Энергетическая теория трения

Существующие теории не полностью объясняют природу этих явлений. По нашему мнению, изложенная в настоящей монографии энергетическая теория трения дает возможность объяснить основные явления, возникающие при трении, и позволяет уже сейчас решать более эффективно многие практические вопросы по трению и износу подвижных частей машин и механизмов. [c.3]

ВВЕДЕНИЕ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ ТЕОРИЮ ТРЕНИЯ [c.5]

Энергетическая теория трения и износа [c.25]

Энергетическая теория трения и износа исходит из более глубоких физических предпосылок, из которых следует, что процесс трения един, но эффекты, связанные с ним, могут быть различны и зависят от разных условий. [c.25]

При относительной скорости и = 0 из выражения (36) следует, что коэффициент трения должен быть равен бесконечности. Но, согласно основным положениям энергетической теории трения, при относительной скорости и = 0 нет трения, следовательно, это противоречит физическому смыслу и данным практики. Коэффициент трения имеет высокие значения при незначительных относительных скоростях и при некоторой предельно минимальной скорости принимает максимальное значение. [c.104]

В нашем анализе отдельных экспериментальных материалов, полученных различными исследователями, сделана попытка дать теоретическое объяснение этим закономерностям исходя из энергетической теории трения и износа. Состояние поверхностного слоя при этом рассматривалось в условиях относительной замкнутости физической системы при трении. [c.119]

В связи с этим возникает вопрос, может ли азот или кислород воздуха диффундировать в поверхностные слои в процессе трения Энергетическая теория трения, как уже было выше рассмотрено, дает отрицательный ответ. [c.121]

Однако, как это следует из энергетической теории трения, о чем будет сказано ниже, условия протекания явления схватывания в процессе трения во многом отличаются от условий его протекания при простом совместном деформировании металлов. [c.126]

Результаты исследований образования наростов в процессе трения и резания металлов также подтверждают закономерности, вытекающие из энергетической теории трения. [c.131]

Энергетическая теория трения. Основы этой теории впервые были опубликованы в 1927 г. В. Д. Кузнецовым. Дальнейшее развитие она получила в работах советских ученых, в частности Б. И. Костецкого [56]. Суть теории состоит в том, что процесс трения диссипативный и требует расхода энергии на тепловые, акустические и электрические явления, на истирание поверхностей и дробление абразивных частиц. Работу сил трения можно считать суммой вышеуказанных составляющих, каждая из которых может быть, с определенными допущениями, найдена тем или иным путем. [c.10]

Согласно структурно-энергетической теории фундаментальная закономерность трения и износа проявляется благодаря главному физическому механизму - явлению структурно-энергетической приспосабливаемости материалов при механических и термомеханических процессах. Теория базируется на экспериментальном факте для всех материалов и рабочих сред существуют диапазоны нагрузок и скоростей перемещения, в которых показатели трения и износа устойчивы, на несколько порядков ниже, чем вне этих диапазонов, и которые определяются критическими значениями энергии активирования и пассивации, соответствующими условиями образования защитных упорядоченных диссипативных структур, обладающих свойством минимального производства энтропии. [c.107]

Выдвинутая автором энергетическая теория процессов трения и износа вызвала в свое время принципиальные споры среди специалистов в этой области. [c.3]

Исходные положения энергетической теории вытекают из философских положений о трении, а также экспериментальных фактов и достаточно хорошо синтезируют различные частные теории и их выводы. [c.25]

Попытки решения основных задач теории трения с позиции отдельных областей знаний обречены на неудачу. Неполнота и противоречивость различных универсальных механизмов, построенных на отдельных явлениях, наблюдаемых при трении, привела к необходимости рассмотрения задачи на основе общих фундаментальных принципов энергетических соотношений, минимальных принципов и др. Одна из первых попыток энергетического подхода предпринята в работе [15]. Результаты, полученные в этом исследовании, позволяют рассмотреть энергетические соотношения при нормальных условиях внешнего трения. [c.18]

На рис. 85 показаны пути расширения границ нормального участка антифрикционности и минимизации коэффициента трения в пределах этого участка. С позиций энергетических соотношений (первое положение теории трения) в этом случае величина относительной поглощенной энергии должна быть постоянной и минимальной [c.154]

С позиций энергетических соотношений (первое положение теории трения) образование внутренней поглощенной энергии должно быть минимальным и постоянным [c.156]

При разработке конструкции узла трения и оценке совместимости материалов его элементов следует четко представлять условия эксплуатации (плавное нагружение, ударное нагружение, воздействие динамических нагрузок), которые существенно влияют на сопротивление усталости материалов. Например, на основании структурно-энергетической теории надежности удается объяснить наблюдаемое на практике снижение сопротивления усталости стали при увеличении ее предела прочности свыше 800 МПа [20]. Оказалось, что причиной снижения выносливости высокопрочных сталей является соответствующее снижение критической скорости деформации (удара), достаточной для разрушения материала при однократном нагружении на конкретном масштабном уровне. [c.489]

Существуют строгие доказательства асимптотической устойчивости стационарных состояний диссипативных систем по Ляпунову. В терминах и понятиях теории трения и изнащивания В.В. Шульц [33] сформулировал частный принцип самоорганизации фрикционного контакта следующим образом устойчивой будет лишь та форма поверхности изнашивающегося контакта, которая соответствует энергетическому минимуму в заданном относительном движении при установившемся про- [c.496]

Глубоко анализируя и критикуя современную ему теорию сопротивления трения, Д. И. Менделеев с предельной ясностью устанавливает энергетическую сторону явления, отсутствовавшую в этой теории. [c.11]

В то же время основной задачей теории изнашивания является установление критериев, с помощью которых можно было бы предсказать скорость (или интенсивность) изнашивания, наступление предельного состояния поверхностных слоев, переходы от одного вида изнашивания к другому. Наиболее общим и перспективным в исследовании и описании процессов изнашивания является термодинамический подход, в основе которого лежат законы сохранения энергии и принцип увеличения энтропии при необратимых процессах (первое и второе начала термодинамики). Целесообразность такого подхода также объясняется тем, что в основе современных теорий прочности твердых тел и строения вещества лежат энергетические концепции, а процесс трения всегда сопровождается диссипацией энергии. При этом совокупность происходящих физико-химических процессов, обусловливающая изменение структуры материала, энтропии трибосистемы и ее изнашивание (разрушение), может быть описана с помощью законов неравновесной термодинамики и термодинамических критериев (энерге- [c.111]

В первоначальной трактовке образование третьего тела рассматривалось в основном с позиций механики. На формирование концепции третьего тела повлияли исследования, выполненные Б. И. Костецким и его сотрудниками в области теории структурной приспосабливаемости материалов при трении [79]. Эти исследования базировались на обобщенном термодинамическом подходе к паре трения как к системе, проявляющей самопроизвольно свойство адаптироваться к действию внешних факторов. Адаптация при этом понимается в широком значении этого слова, включающем изменения и в химическом составе и в структуре поверхностного слоя. В работах Б. И. Костецкого использовано понятие вторичной структуры для определения состояния трансформированного поверхностного слоя материала в узле трения. Первоначально под вторичными структурами понимали в основном окисные пленки, но затем это понятие расширилось, охватывая любое изменение структуры в направлении, способствующем установлению оптимального энергетического состояния трибосистемы [80]. В этом широком понимании термин вторичная структура охватывает практически тот же комплекс свойств, что и термин третье тело , [c.33]

Равенство нулю сопротивления тела, равномерно движущегося в жидкости без трения, можно вывести также из энергетических соображений. В самом деле, при отсутствии трения работа, необходимая для преодоления сопротивления, может накапливаться в жидкости только в виде кинетической энергии. Между тем при потенциальном течении, когда жидкость позади равномерно движущегося тела так же смыкается, как расступается впереди него, за телом не остается никакого возмущения течения, в котором могла бы накапливаться кинетическая энергия. Следовательно, при таком движении не может быть и сопротивления. Однако могут быть и такие случаи движения в жидкости без трения, когда позади тела в жидкости остается кинетическая энергия и, следовательно, возникает сопротивление. Одним из таких случаев является движение крыла самолета, упомянутое в 13, п. Ь) подробно это движение будет рассмотрено в 17 и 18 при изложении теории крыла самолета. Возникновение подъемной силы без продолжающегося накопления в жидкости кинетической энергии не противоречит закону сохранения энергии, так как подъемная сила перпендикулярна к пути тела в жидкости и поэтому при установившемся движении для ее сохранения не требуется никакой затраты работы. Вопрос о возникновении подъемной силы был нами уже рассмотрен в 11 предыдущей главы. [c.247]

С повышением мощности, и скорости станков колебания, возникающие в станках во время резания, все более привлекают внимание производственников и исследователей. Ведущее место в этой области занимают советские ученые. Работы А. И. Каширина и А. П. Соколовского положили начало научному исследованию колебаний во время резания. Избегая односторонности подхода к явлению возникновения колебаний в станках при резании, являющейся недостатком предшествующих теорий, В. А. Кудинов рассматривает это явление как процессы, происходящие, с точки зрения динамики, в активной энергетически замкнутой системе нельзя объяснить природу возникновения колебаний в станках при резании одной только особенностью процесса резания или только состоянием упругой системы станок — заготовка — инструмент. И упругая система, и процесс резания, и другие процессы, происходящие при резании,—такой, например, как процесс трения, — не изолированы друг от друга, а тесно взаимосвязаны. Усилия резания вызывают деформации упругой системы, которые, в свою очередь, приводят к изменению сечения стружки, следовательно, и к изменению сил резания, а изменение последних влечет за собой новые деформации упругой системы и т. д. [1 ]. Только на основе анализа всех процессов, имеющих место в станках при резании, можно проникнуть в сущность возникновения колебаний. Решение этой задачи возможно только на основе обобщения многочисленных исследований колебаний в станках различных типов. [c.164]

А. П. Семенов, обобщая различные высказывания о природе схватывания , выдвинул энергетическую гипотезу образования металлических связей при трении [27]. Придерживаясь в вопросах трения молекулярно-механической теории, А. П. Семенов считает Характер взаимодействия поверхностных слоев металла при трении, являющемся, в сущности, процессом совместного деформирования поверхностных слоев трущихся тел, ничем принципиально не отличается от характера взаимодействия при любых видах совместного деформирования металлов, лежащих в основе процессов соединения металлов в твердом состоянии . [c.126]

Предлагаются общие теории внешнего трения, основанные на самых различных универсальных механизмах — физических, механических, химических, энергетических и т. п. [20, 21 ]. Количество универсальных теорий продолжает расти. Рассматриваются явления в самых различных масштабах — от макроскопического до субмикроскопического на уровне атомных и электронных взаимодействий. [c.18]

Сложная задача раскрытия природы внешнего трения требует четкой и обоснованной ее постановки. Для решения этой задачи необходимо разграничить процессы нормального внешнего трения и сопротивления различным видам повреждаемости поверхностей контакта, рассмотреть природу, причины и механизм трения с позиций фундаментальных представлений о трансформации энергии внешних силовых воздействий в энергию внутренних процессов с анализом энергетических соотношений и минимальных принципов, с позиций современных представлений физики твердого тела (теории дислокаций) о напряженно-деформируемом состоянии, о физико-химических явлениях адгезии, адсорбции и диффузии, а также учитывая положительный опыт практики. [c.63]

Специальные исследования по изучению энергетического баланса [10], анализ и обобщение результатов экспериментальных работ по изучению сущности процессов, протекающих при внешнем трении [7, 12], привлечение необходимых данных механики, физики и химии позволяют сформулировать первое принципиальное положение теории внешнего трения. [c.114]

Первое и второе положения теории внешнего трения, касающиеся общих энергетических соотношений, главных процессов и соответствующих им связей, достаточно определенно фиксируют и разделяют условия нормального и патологических процессов трения. Зги положения также позволяют говорить о полной нецелесообразности и практической неосуществимости расчета сил внешнего трения для всего возможного диапазона условий. [c.118]

Анализ соотношений энергетического баланса, процессов и связей, возникающих в результате их развития, позволяет четко разделить условия нормального и патологических процессов трения и сформулировать третье основное положение теории внешнего трения. [c.119]

Расчет затянутых болтов. Пример затянутого болтового соединения — крепление крышки люка с прокладкой, где для обеспечения герметичности необходимо создать силу затяжки Q (рис. 3.16). При этом стержень болта растягивается силой Q и скручивается моментом Мр в резьбе. Напряжение растяжения СТр = 0/(л(/р/4), максимальное напряжение кручения T = MpjWp, где Wp = 0,2dp—момент сопротивления кручению стержня болта Mp = 0,5ga2tg( l + 9 ). Подставив в эти формулы средние значения угла подъема / резьбы, приведенного угла трения ф для метрической крепежной резьбы и применяя энергетическую теорию прочности, получим [c.45]

В структурно-энергетической теории формально характеристики процесса связываются с характеристиками изменения структуры поверхностей трения, но теоретически эта связь не раскрывается, а структурный фактор учитывается эмпирическим коэффициентом, поэтому предлагаемые обобщенные энергетические критерии не могут быть использованы для теоретического прогноза долговечности трибо-системы. [c.111]

Физические и физико-химические процессы занимают ведущее место в теории трения и износа и в снижении их при помощи смазки [28—35]. В последние годы особое внимание уделяется не механическим, а электрическим и физико-химическим процессам, энергетическому С0СТ0Я1НИЮ поверхности раздела металл — смазочный материал [29—35]. Физико-химические процессы играют также огромную роль в общей теории водо-, водомасло- и маслорастворимых поверхностно-активных веществ [15, 36—40]. [c.14]

В отличие от дисперсии, которая вызывает перераспределение энергии в искаженном импульсе напряжений при сохранении энергии волны, рассеяние связано с энергетическими потерями. Потери энергии в задачах динамики композиционных материалов определяются по крайней мере четырьмя явлениями 1) вязко-упругими или неупругими эффектами в структурных компонентах 2) рассеянием волн 3) появлением микроразрушения 4) трением между неполностью связанными компонентами. Важная для приложений задача о вязкоупругом демпфировании в слоистых балках и пластинах была рассмотрена, например, в работах Кервина [82] и Яна [198], где исследовались трехслойные системы, состоящие из вязкоупругого слоя, заключенного между двумя жесткими упругими слоями. Теория вязкоупругого поведения слоистых композиционных материалов была разработана на основе теории смесей Гротом и Ахенбахом [67], Био [33], а также Бедфордом и Штерном [22, 23], Бедфордом [21]. В первых двух работах волновые явления не рассматривались, а Бедфорд и Стерн определили коэффициент рассеяния для волн, распространяющихся вдоль волокон, и выразили его через вязкоупругие характеристики материала. [c.297]

В. П. Алехин и М. X. Шоршоров [1] считают, что изучение структурных и энергетических закономерностей пластической деформации в приповерхностных слоях материалов по сравнению с их внутренними объемными слоями имеет более важное значение для развития теории и практики процессов трения, износа и схватывания. При этом следует отметить, что поверхностные слои кристаллических материалов имеют, как правило, специфические закономерности пластической деформации. [c.11]

Изучение структурных и энергетических закономерностей пластической деформации в приповерхностных слоях материалов в сравнении с их внутренними объемными слоями имеет важное значение для развития теории и практики процессов трения, износа и схватывания. При этом следует отметить, что. поверхностные слои кристаллических материалов имеют, как правило, свои специфические закономерности пластической деформации. Так, например, в работе [11 при нагружении монокристаллов кремния через пластичную деформируемую среду силами контактного трения было найдено, что в тонких приповерхностных слоях на глубине от сотых и десятых долей микрона до нескольких микрон величины критического напряжения сдвига и энергии активации движения дислокаций значительно меньше, чем аналогичные характеристики в объеме кристалла. Было также показано [2], что при одинаковом уровне внешне приложенных напряжений по поперечному сечению кристалла в радиусе действия дислокационных сил изображения эффективное напряжение сдвига значительно выше, чем внутри кристалла. Поэтому поверхностные источники генерируют значительно большее количество дислокационных петель и на большее расстояние от источника по сравнению с объемными источниками аналогичной конфигурации и геометрии при одинаковом уровне внешних напряжений. Высказывалось также предположение, что облегченные условия пластического течения в приповерхностных слоях обусловлены не только большим количеством легкодействующих гомогенных и различного рода гетерогенных источников сдвига [3], но и различной скоростью движения дислокаций у поверхности и внутри кристалла [2]. Аномальное пластическое течение поверхностных слоев материала на начальной стадии деформации может быть обусловлено действием и ряда других факто-зов, например а) действием дислокационных сил изображения 4, 5] б) различием в проявлении механизмов диссипации энергии на дислокациях, движущихся в объеме кристалла и у его поверхности причем в общем случае это различи е, по-видимому, может проявляться на всех семи фононных ветвях диссипации энергии (эффект фононного ветра, термоупругая диссипация, фонон-ная вязкость, радиационное трение и т. д.) [6], а также на электронной [71 ветви рассеяния вводимой в кристалл энергии в) особенностями атомно-электронной структуры поверхностных слоев и их отличием от объема кристалла, которые могут проявляться во влиянии поверхностного пространственного заряда и дебаевского радиуса экранирования на вели- [c.39]

При моделировании энергетических процессов в МГД-генераторе использовались методические предпосылки работ [109—111]. Рассматривается квазиодномерная МГД-теория стационарного сжимаемого потока низкотемпературной плазмы. Учитываются потери на трение, теплопередача через стенки канала, нагревание джоулевым теплом, потери в при-электродном слое, эффект Холла. Концевые эффекты, уменьшение эффективного сечения канала вследствие утолщения аэродинамического пограничного слоя и явления, связанные с отрывом этого слоя, не рассматриваются. Концевые эффекты, по-видимому, можно свести к минимуму за счет конструктивных мероприятий указанное уменьшение эффективного сечения канала для крупных МГД-генераторов мало, и им моншо пренебречь. Явление отрыва пограничного слоя не учитывается, так как к настоящему времени отсутствуют надежные инженерные методы ресчета его характеристик. [c.114]

Корпусные конструкции энергетических установок помимо разнообразия составляющих их элементов и узлов [1, 2, 4], требующих совместного рассмотрения при расчете напряженного состояния, включают, как показано выше, большое разнообразие условий их взаимодействия, особенно в узлах разъема фланцевых соединений. Некоторые из этих условий могут быть определены численными методами теории упругости (упругие контактные податливости фланцев) или экспериментально (податливости резьбовых соединений или пластических прокладок) для других условий, существенно влияющих на напряженное состояние всей конструкции, могут быть заданы лишь возмоягные пределы их изменения (допуски на зазоры в соединениях крышки п корпуса реактора, коэффициенты трения). Это требует при проектировании, расчете напряжений и оценке прочности корпусных конструкций рассмотрения большого числа вариантов взаимодействия с целью учета наименее благоприятного возможного их сочетания либо задания ограничений на условия изготовления и эксплуатации, исключающих неблагоприятный вариант напряженного состояния. Учесть указанные особенности разъемных соединений при использовании традиционных методов расчета многократно статически неопределимых конструкций, например методом сил [1, 4], из-за большой трудоемкости не представляется возможным поэтому рекомендуемые в настоящее время расчетные схемы [4] рассматривают отдельные узлы корпусных конструкций без учета указанных условий взаимодействия, пренебрегая силами трения, ограничениями по взаимным перемещениям в посадочных соединениях крышки и корпуса, контактными податливостями фланцев. В частности, изменение усилия затяга шпилек фланцевых соединений в различных режимах определяется без полного учета деформаций всей конструкции, что не позволяет обоснованно выбрать величину предварительного затяга шпилек. [c.88]

Ядро дислокации — это область вблизи линии дислокации (шириной в несколько векторов Бюргерса), где кристаллическая решетка сильно нарушена. Теория упругости в ядре неприменима, и во всех расчетах в рамках теории упругости ядро дислокации заменяется полым цилиндром радиуса Ьо- Однако такое приближение, справедливое при описании поля крупномасштабных напряжений вдали от ядра, становится неверным п и изучении подвижности дислокаций. В самом деле, именно в ядре разрушаются связи между атомами и происхо дят процессы, контролирующие распространение дислокации. Расс1иотрим линию дислокации, расположенную вдоль кристаллографического направления в потенциальной яме. Для перемещения в соседнюю потенциальную яму дислокация должна преодолеть энергетический барьер. Напряжение, необходимое для перемещения дислокации через барьеры, можно рассчитать в рамках модели дислокации в периодической решетке (дислокация Пайерлса — Набарро). Сила Пайерлса равна максимальному значению производной по расстоянию от энергии дислокации Пайерлса и является выражением силы трения решетки, действующей на дислокацию. Напряжение Пайерлса связано с силой Пайерлса соотношением (2.57). Можно показать, что [c.70]

B. И. Моссаковский и М. Т. Рыбка (1965) предложили подход в целях построения теории прочности сжатых хрупких тел с трещинами, исходя из энергетических соображений А. А. Гриффита. Критерий Гриффита испольаовался М. Т. Рыбкой (1966) для определения длины прямолинейной трещины, вдоль которой действуют силы кулонова трения, в задаче о двухосном сжатии упругой изотропной пластины. Не проводя анализа напряженного состояния в конце трещины, В. И. Моссаковский и др. [c.391]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...