Трение при полужидкостной смазке

Этот вид трения имеет место при наличии одновременно граничной и жидкостной смазки. Нормальная нагрузка (F) уравновешивается нормальной составляющей сил взаимодействия поверхностей (на площадках контакта) и силами гидродинамического давления в масляном слое (в местах, где площадки контакта отсутствуют). Таким образом, сила трение в этом случае складывается из: механической составляющей взаимодействия на площадках контакта и сопротивления вязкому сдвигу слоев смазочного масла. Соотношение этих составляющих зависит от нагрузки, скорости взаимного перемещения, шероховатости, количества и вязкости масла. Главным условием возникновения полужидкостного трения - достаточное количество масла между поверхностями.

В местах отсутствия площадок контакта возникает гидродинамическая подъемная сила. Для этого необходимо наличие между поверхностями мест сужения и расширения - так называемых микроклиньев длиной а (подъем поверхности возможен в направлении движения) (рис. 6.2).

Рисунок 6.2 - Схема элементарного гидростатического клина: а - длина клина, h_о - начальный зазор между поверхностями в вершине клина

Влияние давления и скорости скольжения

На коэффициент трения

Коэффициент трения не является величиной, постоянной для конкретного типа материалов, он зависит от многих факторов, среди которых одно из наиболее существенных влияний оказывают нормальное давление (Р) и скорость скольжения при трении (Vк).

Влияние давления на коэффициент трения описывается сложной функцией (m =f(Р)), имеющей три характерных участка (рис. 6.3): I - переходный участок; II - стационарный участок (нормальное трение); III - участок патологических процессов (интенсивного разрушения).

Второй участок характеризуется минимальным, а третий - наибольшим износом (сопровождается вырывами, смятием, заеданием). Развитие процессов, которые происходят на поверхности, иллюстрируется изменением величины m на каждом из участков в зависимости от длительности трения (рис. 6.4). Видно, что на первом участке имеет место нестабильность величины коэффициента трения, на втором участке m стабильно изменяется в небольших пределах (режим нормального трения), а на третьем участке происходит постоянные резкие скачки m, что указывает на интенсивное развитие процессов разрушения.

На рисунке 6.5 изображено влияние скорости скольжения на коэффициент трения. Функция m =f(Vк) также имеет три характерных области: I – область патологических процессов (схватывание 1-го рода); II – область нормального трения (минимальный износ); III – область патологических процессов, обусловленных повышением температуры вследствие интенсивного выделения тепла при трении (схватывание 2-го рода).

Рисунок 6.3 - Изменение коэффициента трения в зависимости от нагрузки	Рисунок 6.4 - Осциллограммы изменения силы трения в зависимости от времени испытания при нагрузке, которая соответствует разным участкам функции m =f(Р): а - участок I, б - участок II, в - участок III

Рисунок 6.5 - График зависимости коэффициента трения от скорости скольжения

Описанный характер зависимостей m =f(Р) и m =f(Vк) является общим для различных пар трения и разных условий смазки. На количественные параметры этих зависимостей оказывают влияние такие факторы, как химический состав материалов пары трения, структура и механические свойства поверхностных слоев, технология обработки, температура в зоне контакта, тип и свойства смазочного масла и т.д. Приведенные данные иллюстрируются рис. 6.6, на котором представлены реальные зависимости m =f(Р) и m =f(V) для сплавов разного химического состава.

Оптимальными условиями работы реальных узлов трения являются такие условия, при которых трение протекает во II-й области, т.е. характеризуется стабильно минимальным коэффициентом трения и минимальным износом поверхностей.

Рисунок 6.6 - Зависимость коэффициента трения от Р (а) и V (б) для сплавов различного химического состава: а - (1 - сплав свинца с 10 % Sn, 15 % Sb, 0,5 % Cu, 0,1 % Ti; 2 - сплав SAE, 3 - сплав БМ; 4 - сплав свинца с 10 % Sn, 0,5 % Cu);

 б - (1- БрАЖМЦ; 2 - СЧ-21-4; 3 - текстолит; 4 - винислой; 5 - поликапролактан; 6 - полиуретан).