|
|
Особенности трения твердых телВоспользовавшись положениями молекулярно-механической теории трения И.В. Крагельского, которая в общем виде определяет это явление как сумму молекулярной составляющей
представляется возможность выявить вполне определенные зависимости изменения коэффициентов трения от ряда факторов, присущих трению твердых тел, свободных от специфических поверхностных загрязнений. Например, такие зависимости, как изменение сил статического трения для молекулярной и механической его составляющих (рис. 5.10, 5.11) и результирующей сил трения от давления на площади истинного контактирования (рис. 5.12). Здесь обращает на себя внимание зависимость сил трения от нагрузки в области, где превалирует упругий контакт, силы молекулярного взаимодействия (до давления менее Рг) и наличие области с повышенным влиянием деформационной составляющей силы трения (при давления свыше Рг), когда увеличивается доля пластического деформирования материала. Высота неровностей контактирующих деталей оказывает сложное влияние на коэффициент трения. Уменьшение высоты неровностей приводит к росту фактической площади касания и увеличению молекулярной составляющей силы трения (рис. 5.13). С увеличением высоты
выступов (при К2>К2') и, как следствие, уменьшением радиуса закругления их вершин происходит рост деформационной составляющей силы трения и последующее увеличение результирующей силы трения.
Рис. 5.10. Характер изменения молекулярной составляющей сил трения от давления на площади истинного контактирования Рис. 5.11. Характер изменения деформационной составляющей сил трения от давления на площади истинного контактирования
Рис. 5.12. Характер изменения силы трения от давления Рг Рис. 5.13. Зависимость коэффициента трения от высоты неровностей на трущихся поверхностях Большое влияние на уровень статического трения между телами имеет также продолжительность неподвижного контактирования
трущихся тел (рис. 5.14). Рис. 5.14. Зависимость коэффициента статического трения от времени формирования контакта
Здесь обращает на себя внимание то, что время 1У, начиная с которого коэффициент трения не меняет своей величины, во многом зависит от способности материала релаксировать (распространять внутри себя) напряжения, создаваемые внешними силами. На величину 1У способна оказывать заметное влияние и температура в контактной зоне твердых тел. Для упругих тел 1У может измеряться долями секунды, а для находящихся в неупругом состоянии - составляет секунды, часы и еще большие промежутки времени (например, для некоторых полимерных материалов). Рис. 5.15. Зависимость коэффициента трения от скорости относительного скольжения твердых тел Важной является также и зависимость силы трения от скорости относительного движения (относительного смещения) твердых тел (рис. 5.15). Здесь можно выделить четыре области изменения скорости, принципиально отличные по условиям трения. В первой из них, на участке до точки Л, осуществляется процесс формирования фрикционного контакта за счет микродеформаций в зоне контакта, роста напряжений, движения дислокаций и ряда других факторов. Во второй области изменения скоростей за счет быстроты относительного смещения трущихся тел и их реологических свойств, время контактирования между неровностями поверхностей трения сокращается настолько, что полного формирования фрикционного контакта не происходит и трение между телами уменьшается. В точке В и далее с увеличением скорости фрикционный контакт между твердыми телами находится в динамическом равновесии и продолжает оставаться несформированным. В третьей области скоростей, на участке ВС, в условиях, когда устраняются продольные и поперечные колебания твердых тел, коэффициент трения не меняется по величине. Это обусловлено тем, что тепло, выделяющееся при трении, успевает рассеиваться между трущимися телами и в окружающее пространство и не вызывает существенного изменения механических свойств, фрикционных поверхностей. В четвертой области скоростей тепло, выделяющееся в зоне трения, уже не успевает рассеиваться в окружающую среду и приводит к перегреву материала, составляющего фрикционный контакт. Эксперименты показывают, что вспышки температуры во фрикционном контакте могут в ряде случаев достигать 600...1200°С. Это приводит к появлению большого количества дефектов в кристаллической решетке, уменьшению механических свойств материалов и вызывает снижение силы трения на участках СD1 и СD2. В отдельных же случаях, как например, на участке СD3 некоторые полимеры с повышением температуры размягчаются, увеличивается площадь их истинного контактирования, в процесс трения вовлекаются все больше глубоко расположенных масс материала и трение их существенно увеличивается. Имеются и другие примеры, показывающие, что глубокое понимание природы фрикционного взаимодействия позволяет объяснить и фрикционные процессы, встречающиеся на практике и, на первый взгляд, трудно поддающиеся анализу. |
|
