Физическая энциклопедия - трение внешнее

механич. сопротивление, возникающее в плоскости касания двух прижатых друг к другу тел при их относит. перемещении. Сила сопротивления F, направленная противоположно относит. перемещению данного тела, наз. силой трения, действующей на это тело. Т. в.диссипативный процесс, сопровождающийся выделением теплоты, электризацией тел, их разрушением и т.

д. По кинематич. признаку различают трение скольжения и качения. Каждый из этих видов Т. в. характеризуют соответствующим коэфф. (см. ТРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТ). По наличию промежуточной прослойки между телами различают трение сухое (тв. прослойка плёнка окисла, др. хим. соединений, полимерные, минеральные покрытия) и трение граничное (плёнки жидкой или консистентной смазки =0,1 мкм и менее).

Внеш. условия (нагрузка, скорость, шероховатость, темп-ра, смазка) влияют на величину Т. в. не меньше, чем природа трущихся тел, меняя его в неск. раз. Значение силы трения в зависимости от относит. смещения трущихся тел при сдвиге, переходящем в скольжение. Трение скольжения. Если составляющая приложенной к телу силы, лежащая в плоскости соприкосновения двух тел, недостаточна для того, чтобы вызвать скольжение данного тела относительно другого, то возникающая сила трения наз.

неполной силой трения (участок ОА на рисунке); она вызвана малыми (=1 мкм) частично обратимыми перемещениями в зоне контакта, величина к-рых пропорц. приложенной силе и изменяется с увеличением последней от 0 до нек-рого макс. значения (точка А), наз. силой трения покоя; эти перемещения наз. предварит. смещением. После того как приложенная сила превысит критич.

значение, предварит. смещение переходит в скольжение, причём сила Т. в. неск. уменьшается (точка A1) и перестаёт зависеть от перемещения (сила трения скольжения). Вследствие волнистости и шероховатости каждой из поверхностей, касание двух тв. тел происходит лишь в отд. «пятнах», сосредоточенных на вершинах выступов. Размеры пятен зависят от природы тел и условий Т.

в. Более жёсткие выступы внедряются в деформируемое контртело, образуя единичные пятна реального контакта, на к-рых возникают силы прилипания (адгезия, хим. связи, взаимная диффузия и др.). При скольжении они разрушаются и образуются вновь, причём суммарная площадь всех пятен при пост.

условиях трения остаётся неизменной. В результате пятна касания бывают «вытянуты» в направлении движения. Диаметр эквивалентного по площади пятна касания составляет от 1 до 50 мкм в зависимости от природы поверхности, вида обработки и режима Т. в. При скольжении эти пятна наклоняются под нек-рым углом к направлению движения, материал раздвигается в стороны и подминается скользящей неровностью.

Суммарная площадь касания на два-три порядка меньше кажущейся площади касания, поэтому в этих пятнах реализуются напряжения, лишь в неск. раз меньшие теор. прочности материала. Т. в. представляет собой двойственный процесс: с одной стороны, происходит диссипация энергии, обусловленная преодолением мол. связей, с другой формоизменением поверхностного слоя материала внедрившимися неровностями.

Сопротивление оттеснению материала при сдвиге определяет механич. составляющую Т. в. и зависит от безразмерной хар-ки h/R от отношения глубины h внедрения единичной неровности, моделированной сферич. сегментом, к его радиусу R. Возникающее касат. напряжение tмех=kaг ?(h/r•Pг), где Pгфактич. давление на пятне касания, aг коэфф. гистерезисных потерь, k коэфф., зависящий от распределения неровностей по высоте. Отношение hlR определяется различным образом в зависимости от вида контакта (упругий, пластический), шероховатости, волнистости. Когда формоизменение поверхностного слоя упруго, то механич. составляющая невелика и ею часто можно пренебречь. В пятнах касания возникают силы межмол. и др. видов вз-ствий, потери на преодоление к-рых оцениваются безразмерной хар-кой tмол/ss, где tмолсдвиговое сопротивление мол. связи, ssпредел текучести основы. Мол. сдвиговое сопротивление tмол=t0+bРг, где s0 сдвиговая прочность единичного пятна касания (т. н. фрикционная связь) при отсутствии сжимающей нагрузки, b её коэфф. упрочнения. Общий коэфф. Т. в. определяется суммой механич. и мол. составляющих: f=fмол+fмex=t0/Pr +ka?(h/R). Зависимость коэфф. Т. в. от давления при пост. шероховатости или от шероховатости при пост. давлении переходит через минимум. При приработке пар трения самопроизвольно устанавливается шероховатость, соответствующая минимуму коэфф.

трения. В этом случае имеет место упругий контакт, поэтому механич. составляющей можно пренебречь, и тогда f=?(t0aг/Е+b). Эта ф-ла справедлива для трения жёсткого шероховатого тела по деформируемому полупространству, имеющему модуль упругости Е. Для эфф. работы пары трения существенно, чтобы поверхностный слой тв. тела имел меньшее сдвиговое сопротивление, чем слои, лежащие глубже, т.

е. должно соблюдаться правило градиента сдвигового сопротивления. Только в этом случае деформирование контактирующих тел и разрушение фрикц. связей будет локализоваться в тонком поверхностном слое, т. е. трение будет внешним. Это достигается различными путями, напр.: формированием в процессе трения защитной плёнки из газовой, жидкостной или тв.

фазы окружающей среды; путём предварит. нанесения на поверхность тв. тела тонких плёнок с малым сдвиговым сопротивлением (смазка, полимерные покрытия из халькогенидов и др.); путём применения поверхностно-активных в-в и хим. соединений (присадки к маслам), модифицирующих и пластифицирующих тонкие поверхностные слои. В зависимости от хар-ра деформирования поверхностного слоя различают Т.

в. при упругом и пластич. контактированиях и при микрорезании. При возрастании нагруженности контакта Т. в. переходит во внутреннее трение, для к-рого характерно отсутствие скачка скорости при переходе от одного тела к другому. Нагрузка, при к-рой Т. в. нарушается для данной пары трения, наз. порогом внешнего трения. Трение качения.

Значения силы трения качения очень малы по сравнению с силами трения скольжения. Трение качения обусловлено: а) потерями на упругий гистерезис, связанный со сжатием материала под нагрузкой перед катящимся телом; б) затратами работы на деформирование материала при формировании валика перед катящимся телом; в) преодолением «мостиков сцепления».

При достаточно протяжённых размерах пятна касания в зоне контакта возникает проскальзывание, приводящее к уже рассмотренному выше трению скольжения. При больших скоростях качения, сопоставимых со скоростью распространения деформации в теле, сопротивление перекатыванию резко увеличивается, и тогда выгоднее переходить к трению скольжения.

Материалы для пар трения следует подбирать по характеру межмол. взаимодействия (t0, b), по их механич. свойствам (Е, ss) и способности формировать защитную плёнку. Всё шире применяются металлополимерные композиции, самосмазывающиеся спечённые материалы (металлические) и такие технологич. приёмы, как нанесение на поверхность трения полимерных и металлич.

покрытий. .