Общая характеристика динамических явлений в узлах трения

Узлы трения машин всегда подвергаются динамическим воздействиям. В транспортных машинах вибрации и удары поступают от контакта с дорожным полотном; от работающего двигателя, а также от воздействия самовозбуждающихся колебаний на элементах корпуса, рамы, системы управления и др. Последние являются вторичными по способу возбуждения, но воздействуют на контактирующие поверхности совместно с вибрацией извне.

Трущиеся контакты, как показано в гл. 1, при определенных условиях, сами создают фрикционные колебания релаксационного типа, а для подшипников качения, зубчатых, цепных и ряда других пар трения вибрация и шум являются их неотъемлемым свойством, обусловленным прерывистым контактом зацепления.

Динамические воздействия на трущиеся поверхности вызывают упругую и неупругую деформацию в зоне контакта, что является предметом изучения динамики контактирования. При этом упругие деформации и упругий возврат локализуются на дискретных участках контакта, придают специфику проявлению контактной жесткости. Импульсные воздействия вызывают не только колебания, но и поверхностные волны. Пластическая микродеформация создает тепловые флуктуации, а в совокупности все перечисленные процессы определяют рассеяние (диссипацию) механической энергии колебаний. Ее поглощение происходит в материале деталей и в окружающей среде.

При определенных условиях возникает режим контактного резонанса, который аномально повышает интенсивность пластической деформации и накопление повреждаемости. При пластической деформации микровыступов поверхностные зерна поликристаллических материалов деформируются раньше и интенсивней, чем во внутренних объемах. Это ускоряет диффузионные процессы, перенос вещества, в том числе из глубины в поверхностные слои, а также из внешней среды и контрповерхностей данной пары трения, интенсифицирует структурно-энергетические явления в поверхностных слоях материала, усиливает электрохимические, акустические и другие явления.

Динамическое нагружение поверхностей трения физики справедливо называют механизмом накачки материала точечными и другими дефектами.

Не менее сложным является динамическое воздействие на смазочный слой - третье тело трибосистемы. В смазочном слое при вибрации проявляется его собственная упругость, зависящая от частоты воздействия. Смазочный слой рассеивает механическую энергию как активный демпфер. Динамическое возмущение и температурные флуктуации пробуждают в смазочном слое дополнительное внутреннее трение, что увеличивает вязкие силы и нагрузочную способность смазочного слоя, но при этом ускоряется термомеханическая деструкция смазки.

Процессы разрушения поверхностей и смазки с учетом динамических факторов более подробно рассмотрены в главе «Изнашивание», а в данном случае внимание концентрируется на явлениях, изучаемых механикой твердого тела и теорией колебаний.