За характером відносного руху розрізняють тертя скільки-вання і тертя кочення. Іноді обидва види тертя проявляються сов-місцево, коли кочення супроводжується проскальзиваніем, наприклад, в зубчастих і зубчато-гвинтових передачах або між колесами і рель-самі.
Залежно від того, чи є відносне переміщень-ня дотичних пар макро- або мікросмешеніем, розрізняють силу тертя руху, неповну силу тертя спокою, найбільшу силу тертя спокою. Сила тут зрозуміло в узагальненому понятті і може виступати як момент сил.
Сила тертя руху - сила опору при щодо відповідності-ном переміщенні одного тіла по поверхні іншого під дією
Зовнішньої сили, тангенциально спрямованої до спільного кордону між цими тілами.
Найбільша сила тертя спокою - сила граничного опору-лення відносному переміщенню дотичних тіл без на-рушення зв'язку між ними і при відсутності зсуву на контакті. Прикладена до одного з тіл паралельно площині торкання сила, що перевищує хоча б на нескінченно малу величину силу тертя спокою, вже порушує рівновагу.
Неповна сила тертя спокою - сила опору, направ-лена протилежно зсувних зусиль, при відсутності сме-щення на контакті. Вона змінюється від нуля (при відсутності сил, що прагнуть порушити відносний спокій тел в площині їх торкання) до максимального значення, коли вона переходить в силу тре-ня спокою.
Деформація тіл, в першу чергу нерівностей їх поверхонь, під дією зсувного зусилля і протилежної йому непол-ної сили тертя спокою викликає попереднє зміщення тіл, попереднє їх відносного макроперемещенію. Це впер-ші встановив А. В. Верховський. Попереднє зсув мало за величиною і пропорційно доданої зрушує силі. Воно частково можна зупинити, т. Е. Після видалення зрушує сили про-виходить часткове зворотне зміщення. На майданчиках фактичного контакту попереднє зміщення одно нулю.В залежності від наявності мастильного матеріалу розрізняють сле-дмуть види тертя: тертя без мастильного матеріалу і тертя з ^ мастильним матеріалом.
Тертя без мастильного матеріалу.
Тертя без мастильного матеріалу і при відсутності забруднень між поверхнями, що труться буває в гальмах, фрикційних передачах, в вузлах машин текстильної, харчової, хімічної про-мисловості, де мастильний матеріал, щоб уникнути псування продук-ції або з міркувань безпеки неприпустимий, а також в уз- лах машин, що працюють в умовах високих температур, коли лю-бій мастильний матеріал не придатний.
Тертя має молекулярно-механічну природу. На пло-ках фактичного контакту поверхонь діють сили молі-кулярного тяжіння, які проявляються на відстанях, в десятки разів перевищують міжатомна відстань в кристалічних-ських решітках, і збільшуються з підвищенням температури. Моле-кулярние сили при наявності або відсутності проміжної в'яз-кою прошарку (вологи, забруднення, мастильного матеріалу і т. П.) Викликають на тому чи іншому кількості ділянок адгезію. Вона можлива між металами і плівками оксидів. Адгезія може бути обумовлюються лена одночасно і дією електростатичних сил. Сили ад-гезіі, як і молекулярні сили, прямо пропорційні площі фактичного контакту. Прикладена тиск впливає на ці сили побічно, через площу фактичного контакту.
Молекулярні сили як сили, перпендикулярні поверхні, здавалося б, не повинні виконувати роботу при відносному тангенціальному переміщенні поверхонь. Те саме має ставитися і до сил адгезії, якщо утворилася внаслідок адгезії зв'язків між тілами руйнується за місцем з'єднання. Насправді ж відносне зміщення поверхонь при наявності взаємного тяжіння і адгезії супроводжується деформацією зсуву, що внаслідок неідеальної пружності матеріалу вимагає витрати енергії в незворотною формі. Зрозуміло, велику тангенціальну силу треба прикласти, якщо зв'язок між тілами порушується не за місцем з'єднання, а на деякій глибині від поверхні.
Більш сильним проявом молекулярних сил є тужавіння-вання поверхонь. Сила тертя в цьому випадку залежить від протяжності зон схоплювання і опору їх роз'єднати-нию.
Двочленні вираження виду (4.1) і (4.2) для сили треки я і коеф-фициента тертя дійсні для тертя з мастильним ма-лом і без нього.
Багато дослідників (Хольм, Стренг, Льюїс і ін.) Вважають, що складова сили тертя, обумовлена пластичної деформації-цією (механічним взаємодією) поверхонь, зазвичай вельми незначна (всього кілька відсотків від сумарної сили тертя). Так, тертя металевих поверхонь в вакуумі сопровож-дається великим коефіцієнтом тертя (більше одиниці). Якщо ж в вакуумну камеру впустити повітря, то за дуже короткий переможе-ток часу коефіцієнт тертя зменшується в кілька разів. За цей час кисень не в змозі утворити плівку оксиду, щоб згладити самі невеликі нерівності поверхні тертя або перешкодити їх взаємному впровадження.
На підставі цього можна зробити висновок, що молекулярна со-ставлять сили тертя є причиною високого значення по-останньої в вакуумі. Зауважимо, що при терті кочення молекулярна складова порівняно мало впливає на тертя.
Статична сила тертя в залежності від тривалості нерухомого контакту зростає до певної межі. Сила тертя руху залежить від швидкості ковзання поверхонь, при-ніж відповідно тиску і твердості пов'язаних тел коефі-цієнт тертя може монотонно зростати, спадати, переходити через максимум або мінімум.
^ Тертя без мастильного матеріалу супроводжується скачкообразен-ним ковзанням поверхонь, з чим пов'язані, наприклад, вібрація автомобіля при включенні зчеплення, «смикання» при гальм-жении, «вереск» гальм, вібрація різців при резадіі і порушення плавності роботи повільно рухомих деталей можна вказати деякі заходи боротьби зі «стрибками» при терті - збіль-чення жорсткості системи, підвищення швидкості ковзання, підбір пар тертя, для яких коефіцієнт тертя незначно віз-розтане з ростом тривалості нерухомого контакту і при підвищенні швидкості через мінімум не проходить.
Плівки оксидів, волога і забруднення на металевих поверх-ності впливають на коефіцієнт тертя двояко. Сили молекулярного тяжіння між ними можуть бути в сотні разів менше, ніж в слу-чаї взаємодії металу на чистому контакті. Крім того, ін-ність окислів зазвичай менше міцності основного металу, тому опір «пропахіванію» і зрізання частинок при переміщенні, поряд з силами молекулярної взаємодії, значно по-ніжа, і коефіцієнт тертя падає. Товсті плівки окислів мають меншу твердість, і наявність їх призводить до підвищення площі фактичного контакту, причому, якщо це зростання буде протікати швидше, ніж зменшення механічної складової сили тертя, то відбудеться збільшення сили тертя.
Особливо [зупинимося на терті металевих поверхонь при високих температурах, вище температури розкладання мінеральних масел, або температур плавлення або розкладання твердих сма-зочний матеріалів. 1Цд поверхнях тертя навіть в умовах висо-кого розрідження утворюється окисна плівка. Властивості цієї плівки щодо рівномірності покриття, щільності і міцності зв'язку з підставою, а також інтенсивність її утворення залежать від со-става сплаву! Плівка при відповідному складі зменшує силу тертя і інтенсивність зношування й охороняє поверхні від корозії і безпосереднього контактування. У розрідженій атмосфері захисне Дія плівки знижується.
Тертя при граничній мастилі
При граничної мастилі поверхні сполучених тел розділені шаром мастильного матеріалу досить малої товщини (від товщини однієї молекули до 0,1 мкм). Наявність граничного шару або Гранич-ної плівки знижує сили тертя в порівнянні з тертям без смазоч-ного матеріалу в 2. 10 разів і зменшує знос сполучених по-поверхонь в сотні разів. Всі масла здатні адсорбуватися на металевій поверхні. Міцність плівки залежить від наявності в ній активних молі-кул, якості і кількості останніх. Хоча мінеральні смазоч-ні масла є механічною сумішшю неактивних углеводоров-дів, вони, за винятком напрацювали надчистих масел, завжди мають включення органічних кислот, смол і інших поверхнево-активних речовин. Жирні кислоти входять до складу масел рости-кові-тваринного походження, а також до складу пластичних мастильних матеріалів. Тому майже всі мастила утворюють на металевих поверхнях граничну фазу квазікрісталліче-ської структури товщиною до 0,1 мкм, що володіє більш-менш міцним зв'язком з поверхнею і поздовжньої когезией. При наявності щодо товстої олійною прошарку між поверхнями тертя перехід від орієнтованої структури масла до неориентированной відбувається стрибком.
Молекули мастильного матеріалу орієнтуються перпендіку-лярні до твердої поверхні (сторч), що дозволяє уявити для наочності граничну планку у вигляді ворсу (рис. 4.1). При взаємному переміщенні поверхонь тертя «ворсинки» як би через згину в протилежні сторони. Насправді ж відбувається зрушення з перекосом квазікристалічної структури плівки. Сопро-тивление її ковзанню в такому стані кілька підвищено. На відновлення орієнтації молекул в попереднє положення пер-пендікулярно поверхні тел потрібно певний проміжок часу, іноді щодо великий.
Мастильний матеріал в граничному шарі анизотропен, в тангенціальному напрямку молекулярні шари легко згинаються і при товщині шару більше деякої критичної величини ковзають один по одному; по нормалі до твердої поверхні плівка володіє високим опором стисненню; її несуча здатність ісчіс-ляется десятками тисяч кілограмів на 1 см 2. Деформація стиснення плівки в досить високому інтервалі не виходить за межі уп-ругості.
Механізм тертя при граничної мастилі представляється в слідую-щем вигляді. Під навантаженням протікає пружна в пластична деформації на майданчиках контакту, під якими тут слід розуміти майданчики найбільш близького прилягання поверхонь, покритих граничної плівкою мастильного матеріалу, аж до мономолекулярного шару. (На майданчиках контакту може статися взаємне Впровадження поверхонь без порушення цілісності мастильної Плівки. Опір руху при ковзанні складається з опору зрушенню граничного шару і опору «пропахіванію» поверхонь упровадилися обсягами. Крім т го, на майданчиках контакту, підданих найбільш значною пластичної деформації, і в пунктах з високими місцевими температурами може відбутися руйнування мастильної плівки з настанням адгезії обнажившихся поверхонь і навіть схоплювання металів на мікроділянки. Це викликає додаткове зі опір руху.
Завдяки рухливості молекул мастильного матеріалу на поверхні тертя адсорбція протікає з великою швидкістю, що повідомляє мастильної плівці властивість «самозалечіваться» при місцевих її пошкодженнях. Ця здатність грає велику роль в попередженні лавинного процесу схоплювання
Невідновлювальна гранична плівка в міру зростання шляху тертя зношується, масло з плівки адсорбується на продукти зносу і несеться з поверхні тертя; відбувається сублімація плівки як твердого тіла і видалення масла в атмосферу. Окислення плівки сприяє дезорієнтації структури і руйнування її.
в'язкість масла не впливає на процес граничного змащення. Масла з однаковою в'язкістю, але різних марок, мають різне змазує дію Для оцінки поведінки масел при граничній мастилі ще в 1903 році було введено поняття маслянистості і запропоновані раз-особисті формулювання цього поняття. (Олійність - це кому-плекс властивостей, що забезпечують ефективну граничну мастило. Олійність оцінюють в основному за коефіцієнтом тертя: чим він менший, тим вище жирність. Робляться спроби коли-кількісний оцінити її. Олійність характеризує дію смазоч-ного матеріалу стосовно до даного поєднанню труться мате-ріалів.
У 1969 р Б. В. Дерягин, М. М. Снітковський і А. Б. Лященко вид-вінулі гіпотезу про те, що молекули мастильного матеріалу в гра-нічно шарі згруповані в домени. Домен олеїнової кислоти в граничному шарі містить близько 1400 молекул. Домени формуються електромагнітними силами і як би копіюють кристалічну будову підкладки. Встановлено, що граничні шари мають властивості напівпровідникового елемента.
Додавання в граничні шари мастильного матеріалу і водних розчинів поверхнево-активних речовин підвищує товщину гранітного шару і сприяє зменшенню зносу) (до двох разів).