Лекція 24 тертя і знос у машинах

Під час руху одного тіла відносно іншого між по­верхнями, що стикаються, виникає взаємодія, яка перешкоджає переміщенню цього тіла, а якщо воно знаходиться в стані спокою, — його відносному зміщенню. Це явище називається тертям, а сили опору — силами тертя. Отже, тертям називають опір, що виникає при переміщенні одного тіла від­носно іншого. Поверхні, якими стикаються між со­бою тіла, називаються тертьовими.

Виникнення тертя пояснюється двома основ­ними причинами.

По-перше, поверхні тертя не абсолютно гладкі, а мають нерівності, які при стиканні поверхонь створюють опір руху F_f (рис. 24.1).

По-друге, між тілами, які стикають­ся поверхнями, виникають сили молекулярної взаємодії, для подолання яких також необхідно прикласти силу.

Як показують експериментальні дослідження, тертя є складний комплекс механіч­них, фізичних і хімічних явищ, причому ті чи інші явища переважають залежно від умов, за яких проходить процес тертя.

Тертя є одним із найпоширеніших явищ природи і відіграє дуже важливу роль у техніці. Цілий ряд за­дач механіки, деталей машин, спеціальних технічних дисциплін не можна розв'язати без знань законів тер­тя.

Тертя відіграє в машинах як корисну, так і шкідливу роль. З одного боку, завдяки тертю рухаються тіла; з другого — тертя є причиною зношування деталей машин і приладів, значних витрат енергії. Підраховано, що близько 1/3 світових енергетичних ре­сурсів даремно витрачаються на роботу, пов'язану з тертям.

Відомо, що перші дослідження явища тертя проводив ще Леонардо да Вінчі. Детальне дослідження законів тертя почав французький механік і фізик Г. Амонтон (1663-1705) і протя­гом усього століття ці дослідження поглиблювалися. В 1781 р. Ш. Кулон опублікував працю "Теорія простих машин з точки зору їх частин...", в якій розвинув теорію тертя, сформулював основні закони тертя. Експериментальне дослідження тертя продовжували і послідовники Кулона. Проте треба зауважити, що ця складна наукова проблема і до нашого часу повністю не розв'язана. Тому на практиці все ще користуються наближени­ми емпіричними законами, які були відкриті Амонтоном і Ку­лоном.

Види тертя

Залежно від характеру відносного переміщення тіл, що стика­ються, відрізняють два види тертя: ковзання і кочення.

Інколи розглядають ще один вид тертя - так зване тертя вертіння. При терті ковзання одні і ті самі поверхні одного тіла стика­ються з різними поверхнями іншого тіла. При терті кочення різні поверхні одного тіла послідовно стикаються з різними по­верхнями іншого тіла.

Прикладами тертя ковзання можуть бути тертя лиж по снігу, пили по дереву, різця по металу, підошви взуття по землі, цапфи вала по втулці підшипника тощо. Тертя кочення має місце при пе­рекочуванні коліс автомобіля по землі або вагона по рейках, у ша­рикових або роликових підшипниках, фрикційних передачах тощо.

Рис.24.1 Рис. 24.2

Для зменшення сил тертя використовують різні мастила. Залежно від їх наявності між тертьовими поверхнями розріз­няють два основних види тертя:

сухе тертя (без мастильних ма­теріалів) і рідинне тертя (з мастильними матеріалами). При сухому терті між тертьовими поверхнями тіл відсутнє будь-яке мастило. При рідинному терті тертьові поверхні тіл повністю розділені шаром мастила (рис. 24.2) і тертя твердих частин тіла замінено тертям окремих шарів мастила. Мастило може бути твердим, рідким або газоподібним.

Крім цього, інколи ще розрізняють проміжні види тертя: граничне, напівсухе і напіврідинне. При граничному терті на тертьових поверхнях є тонкі адсорбовані маслянисті плівки. Напів­сухе і напіврідинне тертя не мають між собою чіткої границі: якщо перевершує сухе тертя (більша частина поверхні контакту не покрита мастилом), то вважають, що тертя напівсухе, і навпаки, якщо перевершує рідинне тертя, то маємо напіврідинне тертя.