Тертя зовнішнє - фізична енциклопедія

НАНОЧАСТИНКИ ПРИХОДЯТЬ НА ДОПОМОГУ
Вчених хвилює питання, наскільки надійно захищені космонавти від великих доз радіації (адже вони позбавляються природного захисного «парасольки» - магнітного поля Землі). Особливо актуальна ця проблема в разі можливих пілотованих польотів на Місяць або Марс. Навіть спеціально розроблені матеріали не зможуть повністю убезпечити від космічної радіації. Далі.

ТЕРТЯ ЗОВНІШНЄ - механічні. опір, що виникає в площині торкання двох дотичних тіл при їх відносить. переміщенні. Сила опору F. спрямована протилежно відносить. переміщення тіл, наз. з і л о м т р е н і я. Т. ст.- дисипативний процес, що супроводжується виділенням тепла, електризацією тіл, їх руйнуванням і ін. [2].

Розрізняють Т. в. ковзання і Т. в. кочення. Характеристика першого - коеф. Т. в, ковзання fс - безрозмірна величина, що дорівнює відношенню сили Т. в. до нормальної силі, притискає тіла один до одного; характеристика другого-коеф. Т. в. кочення fк. являє собою відношення моменту Т. в. кочення до нормальної силі (має розмірність довжини). Для характеристики даної пари Т. в. необхідно вказати зовн. умови (навантаження, швидкість, шорсткість, темп-ру, мастило), к-які впливають на величину Т. в. не менш, ніж природа тіл, що труться.

Тертя ковзання. Якщо зовн. тангенціальна сила, що лежить в площині зіткнення двох тіл, недостатня для ковзання одного тіла по поверхні іншого, то виникає при цьому сила опору руху зв. неповної силою Т. ст .; вона викликана малими (

мікрометрів) частково оборотними переміщеннями в зоні контакту, величина яких брало пропорц. прикладеною силі і змінюється зі збільшенням останньої від 0 до деякого макс. значення, наз. з і л о м т р е н і я п о к о я (або граничною силою тертя). Будь-яке перевищення зовн. сили над силою Т. спокою викликає ковзання тіла. При цьому мають місце незворотні відносить. переміщення, величина яких брало не залежить від тангенціальної сили. Діюча на тіло сила опору руху відноситься до розряду неконсервативних сил.

Внаслідок волнистости і шорсткості кожної з поверхонь торкання двох твердих тіл відбувається в дискретних областях, т. Н. плямах торкання [3]. Плями торкання-це елементарні площадки контакту, що виникають в результаті пружних або пластич. деформацій нерівностей поверхні дотичних тіл. Розміри плям торкання залежать від властивостей контактуючих тіл і умов навантаження і коливаються в межах від 1 до 50 мкм. На плямах торкання виникають сили зчеплення двох тіл (адгезія, хім. Зв'язку, взаємна дифузія і ін.), Т. Е. Утворюються т. Н. містки [4].

При ковзанні тел плями торкання мігрують по поверхні тел. Цей процес супроводжується об'ємним деформацією тонких приповерхневих шарів. При цьому витрачається потужність. робота з подолання сил зчеплення на плямах торкання (руйнування містків) і на утворення нових вогнищ зчеплення. Кожна пляма торкання, т. Н. фрикційна зв'язок, існує лише обмежений час. Тривалість життя фрикційної зв'язку-важлива характеристика, т. К. Визначає темп-ру, що розвивається при Т. в. зносостійкість і ін. Т. о. процес Т. в. являє собою об'ємне деформування вельми тонких приповерхневих шарів кожного з тіл, що змінюють свої властивості під впливом навколишнього середовища [8], що супроводжується руйнуванням містків між поверхнями, що труться. Обсяг шару, втягнутого в деформацію, тим більше, чим міцніше фрикційні зв'язку.

Залежно від характеру об'ємного деформування приповерхневого шару розрізняють Т. в. при пружному і пластич. контакті. З ін. Боку, в залежності від співвідношення міцності на зріз містка і міцності нижчих шарів матеріалу розрізняють адгезійний зрушення (руйнування містка по межі його освіти) і когезійний зрушення (руйнування містка на деякої глибині). Той чи інший вид Т. в. залежить від відносить. глибини впровадження отд. нерівностей і тангенціальною міцності містка.

При потужність. умовах Т. в. переходить у внутр. тертя, при к-ром в зоні контакту немає стрибка швидкості при переході від одного тіла до іншого. Для жорсткого сферич. сегмента радіусом r. ковзає по пластично деформівних матеріалу, це відбудеться, коли де h-глибина впровадження; t-опір зрізу містка; - межа плинності деформованого матеріалу. Т. к. H залежить від навантаження і механічні. властивостей матеріалів, то для кожної пари Т. в. існує своя граничне навантаження, вище до-рій Т. в. порушується. При нульовій міцності містка (ідеальна мастило) відносить. впровадження h / r може досягати 1/2. При зовн. Т. в. неможливо навіть при нульовому впровадженні. Чим менше t, тим з більшою ймовірністю здійснюється Т. в. Обов'язкова умова Т. ст.- дотримання правила градієнта механічні. міцності, згідно к-рому матеріал повинен підвищувати свою міцність вглиб від зони контакту. Це здійснюється нанесенням разл. захисних плівок, що мають мале t, або мастильних матеріалів, пластифицирующих тонкі поверхневі шари (ефект Ре-біндера) [8], а також розм'якшенням тонкого приповерхневого шару за рахунок теплоти Т. в. У глибокому вакуумі Т. в. реалізується з працею, через те що поверхні тел вільні від плівок і містки утворюються між самими труться матеріалами.

Сила Т. в. визначається двома групами факторів, як залежними від нормального навантаження Р. так і не залежними від неї. Найчастіше вона підпорядковується біноміальному співвідношенню виду звідки при виходить закон Кулона, а при А = 0 і c = 1-закон Амон-тону. Застосовуючи разл. розрахункові моделі, отримують залежність сили Т. в. від навантаження, шорсткості, механічні. властивостей, міцності містків. Напр. для моделі шорсткою поверхні у вигляді системи жорстких сферич. сегментів однакового радіуса r. вершини яких брало недо-рим чином розподілені по висоті (в припущенні, що тангенціальна міцність містків визначається виразом де -Міцність містка на зріз при відсутності стискаючого навантаження, Рr -фактіч. тиск на контакті, b-коеф. зміцнення містка), залежність коеф . Т. в. від відносить. впровадження має вигляд [3]:

де K1 -постійний коеф .; h к - глибина впровадження при русі (може бути виражена як ф-ція навантаження, шорсткості, механічні. властивостей матеріалів). Для прийнятої моделі при пластич. контакті де - макс, висота нерівності, Рс - контурне тиск, Рr зазвичай приймають рівним твердості деформованого матеріалу [3], b і v - характеристики шорсткості поверхні. Перші два члена ф-ли (*) враховують поверхневі властивості матеріалів (молекулярна складова fс), останній - об'ємні (механічні. Складова fc). Т. к. Зазвичай v = 3, то fс буде зростати при збільшенні Рс в ступеня 1/6, т. Е. Практично залишатися незмінним при збільшенні навантаження. Рівень fс буде залежати від значення Зі збільшенням Рr. практично рівним твердості, fc буде зменшуватися. При пружному контакті, коли (де з коеф. Залежить від форми внедряющейся шорсткості і зміцнення деформованого матеріалу), можна обмежитися лише першими двома членами ф-ли (*). При цьому fс буде зменшуватися при збільшенні навантаження, оскільки Рr буде зростати. При збільшенні навантаження Р контакт переходить з пружного в пластич, стан в деякої точці А (рис.), Ордината к-рій ділить поле графіка на зону Кулона (зліва) і зону Амонтона (праворуч). Наїб. важким завданням теорії є розрахунок t [1].

Значить. напруги і деформації, що виникають на одиничних фрикційних зв'язках, призводять до прояву рела-ксац. властивостей матеріалів. Тому чим більше час нерухомого контакту, тим більше взаємне впровадження контактують нерівностей і відповідно більше сила Т. в. [2]. Збільшення швидкості додатка зрушує сили призводить також до зростання сили Т. в.

Виділяється при Т. в. теплота сприяє протіканню ряду процесів, пов'язаних зі структурними перетвореннями поверхневих шарів, процесами виборчої дифузії та ін. [6]. При швидкостях ковзання 10-100 м / с темп-pa поверхні може бути 100-1000 ° С. Висока темп-pa поверхні Т, в. досягається майже миттєво, вона пропорц. швидкості ковзання, тиску (зазвичай рівному твердості) і назад пропорц. температуропроводности [7]. Прояв релаксації. властивостей матеріалів при малих швидкостях ковзання (до 1 м / с) і зниження механічні. властивостей за рахунок нагріву при великих швидкостях ковзання призводять до переходу коеф. Т, в. через максимум при збільшенні швидкості ковзання [5]. Для тендітних теплостійких матеріалів ця закономірність слабо виражена. Внаслідок залежності fс від тривалості нерухомого контакту і швидкості ковзання виникають механічні. Релаксація. коливання при Т. в.

Потреби нової техніки, де мають місце високошвидкісні і високотемпературні режими, привели до широкого застосування разл, мастильних матеріалів (як рідких, так і твердих) і створення спец, самозмащувальних матеріалів.

Тертя кочення - важлива різновид Т, в. широко використовувана в техніці внаслідок незначних значень сили Т. в. кочення в порівнянні з Т. в, ковзання. Причини Т. в. кочення; втрати на пружний гістерезис. пов'язаний із стисненням під навантаженням котиться тіла і матері-ала підстави; робота, що витрачається на передеформірованіе матеріалу в результаті формування валика перед котиться тілом: подолання містків зчеплення. При досить протяжних розмірах майданчика торкання в зоні контакту виникає прослизання, що приводить до вже розглянутого вище Т. в, ковзання, т. К. Згідно Рейнольдсу, матеріал котиться тіла в зоні дотику стиснутий, а матеріал підстави розтягнутий. Для розрахунку коеф. опору перекочування можна користуватися ф-лій. де R - радіус катка. Залежно від ви-лайливої ​​моделі величини x і y приймають разл. значення, а fк виражається в залежності від геом. характеристик і властивостей матеріалів. При великих швидкостях кочення, порівнянних зі швидкістю поширення деформації в тілі, опір перекатуванню різко збільшується і тоді вигідніше переходити до Т, в. ковзання.

Літ .: 1) Ахматов А. С. Молекулярна фізика граничного тертя, М. 1963; 2) Дерягин Б. В. Що таке тертя. 2 изд. М. 1963; 3> Крагельський І, В. Добичін М. Н. Комбалу В. С. Основи розрахунків на тертя і знос, М. 1977; 4) Боуден Ф. П. Тейбор Д. Тертя і мастило твердих тіл, пер. з англ. М. 1968; 5) Бартенєв Г. М. Л аврентьев В. В. Тертя і знос полімерів, Л. 1972; 6) Поверхнева міцність матеріалів при терті, під ред. Б. І. Костецького, К. 1976; 7) Щедро в В. С. Температура на ковзному контакті, в сб. Тертя і знос в машинах, сб. 10, М. 1955; 8) Ліхтман В. І. Ребиндер П. А. Карпенко Г. В. Вплив поверхнево-активного середовища на процеси деформації металів, М. 1954.

І. В. Крагельський, М. Н. Добичін.