Тертя при напіврідинному змащуванні

Рис.8.3 Схема утворення несучого шару змащування

Рис.8.2 Схема роботи гідростатичної опори

В результатi мастило буде втягуватися в клиновий зазор, який звужується, i в ньому буде пiдтримуватися тиск, який буде постiйним по довжинi, оскiльки на вхiднiй i вихiднiй кромках мастило стикається з атмосферою, де надлиш-ковий тиск дорiвнює нулю (рис.8.3, б). Графiки швидкостей руху рiдин в зазорi показанi на рис.8.3, а. несуча здатнiсть, або вантажопiдйомнiсть змащувального шару рiвна рiвнодiючiй силi тиску. Такою силою можна навантажити пластину при даних її розмiрах, швидкостi перемiщення i в'язкостi масла.

Клиновий зазор є необхiдною умовою пiдтримування режиму тертя при рiдинному змащуваннi в гiдродинамiчнiй опорi. В плоских опорах клиновий зазор створюється конструктивно, за допомогою нахилiв поверхонь, як це має мiсце в повзунах i кiльцевих опорах, чи завдяки самоустановцi опорної поверхнi (опорнi пiдшипники типу пiдшипника Мiчелла).

В опорному пiдшипнику ковзання дiаметр отвору бiльший за дiаметр цапфи, в результатi чого, мiж цапфою i підшипником створюється клиновий серпоподiбний зазор. При обертаннi цапфи змащувальна рiдина втягується силами в'язкостi в зазор, який звужується, що приводить до пiдвищення тиску в шарi рiдини. При достатнiй в'язкостi мастильного матеріалу i швидкостi, на колi цапфи в шарi мастила створюється тиск, небхiдний для вiддiлення цапфи вiд підшипника - цапфа як би спливає на тонкому шарi мастила. Центр цапфи змiщується вiд початкового положення. Тиск в шарi мастила пiдтримується нагнітаючою дiєю цапфи, що обертається.

Наявнiсть пiдвищеного тиску в шарi мастила призводить до складної картини течії рiдини. Частина рiдини, яка втягується в зазор витискається через вихiдне сiчення в сторону, обернену напрямку обертання, і основний потiк виноситься iз навантаженої зони по обертанню вала, а iнша частина витiкає через торцi пiдшипника.

На рис.8.4 показано положення цапфи в пiдшипнику при рiдинному змащуваннi i приведенi графiки розподiлу тиску в шарi мастила по поперечному сiченню i по довжинi.

Для здійснення рiдинного змащування необхiдно, щоб найменша товщина змащуваного шару при гладких поверхнях i iнших iдеальних умовах була не менше товщини, при якiй проявляються об'ємнi властивостi рiдини. Для шорстких поверхонь найменша товщина шару - мiнiмальна вiддаль мiж вершинами виступiв нерiвностей сполучених поверхонь.

Згiдно прикладної гiдродинамiчної теорії змащування в якостi необхiдної умови тертя при рiдинному змащуваннi мiнiмальний зазор мiж поверхнями має бути не менше суми середнiх висот нерiвностей поверхонь. Така концепцiя витiкає з уяви, що виступи однiєї поверхнi контактують з впадинами сполученої поверхнi. Тому, щоб не виникло зачеплення нерiвностей, одне з тiл тертя має "спливти" не менше нiж на суму середнiх висот нерiвностей. При визначеннi найменшої допустимої (критичної) товщини змащувального шару враховують також степiнь деформації пiд навантаження, похибки виготовлення i монтажу деталей i можливiсть знаходження твердих домiшок в мастилі.

Рис. 8.4 Розподіл тиску всерединi масляного шару пiдшипника: а - в поперечному сiченнi; б - в поздовжньому сiченнi; 1 - при повздовжнiй канавцi; 2 - при кiльцевiй канавцi.

Явище тертя при рiдинному змащуваннi в цiлому складніше, нiж це випливає з гiдродинамiчної теорії, яка охоплює чисто механiчну сторону процесу. Молекули поверхнево-активних речовин, якi утримуються в мастилі, адсобуються на поверхнi в мономолекулярний шар, на якому створюється граничний шар; до граничного шару приєднується зона мiкротурбулентного руху, за якою слiдує ламiнарний потiк мастила (рис.8.5).

Тертя при рiдинному змащуваннi можливе не тiльки мiж поверхнями ковзання. При коченнi, чи при коченнi з ковзанням цилiндричних i взагалi криволiнiйних поверхонь, що звужується зі сторони входу, в зазор втягується змащувальна рiдина, яка при деяких умовах (навантаженi, швидкостi, пружнiх характеристиках i геометрії поверхнi) роздiляє їх своїм шаром.

Рис. 8.5 Схематичний розрiз металiчної поверхнi i шару рiдинного мастильного матерiалу: 1 - вихiдна структура матерiалу; 2 - кристали, деформованi у напрямку обробки; 3- подрiбленi і розмазанi кристали, окиси i адсорбоване масло; 4 - адсорбований моношар масла; 5 - граничний шар масла; - зона мiкротурболентностi;7 - ламiнарний потiк.

Пластичнi змащувальнi матерiали, як i рiдиннi, можуть забезпечити режим тертя, що виключає безпосереднiй контакт поверхонь i їх взаємне втiлення. На вiдмiну вiд мастил, якi є в'язкими рiдинами, пластичнi мастильнi матерiали володiють в'язкопластичними властивостями. Тому потiк такого матерiалу має свої особливостi.

Таке тертя має мiсце при наявностi одночасно рiдинного i граничного змащування.

Нормальне навантаження при напiврiдинному змащуваннi зрiвноважу-ється нормальною складовою сил взаємодії поверхонь на площадках їх контакту i силами гiдродинамiчного тиску в шарi мастила. Вiдносна доля кожної реакції залежить вiд навантаження, швидкості взаємного перемiщення поверхонь, шорсткостi, жорсткостi i макрогеометрiї, кiлькостi i в'язкостi мастила. Сила тертя складається з дотичної складової сил взаємодії поверхонь i опору в'язкому зсуву.

Гідродинамічна дiя рiдини може виникнути в двох випадках. По-перше, якщо макрогеометрiя поверхонь, якi контактують, така, що iснує зазор, що звужується, і в який мастило може затягуватися при тертi, то при подачi його в достатнiй кількості i при відповідних параметрах режиму тертя виникає потiк i створюється пiднiмальна сила. Але ця сила недостатня для повного сприйняття навантаження при напiврiдинному змащуваннi. Потiк рiдини обтiкає дiлянки взаємного контакту поверхонь.

По-друге, якщо нерiвностi мiж площадками контакту утворюють в напрямку вiдносного перемiщення деталей мiсця звуження i розширення по висотi. При достатнiй кількостi мастила мiж поверхнями тертя заповнені мiкропорожнини звуження відіграють роль гiдродинамiчних мiкроклинiв (рис.8.6). Гiдродинамiчна дiя мастила на мiкроклинах, проявляється вже при дуже малiй швидкостi ковзання.

Рис. 8.6 Схема елементарного гiдродинамiчного клину, створеного нерiвностями поверхонь, якi труться: а - довжина елементарного масляного клина; hо - початковий зазор мiж поверх-нями у вершинi масляного клину.

Переваги змащувальних мастил перед твердими мастильними матерiалами полягає в тому, що вони можуть не тiльки створювати гiдродинамiчний ефект при певних умовах, але i служити для охолодження вузла тертя.