Виды трения

Трением скольжения называется такое трение, которое возникает при скольжении одной поверхности относительно другой. Сила тре­ния F_c пропорциональна нормальной силе Р и коэффициенту трения зависящему от материала трущихся поверхностей и качества их обработки: F_c = Р. Различают три вида трения скольжения (рис. 64).

Рис. 64. Виды трения скольжения: а — сухое; б —жидкостное;

в —граничное

Сухое трение — это трение между абсолютно сухими поверх­ностями. Оно недопустимо в двигателях, так как связано с быстрым перегревом и износом, приводящим к поломкам и разрушениям дета­лей. Коэффициент сухого трения для металлов 0, 2—0, 5.

Жидкостное трение характеризуется тем, что между трущимися поверхностями вводится слой масла, предохраняющий их от молекулярного сцепления и не позволяющий гребешкам неровнос­тей зацепляться друг за друга. При таком трении удается заменить силы молекулярного сцепления твердых тел внутренним трением частиц (молекул) масла, т. е. скольжением частиц масла относительно друг друга, или внешним трением, т. е. скольжением частиц масла относи­тельно поверхности трения.

Для снижения мощности, затрачиваемой двигателем на преодоле­ние жидкостного трения, желательно иметь масло с малой вязкостью. С другой стороны, чтобы масло задерживалось на трущихся поверхностях и создавалась минимальная толщина масляного слоя, необ­ходимо иметь масло с большой вязкостью. Поэтому подшипник сколь­жения рассчитывают так, чтобы при действующих нагрузках, зазорах, данных температуре, давлении и вязкости масла создавалась мини­мальная толщина масляного слоя, обеспечивающая жидкостное тре­ние. Коэффициент жидкостного трения 0, 003—0, 010.

Подшипник скольжения представляет собой трущуюся пару вал— втулка, в которой масло, обволакивающее вал, вследствие вязкости увлекает соседние слои масла. Масло втягивается в узкую клиновид­ную часть зазора (рис. 65) и создает давление, приподнимающее вал, т. е. вал является своего рода насосом, который накачивает под себя масло и держится на созданном им потоке.

Рис. 65. Схема создания масляного клина в узле трения: а —вал не вращается; б —вал вращается

Рис. 66. Схема деформации обоймы и ролика

(шарика) при качении

В ГТД жидкостное трение создается между ведущими валиками и бронзовыми втулками различных агрегатов и приводов.

Граничное трение характеризуется тем, что трущиеся поверхности разделены очень тонким адсорбированным слоем смазки, который разрушается прежде всего на соприкасающихся поверхностях трущихся деталей. Сущность адсорбции заключается в том, что отри­цательно заряженные молекулы масла притягиваются к положитель­но заряженным ионам, образующим поверхность металла. Износ при граничном трении объясняется смятием и выкрашиванием микроне­ровностей металла, выступающих за границу весьма тонкой масляной пленки.

В ГТД граничное трение возникает главным образом в зубьях шес­терен редуктора и приводов, поэтому, чтобы повысить прочность мас­ляной пленки, целесообразно применять масла с досточной вязкостью. Коэффициент граничного трения — 0, 01 — 0, 10, т. е. сила граничного трения при одной и той же нагрузке меньше, чем при сухом трении, но больше, чем при жидкостном.

Трение качения возникает в ролико - и шарикоподшипниках опор роторов ГТД. Сила, прижимающая ролик (шарик), вызывает его деформацию, а также деформацию поверхности, по которой он катит­ся (рис. 66), т. е. происходит деформация обоих тел в местах контакта, которая исчезает после разобщения точек контакта. Работа, затра­чиваемая на упругую деформацию, переходит в тепло. Поэтому рас­ход масла через подшипники рассчитывают не только из условий соз­дания граничной масляной пленки, но и требуемого отвода тепла от трущихся поверхностей. Наилучшим образом это удается сделать при струйной круговой подаче масла форсунками, расположенными рав­номерно по окружности с двух сторон подшипника.

При возникновении очень высоких напряжений сжатия, превы­шающих допустимые пределы прочности, на трущихся поверхностях тел качения и беговых дорожках может возникнуть усталостный из­нос (трещины, вмятины, выкрашивание).

Граничная масляная пленка, не разрушающаяся при высоких контактных нагрузках, уменьшает износ, так как она, деформируясь, увеличивает площадь контакта трущихся деталей, снижает удельное давление и, следовательно, уменьшает деформацию металла. Одно­временно с этим обильная и вязкая смазка увеличивает потери на тре­ние, являясь дополнительным сопротивлением для роликов (шариков).

Сила трения качения пропорциональна действующей нагрузке Р, коэффициенту трения и обратно пропорциональна диаметру шарика (ролики) D:

.

Коэффициент трения качения — 0, 002—0, 007 для роликовых под­шипников и 0, 001—0, 003 для шариковых.

В подшипниках качения к силе трения качения прибавляется сила трения скольжения роликов (шариков) по сепаратору и по краям бе­говой дорожки. В целом в подшипниках качения трение меньше, чем в подшипниках скольжения; в них легче обеспечить требуемую смаз­ку трущихся поверхностей. Однако они имеют больший вес и диамет­ральные размеры и представляют большую трудность при изготовле­нии и монтаже.

Применяемые циркуляционные системы смазки ГТД исключают возникновение сухого трения, гарантируют жидкостное или гранич­ное трение в наиболее нагруженных деталях редукторов, приводов, опор ГТД.