Діаграма Герсі-Штрібека

Перехід від тертя без змащувального матеріалу до граничного тертя і вихід на гідродинамічний режим можна прослідити по діаграмі Герсі-Штрібека (рисунок 4.14), що графічно змальовує залежність коефіцієнта тертя від параметра l= , у якому - кутова швидкість обертання валу. Криву можна умовно розділити на три ділянки (І, ІІ, ІІІ). Початок першої ділянки відповідає тертю без мастильного метеріалу, що характеризується високим значенням коефіцієнта тертя. Падіння f свідчить про перехід до граничного тертя. Друга ділянка відповідає напіврідинному тертю, а третій - рідинному.

Рисунок 4.14 -Діаграма Герсі-Штрибека

Розгледимо вплив кожній з величин, що входять в параметр на коефіцієнт тертя. При малих швидкостях обертання валу залучення змащувальної рідини до зони контакту відбувається повільніше, ніж її витискування зовнішнім навантаженням. Тому тиск в шарі рідини залишається недостатнім для спливання валу. У результаті реалізується граничне тертя. Із збільшенням швидкості тиск в шарі зростає, зменшується число ділянок з граничним мащенням і поступово створюються умови для повного розділення поверхонь тертя валу і підшипника змащувальним шаром. Це веде до монотонного падіння f. Мінімум f відповідає початку рідинного тертя. Подальше підвищення веде до збільшення градієнта швидкості переміщення рідини в шарі по його товщині, що сприяє підвищенню внутрішнього тертя в рідині і, як наслідок, росту f.

При низькій в’язкості мастильної рідини товщина змащувального шару недостатня для повного розділення поверхонь, що труться, реалізується режим граничного мащення і коефіцієнт тертя набуває високих значень. З підвищенням в’язкості рідини в зону тертя втягується її більший об’єм, товщина змащувального шару зростає, спостерігаються перехід до гідродинамічного тертя і падіння f. Для високов’язких рідин збільшення веде до зростання внутрішнього тертя, яке при гідродинамічному мащенні відіграє домінуючу роль.

При великому тиску р умови для рідинного тертя несприятливі, оскільки зовнішнє навантаження може бути вищми за реакцію змащувального шару. Із зменшенням навантаження відбувається спливання валу і падіння f, а при малих навантаженнях товщина масляного шару стає вище оптимальною і її подальше зменшення, згідно формулі Н. П. Петрова, супроводжується зростанням коефіцієнта тертя. Таким чином, найбільш важливими експлуатаційними чинниками, що визначають умови формування змащувального шару, є тиск (зовнішнє навантаження і розміри тіл, що труться), в’язкість змащувальної рідини і швидкість відносного переміщення поверхонь тертя спряжених тіл.

2.2. КОЕФІЦІЄНТИ ЗОВНІШНЬОГО ТЕРТЯ

Силова взаємодія твердих тіл при зовнішньому терті залежить від виду деформацій в зонах фактичного контакту (пружних, пружно-пластичних і пластичних) і від ступеня насичен­ня контакту. Взаємодія твердих тіл при пружнопластичних деформаціях знаходиться на стадії вивчення. Тому розглянемо, як обчислюють коефіцієнти зовнішнього тертя спокою при пружних і пластичних деформаціях в зонах контакту.

Пружний контакт має місце, коли впровадження нерівності більш жорсткого елементу пари тертя (відношення зближення в контакті h до приведеного радіусу кривизни вершини виступу r) рівне

, (4.9)

де значення, НВ і Е — для менш жорсткого елементу пари тертя.

Пружний контакт може бути ненасиченим і насиченим. Ненасиченим контакт буде в тому випадку, якщо випадку, якщо число контакти­рующих мікронерівностей n_r менше числа нерівностей на кон­турной площі контакту n_с, тобто при n_r < n_с. При n_r = n_с контакт вважають за насичений. Насиченість контакту твердих тіл залежить від контурного тиску, фізико-механічних властивостей поверхонь тертя і їх мікрогеометрії.

Для пружного контакту умова ненасиченості має вигляд

. (4.10)

Коефіцієнт зовнішнього тертя спокою для пружного ненасиченого контакту можна розрахувати по формулах:

(4.11)

або

, (4.12)

де , — фрикційні параметри, які визначають величину дотичної напружень, що виникають в результаті молекулярних взаємодій;

а_r — коефіцієнт гістерезисних втрат при растязі-стиску (визначають по довідниках);

К₁ — константа інтегрування, залежна від v (по довідниках);

f_м — молекулярна (адгезійна) складова коефіцієнту тертя;

f_д — механічна (деформаційна) складова коефіцієнту тертя.

Для пружного насиченого контакту коефіцієнт зовнішнього тертя спокою рівний

(4.13)

де - відносне зближення;

- зближення, відповідне моменту входження всіх нерівностей в контакт.

Пластичний контакт виникає, коли

. (4.14)

Пластичний контакт також може бути ненасиченим і насиченим. Ненасичений пластичний контакт спостерігається при контурних тисках р_с, визначених по формулі

. (4.15)

Для пластичного ненасиченого контакту коефіцієнт зовнішнього тертя спокою рівний

, (4.16)

для пластичного насиченого контакту

, (4.17)

де h_H — зближення, відповідне переходу від ненасиченого до насиченого контакту.

Пластичний насичений контакт можливий в важконавантажених вузлах тертя, посадках із|натягом.

Враховуючи, що для найбільш типових видів обробки 0,55 v(v—1) K₁ = 0,4, формулу (4.17) можна записати в більш спрощеному вигляді:

. (4.18)