Граничное трение в жидкой фазе. Термодинамический анализ граничного трения в жидкости

Граничное трение в жидкой фазе.

Как мы видели, еще в Древнем Египте было известно, что смазка снижает трение. Поэтому они лили на полозья саней масло, чтобы облегчить перемещение тяжелой статуи. Известна русская пословица: «не подмажешь – не поедешь». В ней говорится не только о коррупции, но и о необходимости смазывать втулки тележных колес. Почему же нанесение на поверхность трения смазочных масел снижает трение в статике и очень при малых скоростях, при отсутствии масляного клина?

Первые систематические исследования в этой области были проведены У.Б.Харди. Ему же и принадлежит термин «граничное трение». Он создал специальную установку, и исследовал зависимости коэффициента трения от молекулярного веса парафинов при трении сферического ползуна по стеклу, стали и висмуту (Рис.5.1), а также при трении по стали жирных кислот, спиртов и парафинов.(Рис.5.2).

.

Рис.5. 1. Зависимость коэффициента статического трения от молекулярной массы М парафинов для одноименных трущихся тел.

Рис.5.2. Зависимость коэффициента статического трения стальных образцов от молекулярной массы по Харди и Биркамшоу: 1 — жирных кислот; 2 — спиртов; 3 — парафинов

       Из приведенных данных следует, что эффект снижения трения возрастает при увеличении молекулярной массы и при уменьшении твердости контртела, и что жирные кислоты более эффективны, чем спирты и тем более чем парафины. Критика его представлений и его последователей была изложена ранее..

    Макс Планк утверждал, что экспериментаторы являются штурмовыми батальонами науки. Это в полной мере относится к Харди, который сделал первый шаг в развитии теории граничного трения.

      В ходе дальнейших исследований граничного трения было обнаружено, что область, в которой возможно граничное трение, как и в случае трения графита, ограничивается критическим значениями давления, концентрации присадки и температурой. При превышении критических давлений и температур и снижении концентрации ниже критических значений граничное трение переходит в сухое. 

Поскольку возможность такого перехода в реальных узлах трения, работающих со смазкой и особенно в авиации должна быть исключена, необходим был метод экспересс- оценки работоспосбности смазочных масел. И такой метод был разработан в ИМАШН АН СССР Р.М.Матвеевским [1]. Этот метод был назван температурным..

Матвеевский Р.М.

В этом методе смазочный материал исследуется при точечном или линейном контакте образцов при постоянной контактной нагрузке, постоянной и весьма малой скорости скольжения, с объемным нагревом узла трения вместе с исследуемым смазочным материалом от внешнего источника тепла. Точечный контакт и малая скорость скольжения были выбран для того, чтобы исключить неконтролируемое повышение температуры в зоне контакта за счет теплоты, выделяемой при трении. Температура в процессе испытания увеличивается ступенями через 10- 20⁰С. Опыт при каждой ступени продолжается 1 мин. В каждом опыте измеряются коэффициент трения и температура. После испытания при каждой температуре измеряется износ неподвижных образцов.

Критерием оценки температурной стойкости смазочных материалов принято значение критической температуры, при которой происходит резкое возрастание коэффициента трения. Температурный метод применялся для исследований как жидких, так и пластичных смазок .Для реализации этого метода был создан целый ряд машин трения. В этих машинах был реализованы схемы трения, изображенные на рис. 5.3..

Рис5.3 Схемы трения, применяемые при испытаниях масел температурным методом.:: а – четыре шарика; б – четыре ролика; в – сфера – кольцо; г – сфера – три ролика; д – сфера – три плоскости; е – два ролика ; ж – шарик, вращающийся иск; з – поступательно движущаяся плоскость

 На рис.5.3 изображена испытательная машина типа Боудена-Лебена, на которой проводил исследования аспирант Камерона Шарма резкое возрастание коэффициента трения. Температурный метод применялся для исследований как жидких, так и пластичных смазок..В результате исследований этим методом для различных смазочных материалов получены данные об их температурной стойкости. Разработана испытательная машина МАСТ-1, серийно-выпускавшаяся промышленностью СССР. Метод испытания стандартизован (ГОСТ 17602-72) и применяется в ряде отечественных организаций и за рубежом.