Взаимодействие поверхностей их состояние и трение

Трение является динамическим процессом взаимодействия поверхностей, который сопровождается не только их деформированием, образованием и разрушением фрикционных связей, нагреванием и охлаждением, но также изменением структуры, фазового состава и химической активности поверхностных слоев [1—3]. Параметры трения и внешняя среда определяют предпосылки для преимущественной реализации тех или иных частных, зачастую конкурирующих процессов, приводящих к формированию того или иного состояния материала в активном объеме, что в свою очередь определяет фрикционные характеристики пары. [c.27]

Используем подход к моделированию усталостного изнашивания, изложенный в 6.2.2. Первый этап моделирования состоит в расчёте поврежденности тел как функции времени. Поскольку процессы, ведущие к усталостному износу, имеют место в подповерхностных слоях, на их протекание существенное влияние оказывают напряжённое состояние поверхностного слоя и его фрикционный разогрев. В свою очередь эти характеристики в значительной степени зависят от трения при контактном взаимодействии поверхностей. [c.342]

Предложенный метод позволил определить максимальную фрикционную температуру во время торможения, а также время ее достижения [26] оценить уровень температурного поля и термонапряженного состояния в зависимости от параметров микрогеометрии поверхностей контактирующих тел и времени их взаимодействия [29] проследить влияние конвективного охлаждения на температуру и напряженное состояние пары трения при торможении [27] разработать методику контроля пластических деформаций, связанных с износом тормозов [37 . [c.483]

Формула (81) отличается от обычных тем, что коэффициент трения в ней является переменной величиной, зависящей от контурных давлений, шероховатостей поверхностей взаимодействующих тел, их механических характеристик и физикохимического состояния сопрягаемых поверхностей. [c.267]

Одни из этих факторов зависят от свойств материала, в том числе от их изменений в процессе эксплуатации, другие — от состояния и свойств трущихся поверхностей, третьи — от характера взаимодействия смазочного материала, трущихся поверхностей и покрывающих их окисных пленок, четвертые — от скорости, нагрузки, температуры и других параметров режима трения. [c.187]

Одни из этих факторов зависят от свойств материала, в том числе от их изменений в процессе эксплуатации, другие — от состояния и свойств трущихся поверхностей, третьи — от характера взаимодействия между комнонентами смазочного материала, трущимися поверхностями и покрывающими их окисными пленками, четвертые — от скорости, нагрузки, температуры и других параметров режима трения. Взаимодействие перечисленных факторов носит сложный, подчас противоречивый характер. [c.130]

Изучение напряженно-деформированного состояния контактирующих тел в зависимости от их механических и геометрических характеристик, свойств взаимодействующих поверхностей (наличия на них пленок, покрытий, смазочного материала), от условий взаимодействия (вида трения, протекания тепловых и физико-химических процессов и т.д.), от уровня нагрузок является предметом исследования механики контактного взаимодействия, тесно связанной с трибологией. [c.25]

Вследствие деформируемости реальных тел их контакт осуществляется не в точке, а внутри некоторой области контакта О, которая при наличии микрорельефа поверхности (волнистости, шероховатости) состоит из совокупности дискретных пятен контакта. В области взаимодействия поверхностей и в ее окрестности возникает напряженное состояние, которое оказывает существенное влияние на процессы трения и изнашивания. От контактных напряжений зависит состояние поверхности и поверхностных пленок на ней, возникновение адгезионных связей в области взаимодействия, накопление поврежденности поверхностных [c.32]

Зная пути расхода энергии, можно оценить вклад каждого процесса в общий баланс энергетических затрат, что даёт возможность выбирать наиболее эффективные методы борьбы с разрушением. Механизм абразивного изнашивания в условиях эксплуатации лопаток асфальтосмесителей представляет собой сложный, процесс, охватывающий комплекс явлений разрушения поверхности трения в результате механического воздействия абразивных частиц, обладающих высокой твёрдостью и прочностью. Определение наиболее существенных факторов, в значительной степени влияющих на характер взаимодействия в конкретных условиях изнашивания, невозможен без детального изучения самого процесса разрушения, исследования микрорельефа изношенных поверхностей, влияния структурного состояния и свойств сплавов на их способность к сопротивлению абразивному изнашиванию. [c.40]

Взаимодействие поверхностей расслоения, способное вызвать генерацию АЭ, возможно при выполнении двух условий возникновении областей контакта поверхностей и их взаимном проскальзывании. Реализация этой ситуации возможна в случае, когда в материале, в зоне расслоя, возникает сложно-напряженное состояние с сжимающим и сдвиговым компонентом напряжения на поверхности расслоя. При этом сдвиговые смещения на поверхности расслоя могут стимулироваться его взаимодействием со стенками трубы. Указанный фактор возрастает с увеличением отношения протяженности расслоя 2L к глубине залегания h и становится существенным при L > h. В этом случае возникновение взаимодействия поверхностей расслоя и генерация АЭ будут зависеть от ряда факторов величины нормальных нагрузок, расположения расслоя (отношение l/h), параметров сил трения. Нормальная нагрузка определяется дру я компонентами сжимающими напряжениями =-Р Х/Н, где Р - давление рабочей среды в трубе Н - толщина стенки X - глубина залегания расслоя, если отсчет вести от наружной поверхности стенки трубы и давлением газа Рн, которое может находиться внутри расслоения. [c.99]

Длительность стадий образования физического контакта А и химического взаимодействия Б здесь существенно больше, чем при сварке плавлением, и зависит от ряда факторов физикохимических и механических свойств соединяемых материалов, состояния их поверхности, состава внешней среды, характера приложения давления и других средств активации (ультразвук, трение и т. д.). [c.14]

Сплошные карбидные структуры возникают в результате непосредственного химического взаимодействия металла с углеродом разлагающейся при трении смазки путем реакционной диффузии. Для образования карбидов совершенно не обязательно нагревание поверхностных слоев до температур, превышающих точку фазового перехода (в аустенит), как и охлаждение с большой скоростью. В связи с этим появления карбидных слоев при трении можно ожидать при умеренных температурах и на любых карбидообразующих металлах и их сплавах, в том числе таких, которые в твердом состоянии углерод не растворяют. Подтверждением этого служат полученные на поверхности трения нетравящиеся структуры, состоящие из карбидов хрома и железа (на хроме), карбидов никеля и железа (на никеле) и карбидов хрома, никеля, железа (на нихроме). [c.27]

Из последнего выражения следует, что коэффициент трения зависит от свойств прочности (и, Н) контактирующих металлов и от интенсивности адгезионного взаимодействия их поверхностей (1 "). На интенсивность адгезионного взаимодействия металлических поверхностей оказывают влияние следующие факторы состояние (чистота) поверхности, характер окружающей среды, химический состав и кристаллическая структура металлов, температура в зоне контакта и др. [20.30 20.34]. [c.389]

При упруг м ненасыщенном контакте, имеющем место в зоне контурных давлений, вычисляемых по (35) гл. 1, коэффициент трения [см. (74) гл. 1] является сложной функцией контурного давления механических свойств взаимодействующих тел, шероховатостей их поверхностей и их физико-химического состояния. В условиях ненасыщенного упругого контакта, когда взаимное влияние отдельных контактирующих микро-неровностей на процессы деформации в зонах фактического касания пренебрежимо мало, коэффициент внешнего трення вычисляется по (74) гл. 1. [c.186]

Процесс плавления представляет собой переход из состояния с правильным расположением атомов, образующих кристаллическую решетку, в состояние с утраченной правильностью расположения атомов. Кристаллическая решетка металлического тела становится неустойчивой по отношению к сжатию или сдвигу задолго до наступления момента плавления, т. е. твердое тело понижает свои механические свойства и начинает течь в направлении действия внешнего давления. Течение металла вызывает разрыв поверхностных адсорбционных и окисных пленок, создаются условия для возникновения ювенильных поверхностей и их непосредственного взаимодействия. При плавлении одного из тел наблюдается снижение сопротивления трению, так как расплавленный металл является своеобразной твердой смазкой. [c.16]

Впоследствии авторы пришли к выводу Если сера находится в прочно связанном состоянии, то свойства такой присадки ничем не отличаются от обычной смазки, так как сущность действия хороших сульфидных соединений заключается во взаимодействии серы с поверхностью и образовании металлического сульфида [145, стр. 130]. Далее исследователи отмечают прочность сульфидных пленок, образуемых на железе и других металлах, их высокую химическую стойкость, влаго-устойчивость и способность предохранять поверхности трения при очень высоких температурах. [c.80]

Согласно теории Е. М. Лифшица, взаимодействие твердых тел, разделенных узким зазором, осуществляется через излучаемые ими флуктуационные электромагнитные поля [28—32]. Силовое поле металла распространяется на расстояние до I мкм, причем степень его влияния возрастает с уменьшением расстояния. Исходя из энергетических взаимодействий (см. рис. 1), можно утверждать, что энергетическое состояние металла-1 ( 7) и металла-2 ( б), а также энергия взаимодействия между этими металлами (Ег) должны непосредственно влиять на энергетическую характеристи-жу адсорбционной Ед) и хемосорбционной (Ев) фаз и энергию их взаимодействия с металлом ( 4, Е5). Энергетические взаимодействия определяются при этом двумя категориями сил ближнего действия — притяжения и отталкивания на молекулярном уровне и дальнего действия—взаимодействием твердых фаз через смазочный слой [28, 112, 113]. На основе энергетических и коллоидных представлений разработана теория избирательного переноса, дослужившая основой при подборе материалов для многих пар трения и при разработке так называемых металлоплакирующих смазок [29—32, 114]. Показано, что в процессе переноса металлов, например меди, на поверхность стали важную роль играют маслорастворимые ПАВ, содержащиеся в смазочном материале. Эти ПАВ способствуют диспергированию металла с поверхности. При этом возможно образование заряженных мицелл, содержащих в ядре ионы металла [33]. [c.100]

Адгезия смазочного материала к металлу и энергия их взаимодействия играют важную роль в формировании смазочного слоя на контактных поверхностях. Механические свойства поверхностного слоя зависят от совокупности физико-химических и реологических свойств применяемых смазок, свойств самого материала (металла) и состояния его поверхности, а также от условий трения (температуры, давления, скорости перемещения и т. п.). Так, на инертных металлах (серебре, никеле и т.д.) и на стекле смазочное действие таких поверхностно-активных компонентов смазок, как жирные кислоты, ниже, чем неполярных парафиновых углеводородов. На активных металлических поверхностях (железо, медь, цинк и т. д.) жирные кислоты снижают трение, естественно, в значительно большей степени, чем парафиновые углеводороды. Для каждого сочетания металл — смазочный материал существует своя температура, выше которой коэффициент трения резко возрастает и происходит задир поверхностей. При этой температуре происходит разрушение (десорбция) ориентированной структуры в граничном слое смазочного материала. Поэтому высокие температуры, развивающиеся при трении, могут привести к такому нежелательному явлению, как схватывание с последующим вырывом материала. [c.122]

Ниже рассматривается задача, которая с качественной точки зрения подобна исследованной в предыдущем параграфе и заключается в кручении двух сжатых постоянной нормальной силой упругих тел вокруг оси, совпадающей с их общей нормалью, под действием переменного скручивающего момента. Нетрудно представить возникающую при этом физическую картину контактного взаимодействия. Нормальное сжатие приводит к формированию области контакта и распределения нормальных давлений, определяемых теорией Герца. Действие скручивающего момента обусловливает поворот на малый угол [3 вокруг оси 2 одного тела относительно другого. Усилия трения, действующие по поверхности контакта, препятствуют скольжению. Каждое тело с точки зрения вычисления его упругих деформаций рассматривается как упругое полупространство. Под действием пары скручивающих моментов Мг в каждом теле реализуется напряженное состояние, соответствующее чистому кручению, когда все нормальные компоненты напряжений равны нулю (см. 3.9). В случае контакта шаров напряженно-деформированное состояние является осесимметричным т е и Тге — ненулевые компоненты напряжений, а ив — единственная отличная от нуля компонента перемещения. [c.265]

Очевидно, период действия муфты, заключенный между началом включения дисков и пуска в ход ведомого вала и приобретения им номинальной скорости, представляет собой стадию неустановившегося движения, которая определяет работоспособность муфты, так как при этом происходит интенсивное взаимное трение дисков, включение которых должно происходить неравномерно, а также обильное выделение теплоты. Должна иметь место неравномерность прижатия дисков друг к другу, причем наи-больщему нагреву подвергаются диски, ближе расположенные к нажимному устройству. По мере последовательного введения в контакт поверхностей дисков между ними возникает трение скольжения, поскольку ведомые диски находятся в состоянии покоя вплоть до пуска в ход ведомого вала. Развиваемые при этом моменты сил трения скольжения увеличивают силы взаимодействия дисков с валом и барабаном, вследствие чего возрастают и силы сопротивления их перемешении по шлицам этих деталей. [c.435]

Величина силы трения, возникающей на единичной микронеровности контактирующих тел, зависит от ее геометрической конфигурации, напряженного состояния в зоне контакта, механических свойств поверхностного слоя менее л<есткого из взаимодействующих тел и физико-химического состояния поверхностей контактирующих тел. В общем случае мнкронеровности поверхности не имеют правильной геометрической формы, их форма близка к форме сегментов эллипсоидов, большая полуось которых совпадает с направлением обработки поверхности. При вычислениях сил трения и интенсивностей износа наиболее широко распространена сферическая модель шероховатой поверхности. Согласно этой модели микронеровности считают шаровыми сегментами постоянного ра. Диуса. [c.191]

Многие исследователи (Хольм, Стренг, Льюис и др.) считают, что составляющая силы трения, обусловленная пластической деформацией (механическим взаимодействием) поверхностей, обычно весьма незначительна (всего несколько процентов от суммарной силы трения). Так, трение металлических поверхностей в вакууме сопровож -дается большим коэффициентом трения (больше единицы). Если же в вакуумную камеру впустить воздух, то за очень короткий промежуток времени коэффициент трения уменьшается в несколько раз. За это время кислород не в состоянии образовать пленку окисла, чтобы сгладить самые небольшие неровности поверхности трения или воспрепятствовать их взаимному внедрению. [c.74]

Дискретный характер контакта, имеющий место при соприкосновении двух твердых тел, обусловливает при трении постоянную смену отдельных элементарных точек контакта. При этом каждый элементарный контакт имеет следующие три этапа эволюции взаимодействие, изменение и разрушение. Время существования элементарного контакта зависит не только от скорости принудительно подвижного элемента пары трения или жесткости системы, но в значительной степени обусловлено и физико-механическими свойствами соприкасающихся материалов и состоянием их поверхностей. Этап изменение ) фрикционного контакта связан с деформированием вошедших во взаимодействие выступов поверхностей как в направлении действия тянущей силы, так и в направлении действия нормальной нагрузки. Однако в силу специфической конфигурации отдельных неровностей жесткость контакта в направлении действия тянущей силы достаточно велика, а деформация в этом направлении, проявляющаяся в известной степени как предварительное смещение, мала. Это подтверждается исследованиями И. В. Крагельского [7], А. Е. Саломоновича [13], В. С. Щедрова [18], Ренкина [26] и др. Поэтому, для упрощения анализа, можно считать, что в течение этапа изменение вошедшие в контакт выступы деформируются лишь в направлении действия внешней нормальной нагрузки. Очевидно, что наличие подобной деформации ведет к изменению сближения между соприкасающимися поверхностями, а следовательно, и к увеличению фактической площади контакта и силы трения, поскольку последняя представляет собой произведение удельной силы трения т на величину фактической площади контакта А , т. е. [c.210]

Ранее исследователями отмечалось, что этот эффект лежит в основе механизма контактного взаимодействия при избирательном переносе (безызносности пар трения). Он закпючается в облегчении перемещения и размножения дислокаций, выхода их на наружную поверхность в присутствии ПАВ смазки. Этот процесс происходит в слое металла, непосредственно взаимодействующего со смазочной средой, и составляет доли микрометра. Информация, полученная от этих слоев, позволила, таким образом, впервые экспериментально выявить первичное воздействие ПАВ смазки ка структурное состояние трущегося металла. [c.43]

При исследованиях процессов в зоне контактного взаимодействия твердых тел обычно встречаются с трудностями, связанными, с одной стороны, с противоречив выми данными исследований состояния поверхностей трения. К ним относятся результаты, показывающие неоднозначность влияния поверхностно-активной среды, типа кристаллической структуры, распределения плотности дислокаций и т. п. С другой стороны, эти сложности определяются отсутствием литературы, посвященной детальному сопоставлению различных методов исследования, их возможностей, преимуществ и недостатков при анализе поверхностей трения. Совершенно естественно, что в одной книге авторы не могли обсудить и решить все основополагающие вопросы трения и изнашивания, однако попытались привести и проанализировать наиболее важные и перспективные, по мнению авторов, направления анализа структуры и методы изучения поверхностных слоев металла, деформированного трением, и показать в этой связи некоторые специфические особенности. Так, представления о закономерностях структурных изменений при пластическом деформировании рассмотрены с новых позиций развития в объеме и поверхностных слоях материала деструкционного деформирования — накопления микроскопических повреждений в процессе деформирования. Большое внимание уделено диффузионным процессам при трении, как одному из факторов, доступному для управления поведением пар трения. До сих пор фактически нет данных о характере перераспределения легирующих элементов контактирующих материалов, которые кардинально изменяют свойства поверхностных слоев и, следова тельно, механизм контактного взаимодействия. Более того, вообще нет сведений о структурных изменениях в поверхностных, слоях толщиной 10" —10 м, определяющих в ряде случаев поведение твердых тел в процессе деформирования. В связи с этим описан специально разработанный метод анализа слоев металла указанной толщины, а также показана его перспективность при изучении поверхностей трения и, главное, при разработке комплексных критериев процесса трения для создания оптимальных условий на контакте, реализации явления избирательного переноса. [c.4]

Исследуем контактное взаимодействие жесткой втулки с двз хслой-ной вязкоупругой стареющей трубой высокого давления, слои которой изготовлены из разных материалов. Внутренний слой трубы внутреннего радиуса а, толщины Н изготовлен в момент времени, внешний слой толщины Я - в момент г , причем к гораздо меньше характерного размера области контакта I и внешнего радиуса толстостенной трубы Ь = а + Я. Между слоями осзгществляется гладкий контакт. В момент времени го на трубу насаживается без трения с натягом о жесткая втулка и подается внутренее давление po t). Профиль внутренней поверхности втулки описывается функцией 5(2 ), а сама втулка находится на достаточном расстоянии от торцов трубы, чтобы можно было пренебречь их влиянием на напряженное состояние под ней. Торцы закрыты жесткими заглушками, устраняющими их осевое перемещение (рис.3.13). [c.118]

Механические свойства являются важными показателями материалов. Фрикциоииая пара тормоза работает в условиях сложного напряженного состояния. Напряжения сжатия фрик-ционио иакладки приблизительно равны нормальному давлению р. Сила трения при торможении вызывает в накладке растягивающие напряжения и напряжения среза. Напряжения среза ориентировочно равны произведению коэффициента трення на нормальное давление р. При трении фрикционных материалов в области повышенных температур их твердость пропорциональна площади фактического контакта трущихся поверхностей и определяется давлением на пятне фактического касания. Модуль упругости фрикционного материала прн упругом контакте (легко нагруженные тормоза с объемной температурой до 100°С,1 влияет на характер фрикционного взаимодействия и определяет фактические площадь контакта и давление на пятнах контакта. Фрикционный материал должен иметь минимальные тепловое расширение, усадку и высокий модуль упругости, так как при жестком креплении накладки к металлическому каркасу вследствие теплового расширения и усадки фрикционного материала могут возникать значительные температурные и усадочные напряжения в накладке. [c.287]

При работе зубчатой передачи между зубьями сопряженных зубчатых колес возникает сила давления f рис. 12.15), направленная по линии зацепления. Кроме того, от скольжения зубьев между ними образуется сила трения = где / — коэффициент трения. Сила невелика по сравнению с силой Р, поэтому при выводе расчетных формул ее не учитывают, т. е. принимают, что сила взаимодействия между ЗЫБЯМИ направлена по нормали к их профилям. Под действием силы F и F зубья находятся в сложном напряженном состоянии. На их работоспособность оказывают влияние напряжения изгиба в поперечных сечениях зубьев и контактные напряжения Стд в поверхностных слоях зубьев. Оба эти напряжения, переменные во времени, и могут бьггь причиной усталостного разрушения зубьев или их рабочих поверхностей. Напряжения изгиба Tf вызывают поломку зубьев, а контактные напряжения Он — усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев. Поломка зубьев — опасный вид разрушения, так как при этом может выйти из строя не только зубчатая передача, но и валы и подшипники из-за попадания в них отколовшихся кусков зубьев. Поломка зубьев возникает в результате больших нагрузок, в особенности ударного действия, и многократных повторных нагрузок, вызывающих усталость материала зубьев. Во избежание поломки зубьев их рассчитывают на изгиб. Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев — распространенный и опасный вид разрушения большинства закрытых и хорошо смазываемых зубчатых передач. Выкрашивание заключается в том, что при больших контактных напряжениях на рабочей поверхности зубьев обычно на ножках, вблизи полюсной линии) появляются усталостные трещины. Это приводит к выкрашиванию мелких частиц материала зубьев и образованию небольших осповидных углублений, которые затем под влиянием давления масла, вдавливаемого с большой силой сопряженным зубом в образовавшиеся углубления и трещины, растут и превращаются в раковины. Для предотвращения выкрашивания зубьев их рассчитывают на контактную прочность. [c.181]

Сила трения, возникающая между твердыми телами при их относительном скольжении, зависит от напряженного состояния в зонах фак-ги-ческого касания взаимодействующих тел (см. гл. 1). Действующие нормальные напряжения (контурное давление), микротопография поверхностей вала и вкладыша, механические характеристики материала вкладыша определяют в зонах фактического касания (вид возникающих деформаций — упругие, упругопластические или пластические). [c.161]

С помощью разработанной методики скользящего пучка рентгеновских лучей получены важные для практики сведения о структурном состоянии поверхностных слоев металлических материалов, обработанных технологическими методами, в частности, шлифованием и при прокатке. В процессе шлифования произошел распад двухфазного сплава, так называемое альфирование. которое привело к уменьшению иа два порядка числа циклов до разрушения авиационных лопаток. При этом обычно контролируемые свойства сплава не показывали отклонений от нормы. Лишь анализ тонкого поверхностного слоя, составляющего доли микрометра, выявил изменение структуры, которое в процессе эксплуатации лопаток привело к их катастрофическому износу [3]. Аналогичным образом была вскрыта причина разрушения высокопрочной стали при трении в паре с относительно мягкой оловянистой бронзой [1], При исследовании тонкого поверхностного слоя бронзы обнаружено наличие интерметаллической фазы (Сиз18пв), вызванное диффузионным притоком атомов олова к поверхности. Образование в приповерхностной зоне бронзы новой фазы с высокой твердостью резко изменило механизм трения взаимодействующих материалов и привело к увеличению на несколько порядков интенсивности износа стали, сопряженной с бронзой. [c.46]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...