Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

§ 2. Жидкостное трение

Жидкостное трение обеспечивается, если смазываю­ щая жидкость полностью разделяет трущиеся поверхности, т. е. трение между твердыми телами заменяется трением между частицами (молекулами) жидкости. Жидкостное трение наиболее благоприятно для работы трущейся пары, так как при этом в 10—15 раз снижаются затраты мощ­ ности на преодоление трения, резко уменьшаются износ

инагрев деталей, узел трения выдерживает более высокие нагрузки. Работа узла трения, а следовательно, и машины в целом становится не только более продолжительной, но

иболее надежной. Поэтому при проектировании и созда­ нии машин, а также при их эксплуатации необходимо стре­

миться обеспечивать жидкостный режим работы трущейся пары.

Возможность образования жидкостной смазки в узлах

доказал, что масляные слои имеют разные скорости (рис. 41). Частицы масла, находящиеся около движущейся по­ верхности А, имеют максимальную скорость (нП1ах), а час­ тицы масла, расположенные около неподвижной поверх­ ности В, остаются неподвижными (н=0). Остальные слои масла между поверхностями А и В будут двигаться со скоростями, меньшими, чем ктах. Закон распределения скоростей слоев масла показан на рисунке 42.

Экспериментально установив, что при определенной скорости вращения вала в подшипнике трущиеся детали полностью разделяются масляным слоем, который пре­ пятствует контакту металла, II. П. Петров на большом количестве опытов доказал, что масла, находящиеся в подшипнике, подчиняются законам гидравлики. Впервые работы профессора Петрова были опубликованы в 1883 г.,

196

и др. В данном руководстве рассматривается только жид­ костная смазка, осуществляемая смазочными маслами.

Взяв за основу известный закон Ньютона — внутрен­ нее трение жидкости — и основываясь на своих опытах, профессор Н. П. Петров выразил математическую зави­ симость и предложил для практического пользования фор­ мулу определения силы жидкостного трения:

(45)

где ц — абсолютная вязкость масла;

S — площадь поверхностей трения;

v — скорость перемещения трущихся поверхностей; h — толщина масляного слоя.

Как видно из формулы (45), при жидкостной смазке сила трения (сила жидкостного сопротивления сдвигу) в подшипнике зависит только от вязкости масла, мате­ риал и технология обработки вала и подшипников в рас­ чете не участвуют. При жидкостном трении сила сопро­ тивления сдвигу будет тем больше, чем выше вязкость масла, скорость движения трущихся деталей и их площадь.

Коэффициент р жидкостного трения равен частному от деления силы трения на силу нормального давления, т. е.

197

Подставляя в формулу (46) значение силы трения F, получим;

riSy Т]У

:/7^

По этой упрощенной формуле II. П. Петрова коэффи­ циент жидкостного трения прямо пропорционален абсо­ лютной вязкости масла, относительной скорости переме­ щения трущихся поверхностей и обратно пропорциона­ лен толщине смазочного слоя и удельному давлению.

Умножив обе части равенства (47) на величину h, по­ лучим

кой режима жидкостного трения; в нее входят основные параметры, определяющие режим трения (вязкость масла, скорость, удельная нагрузка). Характеристика режима

трения в подшипнике скольжения будет равна ^ (для

Р 771

подшипника v—2я гп, где г — радиус вала, а п — часто­

Гидродинамическая теория жидкостного трения дает линейную зависимость коэффициента жидкостного трения

казана на рисунке 42. Однако экспериментальные данные имеют отступление от линейной зависимости, на том же рисунке выше линии Петрова 2 показана кривая 1 пост­ роенная по опытным данным [13]. По экспериментальной кривой можно проследить изменение режимов смазки в радиальном подшипнике. Если идти от высоких скоростей и малых нагрузок (от правого конца кривой), то видно что теоретические значения коэффициента трения ц почти

198

совпадают с опытными данными. По мере уменьшения —

Рт

опытная кривая все больше поднимается над линией Пет­ рова. Такое отклонение объясняется тем, что толщина масляного слоя /гср делается все меньше но сравнению с радиальным зазором. Опытная кривая имеет минимум С, разделяющий экспериментальную кривую на две ветви. Правая часть соответствует самоустанавливающимся ре­ жимам жидкостного трения. В левой части толщина сма­ зочного слоя становится настолько малой, что имеющиеся неровности на поверхностях трения начинают соприка­ саться своими выступами и цепляться друг за друга. Это приводит к быстрому возрастанию коэффициента трения.

такт большую часть поверхностей трения, и наступает заклинивание. В области вблизи минимума кривой и влево от нее будет наблюдаться смазка в тонком слое (смешанное трение — полужидкостное, граничное и, наконец, сухое, вызывающее заедание). Отсюда видно, что нормальная ра­ бота подшипника имеет место в правой ветви кривой, точка С соответствует критическому значению зазора hMmiКр= б1+ б 2, где 6j и 62 — максимальные значения не­ ровностей (выступов), имеющихся на трущихся поверх­ ностях. Для обеспечения жидкостного трения минималь­ ная толщина смазочного слоя /тмин^ 1,5 (61-(-ба). Следо­ вательно, чем выше чистота обработки, тем меньше может быть толщина смазочного слоя, обеспечивающая жидкост­ ное трение.

Образование масляного слоя между трущимися по­ верхностями при заданной нагрузке зависит от скорости их перемещения и вязкости масла. Схема образования масляного слоя в трущейся паре вал—вкладыш подшип­ ника показана на рисунке 43. В состоянии покоя (рис. 43, а) вал оттирается на вкладыш, между валом и подшип­ ником имеется только тончайшая масляная пленка, зазор

вместе соприкосновения пары практически равен нулю,

амасло находится в серповидных зазорах по обе стороны

вала.

Когда вал начинает вращаться (рис. 43, б), частицы масла приводятся в движение. Слои масла, находящиеся на поверхности, движутся со скоростью вала и увлекают за собой следующие слои. В узкую серповидную часть (по ходу вращения вала) нагнетается все большее коли-

199