Гост 27674-88. трение, изнашивание и смазка. термины и определения

Граничное трение

Граничное трение определяется, конечно, свойствами трехфазной фрикционной системы металл — граничный слой — металл, как единого целого. Для гомогенных пар плоскость скольжения ( внутри слоя) разделяет систему на две тождественные зеркально симметричные части, образованные металлом и граничным слоем.
 

Граничное трение происходит между концами адсорбированных поверхностью молекул, которые располагаются ( ориентируются) на поверхности в строго определенном порядке.
 

Граничное трение в присутствии смазочных материалов сопровождается химическими процессами. Эти процессы играют весьма важную роль, так как приводят к модифицированию поверхности трения и, соответственно, к снижению коэффициента трения и, главное, к снижению износа при тяжелых режимах1 трения.
 

Граничное трение ( или своеобразный жидкостный режим ) характеризуется наличием жидкостной прослойки между трущимися поверхностями. Толщина смазочного слоя в этом месте может быть малой по сравнению с величиной микронеровностей трущихся поверхностей. Однако взаимодействие шероховатостей резины и металла не приводит к прорыву смазочного слоя вследствие малости величины модуля упругости резины. На остальной поверхности уплотнительной манжеты, где нет непосредственного контакта, имеется толстая прослойка жидкости и существует жидкостное трение.
 

Чисто граничное трение мало чем отличается от сухого трения.
 

Граничное трение алкилзамещенных полифениловых эфиров ( данные получены на четырхшариковой машине) имеет тот же характер, что и для ди-2 — этилгексилсебацината и минеральных масел. Так как существует большой разброс данных, полученных на четырехшариковой машине, то коэффициенты трения были также измерены на других типах машин.
 

Граничным трением называется трение двух твердых тел при наличии на поверхностях трения слоя смазки, обладающего свойствами, отличающимися от объемных. В этом случае между трущимися поверхностями находится очень тонкий ( до 0 1 мкм) слой смазки, значительно уменьшающий износ, но полностью его не предотвращающий, так как из-за разрывов этого слоя происходит контакт микровыступов поверхностей. Непосредственный контакт в местах разрыва пленки, а также значительные усилия, передаваемые через тонкий слой пленки, приводят к износу поверхностей вследствие усталости и пластического деформирования микронеровностей, их молекулярного схватывания и расклинивающего действия смазки, которая, попадая в трещины, способствует разрушению поверхностного слоя.
 

Граничным трением называют трение, возникающее между трущимися деталями, на поверхности которых находится граничный слой масла.
 

Граничным трением называется трение двух твердых тел при наличии на поверхности слоя жидкости, обладающего свойствами, отличающимися от объем-ных.
 

Граничным трением называется трение двух твердых тел при наличии на поверхности слоя жидкости, обладающего свойствами, отличающимися от объемных.
 

Поэтому граничное трение характеризуется совокупностью функциональных зависимостей различных видов, а коэффициенты граничного трения вследствие этого отличаются плохой воспроизводимостью.
 

Исследования граничного трения и применения с целью изучения взаимодействия высокодисперсных частиц / / Коллоид, журн.
 

Вопроса граничного трения разбирается в трудах А.С. Ахматова, П.А. Ребиндера, Б.В. Дерягина и других исследователей.
 

Природа граничного трения является достаточно сложной. В условиях граничной смазки вследствие шероховатости поверхности трения всегда возможен прорыв граничного слоя и кратковременное проявление сухого трения. В общем виде сила граничного трения F складывается из следующих составляющих: сопротивление сдвигу на участках сухого трения Fcm, сопротивление сдвигу на участках окисных слоев Foc, сопротивление сдвигу на участках контакта, разделенных мономолекулярным слоем FMC, сопротивление сдвигу в полимолекулярном граничном слое Fnc.
 

Вопросам граничного трения посвящены труды А. С. Ахматова 17 ], П. А. Ребиндера , Б. В. Дерягина и других исследователей.
 

Прикладное значение

Трение в механизмах и машинах

В большинстве традиционных механизмов (ДВС, автомобили, зубчатые шестерни и пр.) трение играет отрицательную роль, уменьшая КПД механизма. Для уменьшения силы трения используются различные натуральные и синтетические масла и смазки. В современных механизмах для этой цели используется также напыление покрытий (тонких плёнок) на детали. С миниатюризацией механизмов и созданием микроэлектромеханических систем (МЭМС) и наноэлектромеханических систем (НЭМС) величина трения по сравнению с действующими в механизме силами увеличивается и становится весьма значительной (μ⩾1){\displaystyle (\mu \geqslant 1)}, и при этом не может быть уменьшена с помощью обычных смазок, что вызывает значительный теоретический и практический интерес инженеров и учёных к данной области. Для решения проблемы трения создаются новые методы его снижения в рамках трибологии и науки о поверхности (англ.).

Сцепление с поверхностью

Наличие трения обеспечивает возможность перемещаться по поверхности. Так, при ходьбе именно за счёт трения происходит сцепление подошвы с полом, в результате чего происходит отталкивание от пола и движение вперёд. Точно так же обеспечивается сцепление колёс автомобиля (мотоцикла) с поверхностью дороги. В частности, для улучшения этого сцепления разрабатываются новые формы и специальные типы резины для покрышек, а на гоночные болиды устанавливаются антикрылья, сильнее прижимающие машину к трассе.

Сила трения

Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей. .

Разновидности силы трения

При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:

• Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.
• Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.
• Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.
• Трение верчения — момент силы, возникающий между двумя контактирующими телами при вращении одного из них относительно другого и направленный против вращения. Определяется формулой: M=pN{\displaystyle M=pN}, где N{\displaystyle N} — нормальное давление, p{\displaystyle p} — коэффициент трения верчения, имеющий размерность длины.

Характер фрикционного взаимодействия

В физике взаимодействие трения принято разделять на:

• сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками (в том числе и твёрдыми смазочными материалами) — очень редко встречающийся на практике случай, характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
• граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (оксидные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;
• смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
• жидкостное (вязкое), при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;
• эластогидродинамическое (вязкоупругое), когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале, возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.

Советы по выбору смазочных материалов

Прежде чем выбирать смазочные материалы, нужно четко определиться с тем, для чего они нужны. Так, если их главной задачей является снижение коэффициента трения при умеренных рабочих температурах и давлениях, основной технической характеристикой будет смазывающая способность. Для компрессорных и моторных масел важнейшее значение имеют охлаждающие, моющие, антикоррозионные и противозадирные свойства, устойчивость к карбонизации.

Выбор вида смазочных материалов для технологического оборудования и способ их применения зависит от конструкции и условий работы (нагрузка, скорость, рабочая температура) узла трения. Например, пластичные смазки отлично подходят для высоконагруженных тихоходных механизмов, а жидкие – для смазывания скоростных трущихся пар с малой нагрузкой. Твердые смазочные материалы используются при невозможности подвода к узлу трения жидких и пластичных смазок и в тех случаях, когда он работает в условиях экстремальных температур и/или нагрузок, вакуума, радиации, в агрессивных средах.

Назначение и область применения жидких смазочных материалов легко определить по их маркировке. К примеру, индустриальные масла согласно ГОСТ17479.4-87 маркируются четырьмя группами знаков, где первая прописная буква (И) обозначает их принадлежность к индустриальным смазкам, вторая (Л, Г, Н или Т) – группу по назначению, третья (А, В, С, Д или Е) – подгруппу по эксплуатационным свойствам, а цифры – класс кинематической вязкости. Чтобы узнать, какое из них подойдет для конкретного механизма, следует воспользоваться таблицами 2, 3, 4:

Производство

Пластичные смазки изготавливаются из 3 компонентов — базового масла, присадок и загустителя. В качестве базового масла применяются синтетические или минеральные с различной вязкости.

В качестве присадок используют стандартные присадки и модификаторы трения:

• Антиоксиданты;
• Противоизносные/противозадирные компоненты;
• Адгезионные компоненты;
• Ингибиторы коррозии;
• Твердые вещества (графит и дисульфит молибдена).

В качестве загустителя используется два вида компонентов:

1. Литиевый или натриевый загуститель, состоящий из жирной кислоты и гидроксида металла;
2. Комплексное мыло, состоящее из смеси жирных кислот и гидроксида металла.

Степень густоты загустителя регулируется добавлением модификатора структуры — специального компонента, позволяющего делать загуститель более густым или более жидким. Все основные свойства смазки — степень адгезии, температурная стойкость, стойкость к вымыванию водой, механическая стабильность, определяются именно свойствами загустителя

Не важно, какое базовое масло использовано в смазке, важно на основе какого загустителя она изготовлена. Именно этот показатель определяет применение той или иной смазки

Механизм — возникновение

Механизм возникновения усталости на воздухе связывают с образованием локализованных плоскостей скольжения в зернах металла при знакопеременной нагрузке, в результате чего на поверхности металла возникают ступени скольжения.
 

Механизм возникновения вязкости обусловлен тем, что при течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки скорость движения ее слоев в результате торможения потока различна, вследствие чего между слоями возникает сила трения.
 

Механизмы возникновения бороздок при кислородной и плазменной резке хотя и имеют сходство, однако при сравнении абсолютных измеряемых значений обнаруживаются различия. При одной и той же амплитуде скорости и частоте глубина бороздок при плазменной резке значительно меньше, чем при кислородной.
 

Механизм возникновения короны меняется, когда масло не содержит газовых включений. В дегазированном масле коронный разряд с давлением и температурой не связан.
 

Механизм возникновения пармагнетизма в полимерах еще мало изучен, но наиболее вероятно, что это явление связано с образованием стабильных бирадикалов или ион-радикалов.
 

Механизм возникновения фотопроводимости заключается в том, что энергия поглощенного фотона передается электрону. Если полупроводник примесный и энергия фотона з равна или больше энергии активации Д §, тогда такой электрон перейдет из заполненной зоны в свободную.
 

Механизм возникновения напряжения при растяжении высокоэластических тел, в том числе и студней сшитых полимеров, можно представить себе как стремление растянутых макромолекул ( участков гибких цепей между узлами-сшивками) вернуться к статистически наиболее вероятной конформации клубка.
 

Механизм возникновения парамагнетизма в полимерах еще мало изучен, но, наиболее вероятно, что это явление связано с образованием стабильных бирадикалов или ион-радикалов. Устойчивые би-радикалы в полимерной цепи возникают, по-видимому, в случае нарушения копланарности, когда два радикала оказываются в разных плоскостях и не могут взаимодействовать друг с другом. Каждый из этих радикалов стабилизирован за счет блока системы сопряжения, в которую он входит. Так как частицы, содержащие неспаренные электроны, определяют парамагнетизм полимера, то они называются парамагнитными частицами.
 

Механизм возникновения пламени при воздействии электрической искры на аэровзвесь достаточно сложен. Искровой разряд сопровождается появлением возбужденных молекул, ионов, свободных радикалов и повышением температуры до 10 000 С. Совместное воздействие этих факторов на горючую аэровзвесь при определенных условиях приводит к возникновению самораспространяющегося ядра пламени.
 

Механизм возникновения излучения в квантовых генераторах существенно отличается от механизма, обусловливающего излучение в тепловых и люминесцентных источниках.
 

Механизм возникновения шероховатости при внешнем трении изучен еще недостаточно. При приработке может происходить существенное изменение параметров шероховатости поверхности. В установившемся режиме, по данным работ , шероховатость поверхности воспроизводится, оставаясь статистически неизменной.
 

Механизм возникновения автоколебаний иной.
 

Механизм возникновения макронапряжений при обработке резанием заключается в следующем.
 

Закон Амонтона — Кулона

Основная статья: Закон Амонтона — Кулона

Основной характеристикой трения является коэффициент трения μ{\displaystyle \mu }, определяющийся материалами, из которых изготовлены поверхности взаимодействующих тел.

В простейших случаях сила трения F{\displaystyle F} и нормальная нагрузка (или сила нормальной реакции) Nnormal{\displaystyle N_{normal}} связаны неравенством

|F|⩽μNnormal,{\displaystyle |F|\leqslant \mu {N_{normal}},}

Закон Амонтона — Кулона с учетом адгезии

Для большинства пар материалов значение коэффициента трения μ{\displaystyle \mu } не превышает 1 и находится в диапазоне 0,1 — 0,5. Если коэффициент трения превышает 1 (μ>1){\displaystyle (\mu >1)}, это означает, что между контактирующими телами имеется сила адгезии Nadhesion{\displaystyle N_{adhesion}} и формула расчета коэффициента трения меняется на

μ=(Ffriction+Fadhesion)Nnormal{\displaystyle \mu =(F_{friction}+F_{adhesion})/{N_{normal}}}.

Сила трения

Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей. Сила трения зависит от материала трущихся поверхностей и от того, насколько сильно эти поверхности прижаты друг к другу. В простейших моделях трения (закон Кулона для трения) считается, что сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции между трущимися поверхностями. В целом же, в связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне взаимодействия трущихся тел, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью простых моделей классической механики.

Разновидности силы трения

При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:

• Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.
• Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.
• Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.
• Трение верчения — момент силы, возникающий между двумя контактирующими телами при вращении одного из них относительно другого и направленный против вращения. Определяется формулой: M=pN{\displaystyle M=pN}, где N{\displaystyle N} — нормальное давление, p{\displaystyle p} — коэффициент трения верчения, имеющий размерность длины.

Характер фрикционного взаимодействия

В физике взаимодействие трения принято разделять на:

• сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками (в том числе и твёрдыми смазочными материалами) — очень редко встречающийся на практике случай, характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
• граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;
• смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
• жидкостное (вязкое), при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;
• эластогидродинамическое (вязкоупругое), когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале, возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.

Плюсы применения смазки в автомобиле по сравнению с маслом

Из обихода современного водителя пропали пресс-масленки, а вместе с ними гаражи и кладовые освободились от разномастных баночек со смазками. Но, как и раньше, смазывание пар трения при заводской сборке и ремонте автомобиля продлевает жизнь узлам и механизмам.

Учитывая, что в наши дни эксплуатируется около 8 млн подержанных машин, их владельцы должны знать, что такое смазки для автомобиля и как их правильно использовать.

Количество пар трения, которые обрабатывают смазками, в транспортных средствах намного больше, чем узлов, нуждающихся в масляном покрытии. За счет задержки в зоне пары трения густая смазка будет сохраняться дольше, а значит, и расход ее гораздо меньше по сравнению с маслом.

Этот продукт имеет и другие преимущества перед маслами, такие как слабая зависимость от окружающих температур; способность сохранять смазочные свойства при попадании воды; экологичность (смазки не остаются в виде пятен на дорогах, не становятся причиной прочих загрязнений.)

Как и любая жидкость, смазочное масло непрерывно меняет свою форму под действием внешних сил. Поэтому при слабой герметизации узла оно обязательно вытечет наружу. Другое дело смазка для автомобилей. За счет жесткости структурного каркаса при малых напряжениях касания она имеет свойства твердых тел. Но на критической отметке действия внешних сил (максимум прочности на сдвиг) структура пластичной смазки разрушается и появляется текучесть, как у жидкости. Как только прекращается движение, вновь восстанавливается каркас, который превращает вещество в твердое тело. Подобные субстанции причисляют к аномальным жидкостям.

В процессе получения смазки для автомобиля в масляную дисперсионную среду вводят загуститель, образующий тот самый каркас.

Дисперсионной основой в этом случае служат смазочные нефтяные масла со слабой и средней вязкостью. Так, на изготовление солидола идут индустриальные виды масел, включая машинное СУ. При производстве продукта «Литол-24» применяют смесь шпиндельного масла АУ (маловязкой «веретенки») и индустриального И-50. Роль загустителя играет мыло (соли жирных кислот). Его массовая доля составляет 10–20 %.

Для профилактики процесса окисления, а также улучшения стабильности состава и вязкостно-температурных свойств моторных смазок в них добавляются присадки. Последние могут быть основаны на том же масле, что и смазка для автомобиля. К примеру, низкотемпературные свойства повышают при помощи невязких масел в паре с жидким загустителем или депрессатором.

Еще, кроме присадок, в смазочные смеси вводят твердый наполнитель. Он отличается от загустителя отсутствием способности создать каркас и, в свою очередь, повышает антифрикционность смазки. Как правило, это чешуйчатый графит либо сульфид молибдена (IV).

Вода может входить в состав смазки для автомобиля или играть роль примеси. Во многих смазочных составах на основе алюминия, лития, свинца и т. п. наличие воды запрещено. Тем временем в Ca-Na смесях (к примеру, УТВ) она является структурообразующей, и если снизить концентрацию Н₂O, то смазка распадется. Массовая часть воды в подобных смесях составляет 0,5–5 %, а ее присутствие не ухудшает их антикоррозионных свойств.

Применение

Пластичные смазки многофункциональны, однако можно выделить 5 основных:

1. Защита от износа — одна из основных функций;
2. Герметизация подшипников — для того, чтобы не допустить попадания в узел воздуха, газов, жидкостей;
3. Защита от кавитации — для снижения вибрации и шума в узле трения;
4. Защита от коррозии — для защиты поверхностей, куда может попасть влага и появиться коррозия;
5. Защита от ударных нагрузок — там где нельзя обеспечить защиту смазыванием маслом, но необходимо, чтобы на поверхности трения всегда находился смазывающий материал.

К преимуществам можно отнести характеристики:

• Простота подачи в узел трения.
• Смазка легко закладывается в узел трения и в течение долгого времени сохраняет свои свойства, оставаясь в нем;
• Высокая степень адгезии. Смазка, обладая высокой липкостью, прочно держится на поверхностях трения, не стекает, обеспечивая при этом смазку в любой момент времени;
• Снижение шума и вибрации. Благодаря густой консистенции пластичных смазок, они прекрасно выполняют роль демпфера при ударных воздействиях, возникающих при вибрации.

Недостатки:

1. Отсутствие охлаждающих свойств. Если у масла одна из функций состоит в охлаждении узла, куда оно подается, то у пластичной смазки такое свойство отсутствует;
2. Отсутствие моющих свойств. Если узел подвергается загрязнению, или в нем накапливаются продукты износа, то они будут там копиться до тех пор, пока не станут действовать как абразив. Результат — выход узла из строя и его последующая замена;
3. Ограничение по прокачиваемости. Есть ряд показателей, которые позволяют нормировать смазывающие материалы по степени прокачиваемости. Чем гуще смазочный материал, тем он труднее прокачивается по каналам туда, куда требуется подать смазывающий материал.