Трение скольжения – сущность и причины возникновения. Понятие коэффициента трения и силы трения скольжения. Смазка для узлов трения скольжения
- Трение скольжения – понятие, причины возникновения и способы определения силы трения
- Коэффициент трения скольжения
- Сухая смазка для узлов трения скольжения
Трение скольжения – понятие, причины возникновения и способы определения силы трения
Трение – это процесс механического взаимодействия соприкасающихся поверхностей. Оно препятствует скольжению одного предмета относительно другого и сопровождает любое движение. Чтобы охарактеризовать трение по величине и направлению, используется понятие «сила трения».
Сила трения – это возникающая в плоскости соприкосновения двух прижатых тел при их перемещении сила механического сопротивления.
Трение классифицируется по категориям – сухое и вязкое. Первое характеризует взаимодействие твердых тел, второе – твердого тела с жидкостью или газом.
Трение скольжения – это разновидность сухого трения (наряду с трением покоя и трением качения), возникающая между поверхностями твердых тел при их относительном перемещении. Например, при движении лыжника по склону.
Сила трения скольжения приложена к обоим соприкасающимся телам и противоположна направлению движения.
Трение скольжения возникает по нескольким причинам
- Во-первых, атомы и молекулы сопряженных тел притягиваются друг к другу. Для преодоления этого притяжения необходимо совершение работы
- Во-вторых, трение возникает из-за наличия шероховатостей соприкасающихся поверхностей. При скольжении одного тела относительно другого неровности деформируются, «проникают» друг в друга, вследствие чего формируется сопротивление перемещению
Соответственно, сила трения скольжения зависит от конструкционного материала и качества обработки поверхностей деталей (их шероховатости). Чем меньше шероховатость поверхностей, тем меньше сила трения тел.
Также на величину силы трения скольжения влияет сила, прижимающая тела друг к другу, равная силе реакции опоры. Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе реакции опоры.
Сила трения скольжения определяется произведением силы реакции опоры и коэффициента трения.
Коэффициент трения скольжения
Коэффициент трения скольжения – это безразмерная скалярная величина, характеризующая поверхности при их относительном перемещении. Чем ниже этот показатель, тем меньше сопротивление сдвигу.
Значения параметра для пар наиболее популярных материалов при определенной скорости движения приводятся в справочниках. Например, коэффициент трения стали по льду равен всего 0,015, а точильного камня по стали – 0,94.
Для простоты расчетов коэффициент трения считают постоянной величиной. Он зависит от шероховатости поверхности, свойств конструкционных материалов, наличия либо отсутствия смазочных материалов.
Коэффициент трения скольжения определяется экспериментально. Для этого существуют специальные лабораторные установки – трибометры.
Они позволяют изучить особенности трения различных конструкционных материалов при использовании смазочного состава или без него в контролируемых условиях. В том числе возможно настраивать нагрузку, скорость скольжения, задавать необходимую температуру окружающей среды.
Фрикционное взаимодействие (трение) объектов позволяет людям ходить, машинам ездить по дороге, препятствует разрушению конструкций.
Однако из-за трения также появляется скрип при работе механизмов, соприкасающиеся детали узлов повреждаются и выходят из строя.
Пары трения скольжения характеризуются гораздо большими коэффициентом трения и интенсивностью изнашивания, чем пары трения качения.
Поэтому для механизмов, в которых предусмотрено трение скольжения, необходимо подбирать наиболее эффективные смазочные материалы с учетом условий их эксплуатации.
Сухая смазка для узлов трения скольжения
Наиболее яркий пример механизмов с трением скольжения – подшипники скольжения. Они находят распространение во всех областях промышленности благодаря простоте конструкции, надежности и способности работать при высоких нагрузках.
Подшипник скольжения представляет собой опору, в которой используется трение скольжения контактируемых поверхностей.
Из-за большого коэффициента трения в местах контакта деталей образуются повреждения, наблюдается фрикционный разогрев и износ поверхностей.
Для повышения ресурса таких деталей необходимо свести значение коэффициента трения к возможному минимуму. В этом помогают смазочные материалы.
Для узлов трения скольжения, особенно эксплуатируемых при высоких нагрузках и низких скоростях перемещения, наиболее эффективно применение твердых смазочных материалов.
Дисульфид молибдена, политетрафторэтилен, дисульфид вольфрама, графит и др. – вещества в виде высокодисперсного порошка, которые при попадании в зону трения в процессе работы формируют на деталях тонкую смазочную пленку, заполняют микронеровности поверхностей, сглаживая их.
Благодаря применению таких материалов на деталях создается гладкая поверхность, обладающая очень низким коэффициентом трения.
Твердые смазочные материалы используются в машиностроении в разных видах – самостоятельно в форме порошков, смешиваются с базовым маслом для создания паст, а также применяются в виде антифрикционных покрытий.
Последний тип материалов показывает наиболее эффективные результаты при необходимости снижения трения и износа высоконагруженных узлов, требующих обеспечения длительного (во многих случаях – ресурсного) смазывания, а также защиты от влияния неблагоприятный внешних факторов, таких как кислоты, щелочи, радиация, ультрафиолет.
Одним из наиболее известных в России брендов антифрикционных покрытий на основе твердых смазочных веществ является MODENGY.
Так выглядит часть подшипника скольжения с покрытием MODENGY 1014 на основе дисульфида молибдена и политетрафторэтилена.
Компания, производящая покрытия, специализируется на технологии твердой смазки и разработала линейку продукции для увеличения ресурса практически любого узла трения.
Покрытия содержат высокодисперсные частицы одного или нескольких твердых смазочных материалов, пленкообразователь, функциональные добавки и растворители.
После отверждения пленкообразователя (в печи или без нагрева) на обработанных деталях формируется тонкий скользкий слой, который не подвержен вытеканию, испарению, выдавливанию, обладает высокой износостойкостью, термостойкостью, химостойкостью – сегодня доступны материалы для самых сложных условий эксплуатации техники.
В подавляющем большинстве механизмов оборудования используются именно узлы трения скольжения. Для обеспечения плавного движения и уменьшения износа за счет снижения коэффициента трения на детали наносятся смазочные материалы различных видов. Наиболее эффективными из них в условиях высоких нагрузок, низких скоростей перемещения и воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды являются покрытия на основе твердых смазочных веществ.