Tarcie, ścieranie i zużycie materiału spowodowane tarciem W skali światowej ok. 30 - 50 % energii produkowanej corocznie pochłaniają opory tarcia występujące w ruchomych częściach maszyn. Wskutek zużycia corocznie eliminowane są setki tysięcy różnych maszy n. Omówimy teraz dwie właściwości ujawniające się w warunkach tarcia występującego pomiędzy materiałami , oraz zużycie materiałów spowodowane tarciem . Właściwości te są niezwykle istotne w większości konstrukcji. Tarcie na powierzchni łożyska jest niekorzys tne , ponieważ zużywa się na jego pokonanie dodatkową energię, a zużycie materiału zmienia niekorzystnie tolerancje z jakimi zostało ono wykonane . Natomiast na okładziny hamulcowe lub na tarczę sprzęgła wybieramy taki materiał, aby tarcie było jak największe ; ale i w tych przypadkach zużycie materiału jest z oczywistych powodów niepożądane . Przy pewnych obróbkach materiału , jak np. mielenie lub szlifowanie , celem jest uzyskanie jak największego zużycia przy minimum energii wydatkowanej na tarcie . Tarcie pomiędzy materiałami Jeżeli powierzchnie dwóch materiałów stykają się ze sobą, próby przemieszczenia jednego z nich względem drugiego napotykają na opór sił tarcia . Siła potrzebna do rozpoczęcia poślizgu Fs zależy od siły P normalnej do powierzchni styku w sposób następujący: Po zapoczątkowaniu poślizgu , siła graniczna tarcia maleje nieznacznie i możemy napisać: gdzie: m k
(…)
…), ale jeżeli zawiedzie smarowanie, współczynnik tarcia (dzięki obecności składnika miękkiego) wyniesie 0,1-0,5, a więc będzie na tyle mały, że przegrzanie łożyska nie będzie katastrofalne i nie nastąpi jego zatarcie.
W przypadku poślizgu pomiędzy metalem i polimerami litymi, tarcie jest również
spowodowane obecnością złączy adhezyjnych. Jednakże, w wyniku odkształcenia plastycznego, łańcuchy polimerów…
…, stykające się wypukłości odkształcają się sprężyście. Jednakże przy rzeczywistych obciążeniach, na wierzchołkach wypukłości występują znaczne odkształcenia plastyczne. Jeżeli na wszystkich wypukłościach wystąpi odkształcenie plastyczne, tak że utworzy się lepszy styk pomiędzy powierzchniami
Rzeczywista powierzchnia styku wyniesie: a=P/Re
Widać, że jeżeli podwoimy wartość siły P, rzeczywista powierzchnia…
….
Siłę przeciwdziałającą tarciu można wyrazić jako: F=a*tau
W wyniku znacznych odkształceń plastycznych w miejscach styku, wierzchołki wypukłości zostają w obszarze styku a dociśnięte do siebie tak silnie, że powstaje bezpośrednie zbliżenie poszczególnych atomów. Takie złącze może przeciwstawić się naprężeniu ścinającemu o wielkości k, przy którym następuje odkształcenie plastyczne materiału. Stąd siła…
… jest spowodowanie poślizgu jednej powierzchni po drugiej. Wystąpienie jakichkolwiek sił ścinających zwiększa odkształcenie plastyczne materiału w miejscach styku, których powierzchnia szybko się zwiększa. Prowadzi to do całkowitego zatarcia się powierzchni (m > 5). Problem taki występuje w przestrzeni kosmicznej oraz w atmosferach (np. H2), które usuwają wszelkie warstewki powierzchniowe istniejące na metalu…
… i zagłębienia rysy F2.
Ubytek materiału w warstwie wierzchniej podczas zużycia ściernego związany jest z:
• bruzdowaniem, czyli odkształceniem plastycznym obszarów styku i
spęczenia materiału z obu stron bruzdy, gdy stosunek Fl / F2 = 1,
• mikroskrawaniem, gdy stosunek Fl / F2 = 0,
• rysowaniem, gdy materiał jest częściowo odkształcany plastycznie oraz częściowo
skrawany w postaci wiórów jako produktów…
…, a następnie makropęknięć materiału. Klasyfikacja zużycia zmęczeniowego
Zużycie zmęczeniowe może być:
• powierzchniowe, charakteryzujące się miejscowymi ubytkami warstwy wierzchniej
materiału spowodowanymi obciążeniami kontaktowymi,
• objętościowe, związane z tworzeniem się pęknięć zmęczeniowych w wyniku
wielokrotnych makroskopowych odkształceń sprężystych oraz wielokrotnych odkształceń sprężysto-plastycznych…
…. Opracowano specjalne gumy o wysokiej stratności (zwane gumami o szerokiej pętli histerezy), które charakteryzują się dużą odpornością na poślizg nawet na mokrej nawierzchni. Gumy te mają jednak jedną oczywistą wadę. Również w normalnych warunkach jazdy ściany opony ulegają dużym odkształceniom sprężystym, w wyniku których wytwarzają się znaczne ilości ciepła. Wyjściem jest wykonanie opony z materiału…
…
materiałów, byłoby trudno naostrzyć nóż tokarski, wypolerować mosiężne ornamenty lub wiercić otwory w skale, gdyby to zjawisko nie występowało.
Zużycie adhezyjne
jeżeli adhezja pomiędzy atomami A i B jest wystarczająco duża, starty materiał będzie usuwany z metalu A, który jest bardziej miękki. Jeżeli metale A i B
są jednakowo miękkie, obie powierzchnie będą ulegały zużyciu. Rozmiar fragmentów metalu…
… tylko 0,04. Wśród polimerów wykazujących mały współczynnik tarcia znajduje się PTFE (teflon) i polietylen. Pokrywając narty lub płozy sań jednym z tych materiałów, uzyskujemy mały współczynnik tarcia, który pozostaje mały nawet jeżeli temperatura jest tak niska, że ciepło tarcia nie jest wystarczające do wytworzenia warstewki wody pomiędzy stykającymi się powierzchniami. Obecnie produkowane narty i płozy…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)