Трение скольжения

Трение скольжения подразделяют на следующие типы: сухое, жидкостное и полусухое, или полужидкостное.

Сухое трение. При сухом трении между трущимися поверхностями смазки нет (рис. 9.1, а). Поверхности тел, даже очень хорошо отшлифованные, имеют неровности — углубления и выступы. При движении одной поверхности по- другой выступы их соприкасаются. Вследствие упругости материала скольжение сопровождается смятием выступов, а при сильном нажатии одной поверхности на другую в некоторых случаях и разрушением поверхностей.

При движении хорошо отшлифованной поверхности относительно другой расстояние между поверхностями может быть настолько малым, что молекулы одной поверхности попадают в сферу действия молекулярных сил другой поверхности. Преодоление сил упругости и молекулярного воздействия, возникающих при перемещении одной поверхности по другой, и вызывает явление трения.

Сила сухого трения прямо пропорциональна давлению между трущимися поверхностями; она не зависит ни от величины трущихся поверхностей, ни от скорости движения одной поверхности по другой.

Сила сухого трения выражается формулой

где F_C — сила сухого трения в кг;

N — нормальное давление в кг;

− коэффициент сухого трения, величина которого зависит от материала и состояния трущихся поверхностей (лежит в пределах 0,1 ÷ 0,4).

Жидкостное трение. Жидкостным называется такой вид трения, при котором между трущимися поверхностями имеется сплошной слой смазки (рис. 9.1,б). При жидкостном трении слой смазки, непосредственно прилегающий к неподвижной поверхности, остается также неподвижным, а слой смазки, прилегающий к движущейся поверхности, перемещается с той же скоростью, что и сама поверхность. При движении за счет сил трения в самой жидкости, обусловленных ее вязкостью, слой, прилегающий к движущейся поверхности, увлекает за собой нижерасположенный слой, который в свою очередь увлекает следующий за ним слой жидкости и т. д. Скорость движения слоев при этом постепенно убывает от величины скорости v, равной скорости движения верхней поверхности, до нуля (см. рис. 9.1, б). Сила трения возникает в результате того сопротивления, которое оказывают отдельные слои масла при их перемещении один относительно другого. Возникающая сила трения зависит от вязкости смазки, расстояния между поверхностями и скорости перемещения одной поверхности относительно другой.

У механизмов, работающих с жидкостным трением, затрата работы на преодоление трения значительно меньше, чем у механизмов, работающих с сухим трением. При жидкостном трении повышается надежность работы трущихся деталей, так как увеличивается их способность выдерживать нагрузку и уменьшается их износ.

Теория жидкостного трения была впервые разработана русским ученым Н. П. Петровым (1883 г.).

Сила жидкостного трения прямо пропорциональна абсолютной вязкости смазки, площади соприкосновения трущихся частей и их относительной скорости, обратно пропорциональна толщине смазочного слоя и не зависит от состояния трущихся поверхностей и давления между ними.

Как и для сухого трения, мы можем выразить силу жидкостного трения формулой

где N — нормальное давление в кг;

f_ж —коэффициент жидкостного трения.

Коэффициент жидкостного трения значительно меньше (в 10÷20 раз) коэффициента сухого трения. Кроме того, этот коэффициент зависит от физических свойств смазывающей жидкости, скорости перемещения одной поверхности относительно другой, расстояния между трущимися поверхностями и удельного нормального давления на них. Эта зависимость выражается формулой

где η — абсолютная вязкость1 жидкости;

V — скорость движения одной поверхности относительно другой;

h — толщина смазочного слоя; N_уд — нормальное давление на единицу поверхности.

Отсюда следует, что коэффициент жидкостного трения f_ж тем больше, чем больше вязкость жидкости и скорость перемещения поверхностей, и тем меньше, чем больше толщина смазочного слоя и удельное давление на поверхность трения.

Полусухое или полужидкостное трение. Полусухое или полужидкостное трение (см. рис. 9.1, в) возникает в тех случаях, когда поверхности двух взаимно перемещающихся тел неполностью разделены слоем смазки, вследствие чего происходит частичное соприкосновение перемещающихся одна относительно другой поверхностей. Иначе говоря, в этом случае одновременно возникают два вида трения: сухое и жидкостное. Усилие, необходимое для перемещения трущихся поверхностей, здесь меньше, чем при сухом, и больше, чем при жидкостном трении.