ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Граничный режим трения. Трибоэлектрические явления из "Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания" На рис. 5 представлена классическая схема нагрузок, действующих на подшипник, и образования смазочного слоя, разделяющего поверхности трения в условиях гидродинамического режима. [c.17] Так как масло в этих условиях практически несжимаемо, то оно стремится к растеканию в продольном направлении (к торцам подщипника) и по направлению вращения вала. Ограниченность зазоров препятствует свободному истечению масла, и в результате создается гидродинамическое давление, воздействующее на вал. Это давление возрастает в направлении уменьшения размеров щели по окружности. В продольном направлении эпюра давления имеет вид гиперболы (см. рис. 5,в). В результате вал приподымается и смещается в сторону вращения (см. рис. 5, б). Часть масла вытекает через торцы подшипника, а остальное масло прокачивается через узкую часть зазора. Равновесное состояние вала в подшипнике наступает тогда, когда проходное сечение (Амин) достаточно для пропуска части масла, оставшегося после торцевого истечения. [c.18] В результате гидродинамическое давление, развиваемое в слое смазки, обеспечивает разделение поверхностей вала и подшипника, и трение между поверхностями заменяется внутренним трением слоев масла. При этом коэффициент трения имеет весьма низкое численное значение. Теоретически, как это считалось до последнего времени, при гидродинамическом режиме смазки износ должен отсутствовать. В действительности же износ наблюдается он появляется в результате электростатических разрядов, возникающих при трении между поверхностями. В условиях работы двигателя внутреннего сгорания неизбежны частые нарушения чисто гидродинамического режима смазки при пуске двигателя, при резких колебаниях нагрузки и попадании в зазор твердых частиц, размер которых превышает толщину гидродинамической макропленки. Отклонения вала от заданной геометрической формы, вызванные прогибом и неточностями изготовления или сборки, также могут вызвать нарушения гидродинамического режима смазки. В связи с этим в некоторых конструкциях двигателей прибегают к особой форме расточки подшипников, которая обеспечивает равномерность прилегания шейки вала в деформированном состоянии — под нагрузкой. [c.18] Описанная схема весьма условна и в большинстве случаев упрощенно показывает истинную картину и механизм процесса смазки. Она не отражает неизотермичность процесса и неста-ционарность внешних нагрузок. Большое значение имеет также деформируемость подшипникового узла, весьма значительно влияющая на закономерности образования масляного клина. [c.19] Основное уравнение, описывающее распределение давления масла в подшипнике, было предложено Рейнольдсом однако оказалось, что решение его сопряжено с большими математическими трудностями. В связи с этим многие исследователи при разработке теории пошли по пути решения плоской задачи, исключив торцевое истечение масла, т. е. решая задачу расчета подшипника бесконечной длины. Впервые такую задачу решил Н. П. Петров, предположив концентрическое расположение вала в подшипнике. Затем Н. Е. Жуковский указал, что для создания несущей способности необходимо, чтобы вал был расположен эксцентрично. [c.19] Достаточно надежные методы расчета подшипников скольжения с учетом неизотермичности масляной пленки и нестацио-нарности нагружения пока еще не созданы. Тем не менее некоторые новые разработки [30, 31] дают основания полагать, что в ближайшее время такие методы появятся. Правильному конструированию подшипников скольжения, в частности для двигателей внутреннего сгорания, способствует успешное развитие экспериментальной техники исследования подшипников в разных условиях нагружения. [c.20] В работе [36] с помощью расчетных и экспериментальных данных построены траектории центра шатунной шейки тракторного двигателя СМД-14 с учетом деформаций вкладышей и переменных нагрузок, обусловленных действием сил в цилиндрах двигателей. Анализ полученных результатов показал, в частности, что наиболее напряженный режим при работе двигателя без нагрузки — минимальная скорость вращения коленчатого-вала, а для случая работы под нагрузкой — режим полной нагрузки. Установлено также, что на всех режимах наблюдаются опасные сближения шеек с вкладышами, когда толщина масляной пленки становится меньше 3,6 мкм. Расчетным путем показано, что эти моменты совпадают с нулевыми значениями приведенной угловой скорости шейки. Закон распределения температуры по поверхности шейки определяется местами сближения ее с соответствующим участком вкладыша. Весьма важным и новым является установление наличия оптимальных значений соотношений между вращающимися и поступательно движущимися массами кривошипно-шатунного механизма и между длиной шатуна и радиусом кривошипа, при которых провалы несущей способности будут минимальными. [c.21] Необходимо иметь в виду весьма большое влияние на вязкость масла контактного давления. По данным Д. С. Код- ира, вязкость масла может в зависимости от местного давления увеличиваться в десятки тысяч раз. Оно как бы загустевает и поэтому не выдавливается из зазора. Но кроме того, жесткость слоев масла при сжатии становится настолько значительной, что влияет на величину деформации поверхностей трения. Чтобы расчетные формулы КГТС давали значения, близкие к действительным, необходимо не только учитывать зависимость вязкости от давления и температуры, но и деформируемость поверхностей с учетом указанного фактора. [c.22] ГРАНИЧНЫИ РЕЖИМ ТРЕНИЯ. [c.22] Под влиянием высокой температуры масла, увеличения нагрузки, облегчения сопротивления вытеканию масла из узла трения гидродинамическая (контактно-гидродинамическая) пленка утоньшается, и ее толщина становится меньше критического значения при этом свойства смазки изменяются скачкообразно. При малой толщине пленки величина трения и изнашивания зависит уже не от объемной вязкости, а от других факторов. Обычно такие тонкие пленки принято называть граничными и трение при таких пленках — граничным. [c.22] Смазочное действие граничных пленок оценивают маслянистостью — способностью смазки обеспечивать снижение коэффициента трения в условиях, когда действие пленки не определяется только вязкостью. [c.22] Различают пленки химического происхождения (хемосорбция) и физического (адсорбция). К первым относятся пленки-окислов, о которых упоминалось выше. Эти пленки образованы в результате взаимодействия поверхности трения с кислородом (поставляемым к поверхности из масла или непосредственно из атмосферы), а также действия на поверхности трения присадок к маслу. К пленкам химического происхождения относятся также различные мыла, образовавшиеся из высших органических кислот, находящихся в масле. Полярно-активные компо ненты масла, образовавшиеся в процессе его применения и находившиеся в свежем масле, создают граничные слои, связанные с поверхностью силами физической сорбции, главным образом силами Ван-дер-Ваальса. [c.23] Пленки, химически связанные с поверхностями, удаляют с большим трудом, их удаление сопровождается повреждением приповерхностных слоев. С повышением температуры химические пленки утолщаются и разрушаются только при достижении точки плавления. Пленки, связанные с поверхностями физически, т. е. силами адсорбции, легко удаляются с поверхности, при температуре десорбции (порядка 373—423 К). [c.23] Удаление граничных слоев физического происхождения не отражается на состоянии поверхности трения. Как те, так а другие слои легко саморегенерируются. [c.23] Адсорбционные слои образуются плотно расположенными полярно-активными углеводородами. Цепочные молекулы направлены перпендикулярно поверхности и обращены к ней полярными группами СООН, ОН и другими. Молекулы наружу обращены неполярными метильными группами СНз. По завершении построения одного ряда и заполнении всех активных центров поверхности оставшиеся полярные молекулы заполняют второй и последующие ряды. В результате мономолекулярный частокол превращается в полимолекулярный. Описанная ориентация молекул на металлической подложке (поверхности трения) вынуждает к такой же ориентации и неполярные соединения. Над граничным слоем молекулы углеводородов расположены хаотично. В этой области возможен уже гидродинамический механизм смазочного действия. [c.23] Окисные пленки обусловливают, как правило, меньшее сопротивление на сдвиг, чем основной металл, поэтому при окислении поверхностей сила трения снижается (имеется в виду трение в отсутствие смазки). Основная положительная роль окисных пленок — предупреждение схватывания, которое легко наступает при касании ювенильных поверхностей. С этой точки зрения скорость регенерации окисных пленок после их изнашивания имеет исключительно большое значение. [c.24] Представление о правильной пластинчато-слоистой структуре граничных слоев следует оценивать как идеализированное, игнорирующее свойства и субмикрорельеф реальной поверхности металлов [11—13], содержащих полярные радикалы. Необходимо помнить о поляризующем воздействии диполей на диэлектрическую среду [1, 12, 28]. А. С. Ахматов отметил возникновение электрического момента деформационного происхождения при изгибе молекул цепи и указал на перспективность изучения пьезоэлектрического эффекта в граничных слоях. Такие исследования позволяют установить связь между электрическими и механическими силами, возникающими в процессе трения. [c.25] Вернуться к основной статье