Внешнее трение и молекулярные силы

Внешнее трение и молекулярные силы [c.133]

Внешнее трение твердых тел сопровождается деформированием и разрушением выступов микронеровностей соприкасающихся поверхностей с отделением частиц их материала. При этом происходит необратимое изменение формы, размеров и свойств трущихся поверхностей, т. е. их износ. При трении весьма гладких поверхностей с малым давлением на них величина сил трения зависит главным образом от сил молекулярного взаимодействия, при этом нагрев и износ поверхностей почти отсутствуют. [c.77]

Оба фактора — сравнительно грубая шероховатость и силы молекулярного притяжения — способны только вызвать дополнительное увели пение силы трения, часто сопровождающееся нарушением закона Амон-тона, но не объяснить трение идеально гладких поверхностей и приложимость самого закона Амонтона. Для обоих этих факторов, второстепенное значение которых для объяснения внешнего трения мы показали, характерно то общее, что оба фактора по существу не связаны с атомно-молекулярным строением твердых тел и не учитывают его характера. Для шероховатости это очевидно. Для молекулярных сил справедливость сделанного замечания будет показана ниже. [c.142]

Таким образом, механизм развития энергии беспорядочного теплового движения молекул при трении в своей основе одинаков при внутреннем и при внешнем трении. Различие обоих случаев, по-видимому, связано с тем, что при внешнем трении твердых тел переход из одного по.тожения равновесия в другое совершают одновременно группы молекул, связанных между собой силами молекулярного сцепления, тогда как при внутреннем трении в жидкостях переход этот совершается отдельными атомами не одновременно и в основном независимо друг от друга. [c.146]

В то же время эта сила будет затруднять преодоление атомных выступов совершенно в той же мере, что и нагрузка, действующая на тело. Таким образом, молекулярные силы притяжения будут иметь такое же действие на сопротивление скольжению Р, 1 ак если бы вес тела увеличился на величину этой силы. Поэтому естественно обобщить закон Амонтона (39), согласующийся, как мы видели, с нашим объяснением внешнего трения [см. формулы (41) и (42)], написав его в таком виде Ч [c.153]

Таким образом, сила внешнего трения обусловлена сопротивлением скольжению, возникающим в результате межмолекулярных и межатомных взаимодействий, а также деформирования поверхностного слоя менее жесткого из контактирующих тел внедрившимися микронеровностями более жесткого тела. В общем случае деформационная и молекулярная со- [c.191]

В работе использовался главным образом принцип физического моделирования, в соответствии с которым модель и натура имеют одинаковую физическую природу. В связи с отсутствием обобщенных уравнений метод физического моделирования является наиболее приемлемым. Принципиальное значение эксперимента проявляется в оценке объективности конечных результатов, в оценке правильности значений теоретических исследований и в возможности (при соблюдении методов подобия и моделирования) перенесения результатов модельных экспериментов на реальные объекты. В связи с большой стоимостью, трудоемкостью, уникальностью экспериментов, проводящихся в вакууме, в различных газовых средах, необходима разработка соответствующей методики в целях получения требуемой общности результатов. В адгезионно-деформационной теории трения сила трения рассматривается как состоящая из двух компонент, характеризующих преодоление атомных и молекулярных связей, возникающих на площадках фактического контакта, и усилия деформирования микронеровностями весьма тонкого поверхностного слоя. Вследствие этого сила трения зависит от режима работы, фактической площади и микрогеометрии контакта, от механических свойств контактирующих тел, внешних условий, среды [20, 27, 34, 41]. [c.161]

Сложнее решается вопрос о значении собственной температуры на главной части поверхности, омываемой быстродвижущимся потоком газа. В пограничном слое, будь то ламинарном или турбулентном, происходит торможение элементов потока из-за действия соответствующих сил трения и, следовательно, имеет место внутреннее тепловыделение. Поскольку в направлении к стенке тепло, по условию, передаваться не может, тепловыделению вследствие трения противостоит теплопроводность (молекулярная или турбулентная) в направлении менее разогретой области, т. е. прочь от стенки. В стационарном состоянии оба взаимно противоположных эффекта компенсируют друг друга в каждой точке поля, обусловливая установление некоторого стабильного профиля температур по внешней нормали к стенке. Чем интенсивнее будет теплопроводность при фиксированной мощности местного тепловыделения, тем меньшей окажется равновесная температура на данном удалении от стенки и, следовательно, на самой стенке. Это рассуждение, как, разумеется, и основное уравнение энергии (4-22), указывает на роль числа Прандтля (отношение коэффициентов кинематической вязкости и температуропроводности) при решении задачи о собственной температуре стенки. На рис. 5-6 приведена для примера расчетная эпюра температур по нормали к продольно обтекаемой воздухом пластине при ламинарном пограничном [c.139]

Внешнее трение скольжения является наиболее характерным для контакта деталей машин. Современное представление трения основывается на молекулярно-механической теории, сформулированной Ф. П. Боуденом и И. В. Крагельским (1939 г.). Согласно этой теории полная сила трения складывается из силы молекулярного притяжения на пятнах касания ( ) и силы от внедрения микронеровностей одной трущейся поверхности в другую (). Соотношение между обеими составляющими изменяется в широких пределах и зависит в основном от качества трущихся поверхностей и давления. Так, для металлических поверхностей узлов трения =100 [18]. Существенное влияние на [c.189]

Окисные пленки играют роль промежуточной среды. В связи с этим они оказывают сильное влияние на процесс внешнего трения. Экранируя контактные поверхности, они препятствуют значительному проявлению сил адгезии и предотвращают молекулярное схватывание поверхностей металла и инструмента. [c.18]

Сложность процессов, протекающих в зоне контакта, обусловила возникновение различных теорий внешнего трения. Наиболее полно силовое взаимодействие твердых тел объясняет молекулярно-механическая (адгезионно-деформационная) теория трения, которая исходит из дискретности контакта трущихся поверхностей. Из-за шероховатостей соприкосновение поверхностей возникает в отдельных пятнах касания, образующихся от взаимного внедрения микронеровностей или их пластического смятия. Взаимодействие скользящих поверхностей в этих пятнах согласно теории имеет двойственную природу — деформационную и адгезионную. Деформационное взаимодействие обусловлено многократным деформированием микрообъемов поверхностного слоя внедрившимися неровностями. Сопротивление этому деформированию называют деформационной составляющей силы трения д. Адгезионное взаимодействие связано с образованием на участках контакта адгезионных мостиков сварки. Сопротивление срезу этих мостиков и формирование новых определяет адгезионную составляющую силы трения Таким образом, сила трения так же, как и другая важная фрикционная характеристика — коэффициент трения /, по определению равный отношению силы трения F к нормальной нагрузке N f = F/N, определяются как сумма двух составляющих [c.328]

При более тонкой смазочной прослойке имеет место граничное трение, или граничная смазка. И, наконец, при отсутствии смазки или при так называемой адсорбированной смазке (толщиной в одну молекулу), приставшей к трущимся поверхностям в силу молекулярного сцепления, трение подчиняется закономерностям внешнего трения. [c.13]

На основании предположения о диффузионно-вакансионном механизме формоизменения в контактной зоне при внешнем трении получено выражение для расчета молекулярной составляющей силы трения т , аналогичное уравнению для расчета коэффициента внутреннего трения (Мура и Эйринга) [c.115]

Внешнее трение, как известно, процесс нелинейный. Существует несколько гипотез [27] относительно природы этого явления 1) механическая, когда полагают, что выступы одного материала, цепляясь за выступы другого, препятствуют их относительному перемещению 2) молекулярная, по которой трение — это результат молекулярного взаимодействия двух поверхностей при их сближении до расстояний, на которых действие этих сил становится заметным 3) молекулярно-механическая, по которой трение является результатом как механического, так и молекулярного взаимодействия поверхностей. [c.10]

Из теории внешнего треиия следует, что сила тренпя, численно равная силе сцепления шины с дорогой, зависит от молекулярной составляю-ш,ей силы трения, пропорциональной площади фактического касания. Площадь фактического касания шины с поверхностью дорожного покрытия зависит от контурною давления и механических свойств резины протектора. Следовательно, сила сцепления зависит и от рисунка протектора, и от распределения нормальных напряжений в пределах зоны контакта шины с дорогой. [c.94]

Коэффициент внешнего трения гтp выражается через отношение силы трения Р к нагрузке Р. Механизм трения резины по металлическим и другим контртелам был предметом внимательного изучения. В теории, рассматривающей трение как молекулярно-кинетический процесс, предложенный Бартеневым [27] и учитывающей влияние скорости скольжения, температуры и величины, которая отражает зависимость площади поверхности фактического контакта от нагрузки, дано уравнение для силы трения Р [c.18]

Среди ученых отсутствует единое мнение о сущности граничного трения. А. С. Ахматов под граничным трением понимает трение, при котором твердые тела отделены друг от друга тончайшим слоем смазки, находящимся под воздействием молекулярных сил металла. Другие ученые считают, что граничное трение является промежуточным между сухим и жидкостным трением, оно происходит при наличии разделяющего тонкого слоя смазки поверхности твердых тел, которые, в свою очередь, оказывают влияние на смазку. Б. И. Костецкий [22] и др. под граничным трением понимают трение слоев вторичных структур, возникающих при физическом и химическом взаимодействии пластически деформируемого металла со средой. Очевидно, что последнее определение граничного трения более правильно отражает сущность явления, если под средой подразумевается в какой-то мере совокупность внешней среды, масляной, окисной и твердой пленок на поверхностях трущихся тел. [c.7]

При внешнем трении твердых тел, имеющем двойственную адгезионно-деформационную (молекулярно-механическую) природу, деформирование материала происходит не в сплошном объеме, а в очень тонких поверхностных слоях и пленках. В процессе скольжения твердых тел под действием внешних сил происходит образование и разрыв фрикционных [c.240]

При трении поверхностей в условиях гидродинамического режима смазки нормальная нагрузка передается через слой смазки. Обеспечение устойчивого смазочного слоя, способного нести нагрузку, является оптимальным решением задачи повышения механического к. п. д. и снижения износа сопряженных деталей. При разделении трущихся деталей слоем смазки износ деталей все же возможен. Разрушение поверхностного слоя происходит при попадании в контакт твердых частиц, превышающих по размеру толщину смазочного слоя, а также при местных разрывах масляной пленки вершинами микронеровностей сопряженных поверхностей. Тонкие слои смазки, разделяющие трущиеся поверхности, препятствуют молекулярному взаимодействию материалов, что резко снижает силы трения. Защитой от внешнего механического воздействия такие слои служить, конечно, не могут. Формирование этих защитных пленок является важной составной частью процесса изнашивания при граничной смазке. [c.117]

Рассмотрим сначала уравнение (29.70) и заметим, что первое слагаемое в его левой части описывает потерю энергии компоненты поля скорости с волновым вектором Ь на преодоление молекулярной вязкости, второе слагаемое— приток энергии к этой компоненте за счет работы внешних сил. а правая часть — обмен энергией и адиабатические взаимодействия между этой и всеми остальными компонентами поля скорости. Указанный обмен энергией можно описать (в духе полуэмпирических теорий) как сумму потерь энергии на преодоление турбулентной вязкости нли динамического трення (кинематический коэффициент турбулентной вязкости мы обозначим [c.664]

В высшей кинематической паре, находящейся в покое, внешняя нагрузка и реакция расположены на одной линии (рис. 20.5, а). При относительном качении сопротивление движению обусловлено эффектом молекулярного сцепления и трением при относительном скольжении элементов в пределах упругих деформаций в зоне контакта. Благодаря этим явлениям при качении реакция звена ] на звено 2 (б) смещается в направлении перекатывания на некоторое расстояние k относительно вектора нагружающей силы F. Для осуществления равномерного качения движущий момент Мд должен быть равен моменту сопротивления качению [c.246]

Разрабатывая молекулярно-механическую теорию трения, проф. Крагельский И. В. предложил рассматривать образующуюся фрикционную связь между двумя трущимися телами как некоторое физическое тело, обладающее определенными свойствами, отличающимися от свойств обоих трущихся тел [179]. Это так называемое третье тело является, некоторого рода, связью, обладающей упруго-вязким характером. На свойства этой связи оказывают влияние состояние поверхности, величина давления между телами, время контактирования, скорость приложения нагрузки и т. п. Вследствие дискретного характера контактирования выступы, имеющиеся на поверхностях трения, сглаживаются или сменяются впадинами, т. е. материал в поверхностном слое при трении непрерывно передеформируется. Рассматривая область передеформирования как третье тело , можно считать, что силы внешнего трения обусловлены силами вязкого сдвига, возникающими в деформативной области обоих тел. В этой области происходят значительные пластические деформации, обусловленные возникновением в контактных точках высоких [c.547]

Если смазка отсутствует (сухое трение) или состоит из двух слоев (толш иной в одну молекулу каждый), адсорбированных (как бы прилипших за счет сил молекулярного сцепления) к поверхностям труш ихся тел (адсорбционная смазка), то закономерности трения являются общими и могут быть охарактеризованы как относящиеся к истинно внешнему трению, хотя в строгом смысле этот термин можно применять только к сухому трению. [c.22]

Несомненно, что такой учет молекулярного строения и сил молекулярного взаимодействия с целью развития строго количественной теории внешнего трения — задача весьма сложная, в особенности если теория должна поз- волять теоретическим путем предвычислять коэффициенты трения тел, строение которых известно. Однако с таким же положением мы встречаемся, рассматривая и другие молекулярно-физические явления, природа которых более ясна и которые значительно ранее сделались предметом [c.142]

Внешнее трение твердых тел, согласно современным представлениям, имеет двойственную (молекулярно-ме-хаиическую или адгезионно-деформационную) природу. Считается, что контактирование твердых тел вследствие волнистости и шероховатости их поверхности происходит в отдельных зонах фактического касания. Суммарную площадь этих зон называют фактической, или реальной, площадью касания А г твердых тел. Под фактической площадью касания понимают зоны, в пределах которых межатомные и межмолекулярные силы притяжения и отталкивания равны. Фактическая площадь касания в пределах нагрузок, широко используемых в инженерной практике, невелика около 0,001 — 0,0001 номинальной кажущейся площади касания Лд. Вследствие этого Б зонах контакта возникают значительные напряжения, нередко приводящие к появлению в них пластических деформаций. Сила, сжимающая контактирующие тела, через фактическую площадь касания передается неровностям, вызывая их деформацию. Деформируясь, отдельные неровности образуют контурную площадь касания Ас. Деформация неровностей, как правило, упругая. Таким образом, при контактировании твердых тел следует различать номинальную 1 и образованные вследствие приложения нагрузки контурную 2 и фактическую 3 площади касания. Соответственно отношения нормальной нагрузки к этим [c.190]

Природа внешнего трения (сухого и граничного) сложна, поскольку возникновение сил трения обусловлено многими процессами, протекающими на разных физических уровнях (механическом, молекулярном, атомарном). В настоящее время установлены основные источники формирования сил трения. К ним относят 1) механическое зацепление неровностей трущихся поверхностей 2) молекулярное схватывание поверхностей в точках истинного контакта, образование так называемых мостиков сварки с последующим их разрушением (по мнению ряда исследователей, этот механизм сухого трения является главным) 3) преодоление сопротивления сдвигу в слое промежуточных веьцеств, т. е. в микрообъемах разделительной среды. [c.13]

По нашему мнению, разделение трения на сухое и граничное в большой мере условно, так как внешнее трение возможно только при наличии положительного градиента механических свойств по глубине, поэтому поверхностный слой должен быть отличен от нижележащих. Всякое внешнее трение является граничным, так как при нем деформации сосредоточены в тонком поверхностном слое. В противном случае, например при чистых металлических поверхностях, всегда возникает внутриметал-лическое трение (глубинное вырывание—5-й вид нарушения фрикционной связи). Для предотвращения этого необходимо, чтобы поверхности были разделены пленкой (оксидной, сульфидной и др.), которая должна предохранять нижележащие слои от разрушения. Однако силы молекулярного взаимодействия между этими пленками, тоже являющимися твердыми телами, все же достаточно велики, что приводит к высоким значениям коэффициента трения и соответственно к избыточному выделению тепла. Для понижения трения применяют жидкую смазку. При малой толщине слоя, смазка теряет свои объемные свойства, в частности теряет подвижность вследствие влияния молекулярного поля твердого тела. Жидкость, вступая в физическое и химическое взаимодействие с металлом, сильно деформированным при трении, резко меняет его свойства. Комплекс процессов, происходящих в тонких поверхностных слоях измененного материала и разделяющем их тонком слое жидкости, обусловливает явление граничного трения. [c.237]

При определении силы внешнего трения эксперименты необходимо проводить при нагрузках, обеспечивающих упругие (пластические) деформации в зонах фактического касания микроиеровностей (или модели микронеровности) с деформированным материалом Выбор нагрузок, обеспечивающих эти деформации, зависит от цели эксперимента, а именно от определения молекулярной составляющей коэффициента трения или фрикционных параметров хэ и р. Если необходимо для некоторого сочетания материалов найти молекулярную составляющую коэффициента трения, то силу трения нсоб.ходимо определять при контурных давлениях. вычис.<1яемых по формуле (37) 1 л. 1. Если требуется найги фрикционные параметры То и Р. то испытания следует проводить прн контур- [c.53]

Для того чтобы найти размеры фрикционных эле.ментов муфты сценления, число поверхностен трения и нажимное усилие при включенной муфте, необходимо оиределить возникающий в ней момент трения покоя. При определенин будем использовать основные положения молекулярно-механической тео и внешнего трения [70, 90 . Согласно этой теории поверхности твердых тел имеют волнистость и шероховатость. Поэтому при включенной дисковой муфт сцепления силы трения будут возникать в зонах дискретного фактического контакта, расположение которых в пределах номинальной площади поверхности трения / является случайным. [c.216]

В условиях значительных давлений процесс трения между чистыми металлическими поверхностями носит несколько иной характер, чем в обычных условиях. При сравнительно малых давлениях площадь, занимаемая контактными участками, очень мала по сравнению с контурной площадью контакта двух металлов. В связи с этим, хотя на контактных участках и происходит сваривание сопряженных металлических поверхностей и срез более мягкого (менее прочного) металла, рассчитывать силу трения как напряжение среза (с учетол пластического оттеснения металла) невозможно, так как остается неопределенной истинная площадь контакта. При больпшх давлениях число истинных контактных участков с молекулярной связью на сопряженных поверхностях становится значительным и сохраняется на большом пути относительного перемещения металлов. В результате при тангенциальном перемещении возникает пластическое течение в поверхностнол слое более мягкого и пластичного металла на всей контурной площади контакта. Этот поверхностный слой увлекается вторым более прочным металлом (инструментом), образуя на его кромке пластическую волну — валик, на перемещение которого тоже затрачивается некоторая часть общего усилия. Таким образом, внешнее трение. чистых металлических поверхностей в условиях высоких давлений переходит во внутреннее трение поверхностного слоя более мягкого металла, вовлеченного в пластическо течение. [c.85]

Для пентапласта, который отличается гибкостью, подвижностью молекулярных цепей и высо-коэластическиыи деформациями при температурах порядка 30-60°С, характерны сравнительно высокие коэффициенты трения при малых нагрузках рост нагрузок и скоростей скольжения сопровождается ростом температуры на контакте полимер-сталь.увеличением адгезионной составляющей силы трения. Одновременное воздействие механического и температурного полей вызывает переход полимера из высокоэластического состояния в вязкотекучее внешнее трение полимер-металл превращается во внутреннее трение полимер-полимер. Дальнейший рост температуры приводит к ыехано-химической деструкции и разрушению покрытия. [c.90]

Э. я. обусловлены существованием в электролите объемного заряда, появляющегося в результате образования диффузного двойного электрического слоя. Нек-рая часть этого заряда — на расстояниях, больших двух-трех молекулярных расстояний от поверхности — оказывается подвняашй (на более близких расстояниях скольжение отсутствует). Величина и скорость перемещения заряда изменяются с расстоянием, однако приближенно принимают, что на расстоянии O существует эффективный заряд р, движущийся со скоростью V при наложении (вдоль новерхности) внешнего поля напряженностью Е. Пз равенства электрич. силы р.Е и силы трения t] 70 следует, что V = (р0/г ) , где т — вязкость раствора. Используя соотношение между зарядом и разностью потенциалов для плоского конденсатора, получим ур-ние Смолуховского v = 8 Ё/4ят1, где е — диэлектрич. проницаемость раствора, — электрокинетический потенциал. Более строгое рассмотрение приводит к ур-пию v = /е /лт), где U f0,25 численное значение / зависит от размеров, формы и проводимости частиц и концентрации ионов, образующих диффузный двойной электрич. слой. [c.458]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...