяных масел влияние температуры на коэффициент трения проявляется через изменение вязкости масла. Для масел с присадками такая непосредственная связь может нарушаться и закономерности будут иметь более сложный характер. Экспериментально установлено, что характер и степень влияния вязкости масла зависит от других контактных параметров и прежде всего от контактного давления и скорости скольжения. Увеличение скорости скольжения до значения, превышающих соответствующих максимальному коэффициенту трения, приводило всегда к тому, что с уменьшением вязкости маета коэффициент трения увеличивался. Большим скоростям скольжения соответствовала большая степень изменения коэффициента трения при вариации вязкости масла. Увеличение контактного давления несколько уменьшало влияние вязкости маета на коэффициент трения. В области максимальных коэффициентов трения это влияния было незначительным. На хорошо приработанных поверхностях с увеличением температуры масла максимальный коэффициент трения снижается. Увеличение скоростей качения приводит к некоторому уменьшению влияния вязкости на коэффициент трения. Результаты теоретических и экспериментальных исследований показали, что при контактно - гидродинамическом режиме трения основным показателем, характеризующим влияние масла на коэффициенты трения, является его вязкость и пьезокоэффициент вязкости. Правильность этих выводов подтверждена проведенными экспериментами на двух маслах, изготовленных по одинаковой технологии, но с присадками разных заводов и из нефти различных месторождений. Масла отличались только по химическому составу и технологии изготовления присадок. При эксплуатации на одном масле был зафиксирован в несколько раз больший износ зубчатых передач (истирание зубьев), чем на другом, однако одинаковые вязкостно-температурные характеристики этих масел обусловили равные силы трения в экспериментах.

Приближенный расчет коэффициента трения скольжения можно осуществить по формуле:

1. Крагельский, И.В. Развитие науки о трении/ И.В. Крагельский, В.С. Щедров. - М.: Изд-во АН СССР, 1956. - 312 сКорякова Л.Н. Археология раннего железного века Евразии. Ч. I. Общие проблемы. Железный век Западной Европы. -- Екатеринбург, 2002.

2. Пенлёве, П. Лекции о трении/ П. Пенлёве. - М.: Гостехиздат, 1954, -316 с.Черных Е.Н. Древнейшая металлургия Урала и Поволжья. - М.: Наука, 1970.

3. Третьяков, Е.М. Основные законы контактного сухого трения при упругой и пластической деформации твёрдых тел / Е.М. Третьяков // Проблемы машиностроения и надёжности машин. 2006. №2. - С. 47-59.

4. Л.П. Лисовский. "Трение в природе и технике", журн. "Квант"

Размещено на Allbest.ru