По характеру контакта обеих моделей без нагрузки и
под нагрузкой, когда взаимодействующие тела считаются жесткими, первая модель
называется моделью с точечным контактом, вторая – моделью с линейным контактом.
Линейная модель может иметь столь же сложный характер, что и точечная.
Например, в отличие от контакта (см. рис. 2.1, б) контакт тел может
осуществляться вдоль конечной искривленной пространственной линии, по длине
которой свойства контакта изменяются.
В результате деформации тел под действием нагрузки
точечный контакт переходит в контакт по некоторой области, ограниченной
замкнутой пространственной кривой, а линейный контакт – в полосу контакта.
Все реальные неконформные узлы трения находятся как
бы между наиболее сложной точечной и простейшей линейной моделями (рис. 2.1).
Рассмотрим, например, один из простейших узлов трения – роликовый радиальный
подшипник качения. В этом подшипнике стык цилиндрического ролика с дорожкой
отличается от простейшей модели только изменением нагрузки во время вращения
ролика в подшипнике и конечной длиной линии контакта.
Вблизи статического поля контакта расположена
сходящаяся щель между поверхностями взаимодействующих тел. При наличии в ней
жидкого и пластичного смазочного материала и взаимном перемещении поверхностей
возникает гидродинамическое давление. Это давление, действуя на
взаимодействующие поверхности, может уравновесить силу, прижимающую тела, и
привести к образованию между ними пленки смазочного материала, создающей
условия жидкостного трения. Если сила гидродинамического подъема меньше силы,
действующей на тела, в зоне их контакта возникают условия смешанного трения.
Гидродинамическое давление создается только
составляющей скорости движущейся поверхности в направлении сужения щели, обычно
эта составляющая перпендикулярна к краю статического поля контакта и называется
гидродинамической скоростью. Составляющая скорости вдоль края контакта, т.е.
перпендикулярная к направлению сужения, вызывает только сдвиг смазочного
материала и дополнительные потери от трения.
Основную информацию о характере зла трения дает его
поле контакта. На рис. 2.2 показаны поля статического контакта основных узлов
трения. При большой длине поля контакта и переменного поля скоростей оценку
условий трения всего узла можно проводить на основе анализа условий взаимодействия
в дискретных областях контакта (рис. 2.2, е).
В реальных узлах трения при эллиптическом контакте
(рис. 2.2, б) отношение полуосей эллипса, как правило, больше 10 и форма
поля контакта близка к узкой полосе, следовательно, в большинстве случаев можно
принять условие, что реальные поля контакта по форме близки к линейной полосе.
Наиболее полно благодаря простоте изучена линейная модель, к которой могут быть
отнесены случаи
а и
б (рис.2.1). Имеется также достаточное количество
решений для точечных моделей, представленных на рис. 2.2,
в и являющихся
дополнительными по отношению к линейной модели. Условия трения в узлах с полями
контакта, показанными на рис. 2.2,
г,
д,
е, можно оценить
лишь путем соответствующего приближения к моделям с полями контакта,
представленными на рис. 2.2,
а,
б и
в. Прямоугольное поле
контакта (см. рис. 2.2,
а) характерно для роликового подшипника качения,
прямозубой зубчатой передачи и кулачкового механизма; эллиптическое поле
контакта (см. рис. 2.2,
б) – для шариковых фрикционных передач и шариковых
и бочкообразных роликовых подшипников (за исключением контакта на внешней
дорожке самоустанавливающегося шарикового подшипника, которому соответствует
круговое поле контакта (см. рис. 2.2,
в)). Трапециевидное поле контакта
(см. рис. 2.2,
г) возникает в конических подшипниках качения,
цилиндрических косозубых и конических зубчатых передачах.
