Трение скольжения, качения, покоя, теория трения, коэффициент трения, коэффициент сцепления.... Обзор проекта DPVA.info

• Трение покоя - наблюдается при предварительных микросмещениях (при недостаточных сдвигающих усилиях) до перехода к движению на макроуровне, когда начинает действовать сила трения качения или скольжения. Интерес представляет наибольшая сила трения покоя - она же "сила трения покоя", она же "сила сцепления", она же Гоша, она же Гога ( шутка).
• Трение скольжения - скорости тел в точке касания могут быть различны и по модулю и по направлению в любых комбинациях. Интерес представляет сила трения скольжения.
• Трение качения - скорости тел в точке касания одинаковы и по модулю и по направлению. Интерес тут представляет сила трения качения.
• Коэффициент трения он же коэффициент сцепления (для трения покоя)- отношение указанных сил трения к нормальной (перпендикулярной) относительно трушихся поверхностей прижимающей тела силе (нагрузке). Для параллельных земле поверхностей очень часто эта нагрузка - вес.

Лирическое (не практическое) отступление для любопытных. В общем случае:

• Fтр=1/v*(dA)/(dt),
• где v - скорость трущихся тел (относительного перемещения),
• а (dA)/(dt) - мощность фрикционных потерь, а именно:
  • механических = связанных с деформированием и адгезионным взаимодействием
  • физических = связанных с адсорбцией, звуковых, электромагнитных и т.д.
  • химических = связанных с хемосорбцией и химическим модифицированием поверхностных слоев
• А - работа сил трения, т.е. диссипируемая (рассеянная системой) энергия

Сила трения определяется характеристиками:

• непосредственного контакта материалов в исходном состоянии
• контакта через жидкостные маслянные слои в процессах гидростатической и гидродинамической смазки
• контакта через адсорбированные и хемосорбированные слои как смазок, так и материала и даже пыли т.д.
• контакта через вторичные (т.е. образующиеся уже в процессе трения) структуры

Вклад различных процессов различен при различных нагрузках и скоростях , т.е. в общем случае коэффициент трения движения является функцией всех описанных в лирическом отступлении параметров и скорости.

На практике же пользуемся формулой: Fтр=kтр*Fпр ( сила трения пропорциональна прижимающей (нормальной) силе и коэффициенту трения). Помним, что для начала движения следует преодолеть силу трения покоя, которая не ниже силы трения движения, а часто и выше в разы).

В обычных условиях, при разумных конструкторских решениях, в процессе приработки деталей снижается доля пластической деформации и увеличивается доля упругой деформации в точках микроконтактов, при этом повышается площадь контакта через защитные слои смазки и вторичные структуры, что в целом снижает силы трения ( до наступления разумных пределов износа).

Сравнительные ряды значений коэффициентов трения и количественные соотношения между ними для различных пар материалов остаются верными, как правило, для любых условий процесса, а абсолютные значения являются только ориентировочными.

Важные факты для о трении для инженеров:

• при повышении качества обработки поверхности сперва трение скольжения уменьшается, потом ! - увеличивается, т.е. суперфиниш может быть проблемой.
• скольжение в вакууме присходит в условиях, которые затрудняют образование защитных адсорбционных покрытий, и, поэтому, увеличенное адгезионное взаимодействие обеспечивет более сильное трение, причем после приработки значение трения еще и превышает начальное
• изменение скорости всегда меняет коэффициент трения, поскольку сама скорость меняет деформационные свойства материалов, а разогрев меняет характер остальных процессов в поверхности (точках) контакта, поэтому не гнушайтесь эксперимента в случаях больших перепадов скоростей

Значение коэффициента трения скольжения определяется суммой адгезионной и деформационной составляющей, т.е. Ктр=Ка+Кд ,

Деформационная составляющая обусловлена потерями повторного передеформирования поверхностных слоев материалов, она важна для весьма шероховатых поверхностей и полимерных материалов. Для металлов соотношение между адгезионной и деформационной составляющей таково, что при точности в 1% значением деформационной составляющей можно пренебречь.

Чуть подробнее для любопытных. В общем случае прочность адгезионной связи определяется выражением:

• τ=τ₀+β*ρ_r,
• где ρ_r - фактическое давление в зонах контакта (! полная нагрузка на суммарную площадь пятен фактического контака,
• а τ₀+β - характеристики поверхностных слоев

• таким образом: Ка= τ₀/ρ_r + β, т.е. при малых далениях он (коэффициент) определяется величиной τ₀, а при больших - β

Сила трения качения также на практике определяется адгезионной и деформационной составляющей, причем деформационная (гистерезисная) составляющая важнее у материалов с низким уровнем упргугости и низкой твердостью. Эти же материалы имеют более высокий коэффициент трения качения, чем остальные (для резины выше, чем для оргстекла, а для оргстекла выше, чем для стали)