Reklama
Doświadczenie na rynku ma znaczenie. Ja zaufałem tej pomocy drogowej w Wałbrzychu z solidnym holowaniem 24h//dobę
A A A

Wiadomości o tarciu i smarowaniu

Tarciem nazywamy wzajemne oddziaływanie ciał, powstające w miejscu ich styku, przeciwstawiające się względnemu przesu­waniu się tych ciał. Zależnie od charakteru względnego ruchu rozróżnia się tarcie ślizgowe i tarcie toczne. Tarcie ślizgowe ma miejsce podczas postępowego prze­suwania jednego ciała po powierzchni drugiego. Rzeczywisty kon­takt między przesuwającymi się ciałami występuje tylko na nie­wielkiej części powierzchni ich styku. Wynika to z faktu, że na każdej nawet najdokładniej obrobionej powierzchni występują pewne mikronierówności. Dla metalowych powierzchni szlifowa­nych wynoszą one około 5 urn, polerowanych — 2 um, a specjal­nie obrabianych 0,5 [im. Miejsca zetknięcia się mikronierówności współpracujących powierzchni — tzw. stożki styku (rys. 3.1) — przenoszą bardzo duże obciążenie. Istnieje wiele teorii próbują­cych wyjaśnić zjawisko tarcia. Jako przyczyny tarcia wymienia się zazębianie się mikronierówności, powstawanie złączy w punk­tach styku wywołanych siłami przyciągania międzycząsteczkowe-go (siły adhezji), powstawanie złączy wskutek nagrzewania się stożków styku i stapiania się materiału i in. Bez względu na to, który z tych czynników ma decydujące znaczenie, wartość siły tarcia zależy zawsze od własności trących się powierzchni (ma­teriału, chropowatości itp.) oraz od siły, z jaką są one do siebie dociskane. Można to wyrazić następującą zależnością Nawet dla dwóch określonych powierzchni współczynnik tarcia ju nie jest wielkością stałą. Zmienia się on w pewnych gra­nicach w zależności od prędkości ruchu względnego, temperatury styku, stopnia zanieczyszczenia powierzchni i in. Szczególnie wy­raźna jest różnica między współczynnikiem /j, w przypadku, gdy prędkość ruchu względnego dwóch przylegających do siebie po- wierzchni jest równa zeru, oraz w przypadku, gdy jest ona różna od zera. Dlatego rozróżniamy tarcie spoczynkowe (statyczne) oraz ruchowe (kinematyczne). Odpowiadające tym dwóm przypadkom tarcia współczynniki /u określamy jako współczynnik tarcia spo­czynkowego i współczynnik tarcia ruchowego /ur. Zwykle fx8 jest większe od /ur, jakkolwiek istnieją ciała, dla których jest od­wrotnie. Różnica między spoczynkowym i ruchowym współczynnikiem tarcia bywa niekiedy przyczyną powstania szkodliwych drgań współpracujących części. Proces powstawania tych drgań wyjaś­nia rys. 3.2. Na masę m stojącą na przesuwającym się pasie dzia­łają: siła tarcia T = ju-N oraz siła napięcia sprężyny F. W mia­rę przesuwania się pasa sprężyna napina się coraz bardziej i siła F rośnie do chwili, gdy przekroczy wartość siły T8=/lis-N i masa zacznie poruszać się względem pasa. Wystąpienie względnego ruchu między częściami wywołuje gwałtowny spadek wartości siły T od Ts = ju8-N do Tr=/ur-N (gdyż /urTr powoduje przesunięcie się masy w prawo, aż do ponow­nego wyrównania się sił F i T. Równowaga sił wywołuje zanik ruchu masy względem pasa, a co za tym idzie zmianę wartości współczynnika /ur na //, i siły Tr na T8 = /x8-N. Masa zaczyna przesuwać się wraz z pasem w lewo. Sytuacja powtarza się dalej cyklicznie, a okres powstających drgań zależy od różnicy między Ma a /j.r, prędkości względnego ruchu i sztywności sprężyny. W praktyce bardzo często spotykamy się z tego typu drgania­mi, choć mogą one powstawać w innych warunkach. Zwykle drgania te mają dużą częstość i towarzyszą im efekty akus­tyczne w postaci różnego rodzaju zgrzytów i pisków. Typowym przykładem takiego zjawiska są efekty akustyczne występujące przy hamowaniu wielu pojazdów — zwłaszcza ciężkich (np. au­tobusów). Szczęki hamulcowe, trące podczas hamowania o bęben hamulcowy, wpadają w drgania, przy czym rolę sprężyny odgry­wa tu sprężystość szczęk i metalowych elementów dociskających. Drgania te przenoszą się na bęben hamulcowy i są słyszalne jako nieprzyjemny pisk o wysokiej tonacji. Tarcie toczne ma miejsce wówczas, gdy jedno ciało toczy się po powierzchni drugiego. Jest to zjawisko bardzo zło­żone. W uproszczeniu można je wyjaśnić histerezą odkształceń, powodującą niesymetryczny rozkład nacisków na powierzchni styku w czasie ruchu. Niesymetryczność rozkładu naprężeń po­woduje przesunięcie reakcji podłoża N (rys. 3.3) o wartość e, którą nazywamy współczynnikiem tarcia tocznego i wyrażamy w cm. Siła oporów ruchu T wywołana przesunięciem reakcji wy­nosi Porównując to z wyrażeniem podanym poprzednio dla siły tarcia ślizgowego można wyznaczyć obliczeniowy bezwymiarowy współczynnik tarcia przy toczeniu Bezwymiarowy współczynnik tarcia tocznego fxt oznacza się też czasem literą /. Smarowanie ma na celu wytworzenie cienkiej war­stwy cieczy na powierzchni poruszającego się materiału w celu zmniejszenia sił tarcia, a więc zmniejszenia zużywania się trą­cych się części. Jeżeli trące się powierzchnie są oddzielone warstwą cieczy, to przy ich ruchu względnym tarcie suche pomiędzy ciałami stałymi zostaje zastąpione tarciem płynnym wewnątrz cieczy. Przy tarciu płynnym cząsteczki cieczy, mające mniejszą siłę wzajemnego od­działywania niż cząsteczki ciała stałego, stawiają mniejszy opór. Ślizganie się stykających się warstw cieczy smarującej wywołuje między nimi tarcie wewnętrzne, którego wartość zależy od lep­kości cieczy. Rozróżniamy dwa główne rodzaje smarowania: smarowanie płynne (hydrodynamiczne) i smarowanie graniczne. Smarowanie płynne (rys. 3.4 a) powoduje całkowite rozdzielenie ślizgających się powierzchni grubą warstwą ciekłego smaru. Smarowanie gra­niczne (rys. 3.4 b) występuje wtedy, gdy warstwa smaru ma gru­bość tego samego rzędu co wysokość nierówności na poruszają­cych się powierzchniach. W praktyce często spotykamy się z for­mą pośrednią między smarowaniem płynnym i granicznym — tzn. ze smarowaniem półpłynnym. Typowym przykładem zastosowania smarowania płynnego w pojazdach samochodowych jest smarowanie łożysk ślizgowych wału korbowego. Aby zapewnić płynne smarowanie czopa obra­cającego się w łożysku ślizgowym (panewce), warstwa smaru musi być wystarczająco gruba. Jej minimalna grubość zależy od obciążenia łożyska, lepkości smaru oraz prędkości względnej obu powierzchni. Przybliżony rozkład ciśnienia wokół czopa obraca­jącego się w łożysku przedstawia rys. 3.5. Pod wpływem obcią­żenia F wał zajmuje w łożysku położenie mimośrodowe. W miej­scu gdzie warstwa smaru jest cieńsza, następuje wzrost ciśnie- nia tworząc tzw. klin smarowy. W celu zachowania warunków tarcia płynnego ciśnienie to musi być dostatecznie duże. Dzięki temu warstwa smaru nie zostaje przerwana i klin smarowy pod­trzymuje czop. Zużycie materiału podczas tarcia można zdefinio­wać jako niezamierzone usuwanie materiału z trących się po­wierzchni. Zależność między współczynnikiem tarcia a zużyciem materiału jest bardzo złożona. Na stopień zużycia wpływa szereg czynników i nie istnieją żadne ilościowe zależności umożliwia­jące obliczenie go. Głównymi przyczynami zużycia podczas tar­cia są siły międzycząsteczkowe w punktach styku oraz ścieranie i ścinanie mikronierówności. Przy tarciu płynnym praktycznie zużycie nie występuje. Zużycie powierzchni wywołane bywa w tym przypadku chwilowymi zakłóceniami warunków tarcia płynnego (przerywaniem warstwy smaru). Odrębną przyczyną zużywania się części podczas tarcia jest połączone działanie sił mechanicznych i środowiska korozyjnego. Mamy wówczas do czynienia z tzw. korozją cierną lub niekiedy korozją zmęczeniową. Typowym przykładem korozji ciernej, po­łączonej z działaniem wysokiej temperatury jest zużywanie się gładzi cylindrowych w silnikach pojazdów samochodowych. Zużyciu zmęczeniowemu ulegają przede wszystkim powierzch­nie części wykonujących ruch obrotowy (części łożysk, przegu­bów, koła zębate itd.). Zmienne naprężenia wywołują zmęczenie materiału, powodując jego pękanie pod powierzchnią na głębo­kości około 0,25 mm. Małe początkowo pęknięcia rozprzestrze­niają się równolegle do powierzchni powodując charakterystycz­ne łuszczenie się i wykruszanie materiału na powierzchni.