4. Тертя в механізмах і машинах

Під час роботи машин та механізмів має місце явище, яке перешкоджає рухові його ланок та супроводжується розсіюванням механічної енергії. Це явище називається тертям. Енергія, що витрачається на тертя, перетворюється у теплоту. Одночасно з цим відбувається згладжування шорсткостей поверхонь, що стикаються, тобто їхнє зношення (спрацювання). Підраховано, що біля третини світових енергетичних ресурсів даремно витрачається на роботу пов’язану з тертям. Цілком зрозуміло, що бажано щоб ці втрати були мінімальними. Також відомо, що більшість (80%) деталей машин виходять з ладу через зношення; забезпечити міцність деталей простіше та дешевше, ніж стійкість проти спрацювання. Тому ще з моменту виникнення ТММ як науки тертя було одним з перших розглядуваних питань.

Відмітимо, що з іншого боку, тертя – корисне явище, на використанні сил тертя ґрунтується робота багатьох машин і механізмів (рух транспортних засобів, пасової та фрикційної передач, фрикційних муфт, зчеплень, гальм). В наш час галузь науки, що охоплює комплекс питань, пов’язаних з тертям та спрацюванням деталей машин, має назву триботехніка.

При дослідження фізичних основ явища тертя розрізняють тертя зовнішнє та внутрішнє. Зовнішнє тертя – опір відносному переміщенню, що виникає між двома тілами у зонах дотику їхніх поверхонь, по дотичній до них і що супроводжується дисипацією енергії.

Внутрішнє тертя – процеси, що проходять у твердих (рідких та газоподібних тілах) при їх деформації і, що призводять до необоротного розсіювання механічної енергії.

У ТММ розглядається зовнішнє тертя. Сили тертя – це сили, що виникають у кінематичних парах при відносному русі ланок; вони обумовлені реакціями в’язей і є складовими цих реакцій.

Тертя – це складне фізичне явище, для пояснення якого запропоновані дві гіпотези: механічну та молекулярну. Згідно з першою гіпотезою, тертя виникає внаслідок деформацій невеликих виступів і западин які неодмінно є на поверхнях тертя (як би при цьому вони не були добре виготовлені). Згідно з іншою гіпотезою процес тертя полягає у подоланні існуючих та виникнення нових, сил молекулярної взаємодії у зонах фактичного контакту тіл. Таким чином, сила тертя виникає внаслідок механічного зачеплення, пружно-пластичної деформації та молекулярної взаємодії контактуючих елементів поверхонь тертя.

Види тертя. Залежно від характеру відносного руху елементів кінематичних пар розрізняють: тертя ковзання (тертя першого роду); тертя кочення (тертя другого роду); тертя вертіння. Інколи відрізняють ще тертя кочення з проковзуванням та тертя при вібропереміщеннях.

Для зменшення сил тертя та інтенсивності спрацювання елементів кінематичних пар використовують мастила. За станом поверхонь тертя розрізняють два види тертя: сухе тертя (без мастила) і тертя з мастилом. В іншій літературі часто трапляється такий поділ – сухе тертя та рідинне (в’язке) тертя. Сухе – це тертя, що виникає на поверхнях вільних від будь-яких сторонніх речовин. Рідинне – тертя, при якому поверхні тертя повністю розділені шаром мастила. Сили сухого та рідинного тертя мають різну природу, тому методи їх розрахунку різні. Крім того, інколи ще розрізняють проміжні види тертя: граничне, напівсухе і напіврідинне.