ХІММОТОЛОГІЯ ОЛИВ, СПЕЦІАЛЬНИХ РІДИН І ПЛАСТИЧНИХ МАСТИЛ

Другий розділ з позиції хіммотології можна назвати так: вплив основних властивостей олив, спеціальних рідин і мастил на тертя та зношування твердих поверхонь, дь-яке відносне переміщення тіл супроводжується тертям. Поняття «тертя» і «рух» – невіддільні. На подолання сил тертя в тій чи іншій формі витрачається до половини енергетичних ресурсів.

Процес взаємодії твердих тіл при зовнішньому терті дістав теоретичне пояснення в рамках молекулярно-механічної теорії тертя, запропонованої ще в 1939 р. російським ученим І.В.Крагельським. Відповідно до основних положень цієї теорії при відносному переміщенні робочих поверхонь спостерігаються одночасно два види взаємодій:

механічна, обумовлена проникненням мікронерівиостей більш твердої поверхні в менш тверду;

молекулярна, що виникає внаслідок дії сил атомно-молекулярної взаємодії (притягування і відштовхування). Механічна взаємодія нерівностей призводить до пружної та пластичної деформації виступів, а також до дряпання твердими виступами протилежної, менш твердої поверхні.

Сукупність сил опору відносному переміщенню поверхонь, обумовлена механічною взаємодією окремих нерівностей, утворює механічну складову сили тертя (її часто називають деформацією).

Разом із механічною взаємодією при зовнішньому терті на ділянках фактичного контакту поверхонь спостерігаються також молекулярні взаємодії, що спричинюють опір відносному переміщенню поверхонь через молекулярну складову сили тертя, яка характеризує атомні та молекулярні взаємодії при зближенні поверхонь. Цю складову називають адгезійнаю. Під терміном «адгезія» розуміють взаємне притягування поверхонь, обумовлене їх атомарно-молекулярною взаємодією. Таким чином, сила зовнішнього тертя може бути подана як сума механічної (деформаційної) та молекулярної (адгезійної) складових.

Залежно від співвідношення цих складових тертя розрізняють (за І.В. Крагельським) п'ять видів фракційних зв'язків (взаємодії поверхонь, що труться):

• пружне відтиснення матеріалу;

• пластичне його відтиснення;

• зріз виступів, які проникли;

• руйнування оксидних плівок внаслідок механічної взаємодії поверхонь (адгезія) і захоплення та глибинного виривання більш м'якого матеріалу;

• перенесення його на більш тверду поверхню (когезія).

Вид фракційної взаємодії поверхонь залежить, насамперед, від наявності та якості мастильного матеріалу й інших чинників.

Найнебезпечніші взаємодії (адгезія і когезія) виникають або при недостатності, або при відсутності мастильного матеріалу між поверхнями, що труться.

При терті без мастильного матеріалу сила тертя виникає внаслідок опору мікронерівностей тертьових деталей. Воно супроводжується пружними та пластичними деформаціями цих нерівностей (дряпанням і зрізом металу з тертьових поверхонь, абразивними частинами та, як наслідок, виникненням і розривом міжмолекулярних зв'язків).

Зношування без мастильного матеріалу супроводжується збільшеним виділенням теплоти; при цьому важливе значення мають матеріали поверхонь, що труться, та їхня мікрогеометрія (шорсткість і звивистість). Із збільшенням шорсткості тертьових поверхонь сила тертя зменшується, що можна пояснити зменшенням фактичної поверхні виступів, які дотикаються, та сил молекулярного зчеплення. Однак інтенсивність зношування поверхонь при цьому зростає.

Для зменшення сили тертя й інтенсивності зношування тертьових поверхонь додають мастильний матеріал. При цьому тертя дістало назву тертя із мастильним матеріалом. За відсутності мастила тертя прийнято називати тертям без мастильного матеріалу. На практиці під час експлуатації машин та механізмів спостерігаються мішані, періодично змінні або проміжні сили тертя. Найчастіше граничне мастило, коли його шар не перевищує 0,1...0,2 мкм. В цьому разі на тертя і зношування поверхонь впливають як властивості мастильного матеріалу, так й інші чинники. Механічна взаємодія поверхні при цьому повністю не виключається, а зменшується лише тиск у точках фактичного контактування поверхонь, так що деформація поверхні проявляється в легкій формі, в тонких поверхневих шарах металу.

Мастильний матеріал не тільки послабляє тертя внаслідок відносного ковзання шарів мастила, а й, проникаючи на поверхню деталей, що мають мікропори, зменшує пластичну деформацію. При цьому граничний шар мастила виступає в ролі квазітвердого тіла і сприяє мікророзподілу температури та тиску, забезпечуючи сприятливі умови роботи сполучення. Тонка гранична плівка мастильного матеріалу здатна витримувати тиск по нормалі в кілька тисяч паскалів і захищає поверхню металу від пошкодження та корозії. В таких умовах працюють елементи редукторів, опори ковзання та шарикопідшипники.

Із збільшенням кількості мастильного матеріалу в зоні тертя створюються умови, за яких тертьові поверхні повністю розділяються шаром цього матеріалу. Виникає тертя з мастильним матеріалом, яке може бути забезпечене двома основними способами – гідродинамічним (мастильна дія рідинного шару описується рівнянням гідродинаміки в'язкості рідини) і гідростатичним (подача оливи під тиском). У цьому разі механічна та атомарно-молекулярна взаємодії робочих поверхонь повністю виключаються. В цих умовах тиск рівномірно розподіляється по всій номінальній площі контакту деталі й передається на носійну поверхню матеріалу. Завдяки цьому зменшується тепловиділення при терті, а зношування поверхонь практично виключається. Такі умови тертя забезпечують максимальну довговічність сполучень і частково формуються в опорах ковзання і підшипниках кочення.

Однак характер тертя, а також сили опору відносному переміщенню поверхонь деталей при роботі сполучення визначаються низкою чинників. Найзагальнішим комплексним показником розглядуваного процесу є коефіцієнт тертя.

Усе це слід ураховувати при виборі мастильного матеріалу. Як та-j кий в машинах застосовують мінеральні та синтетичні оливи, плас-' тичні, а також тверді мастила.