ТРЕНИЕ ВНЕШНЕЕ

ТРЕНИЕ ВНЕШНЕЕ механич. сопротивление,
возникающее в плоскости касания двух соприкасающихся тел при их относит.
перемещении. Сила сопротивления F, направленная противоположно относит.
перемещению данного тела, наз. силой трения, действующей на это тело. Т.
в.- диссипативный процесс, сопровождающийся выделением тепла, электризацией
тел, их разрушением и т. д.

Различают Т. в. скольжения и< качения.
Характеристика первого- коэфф. трения скольжения fбезразмерная величина, равная отношению силы трения к норм. нагрузке; характеристика
второго - коэфф. трения качения fотношение момента трения качения к норм. нагрузке. Внешние условия (нагрузка,
скорость,< шероховатость, темп-pa, смазка) влияют на величину Т.
в. не меньше, чем природа трущихся тел, меняя его в неск. раз.

Трение скольжения.< Если составляющая
приложенной к телу силы, лежащая в плоскости соприкосновения двух тел,
недостаточна для того, чтобы вызвать скольжение данного тела относительно
другого, то возникающая сила трения наз. неполной силой трения (участок
ОА
на рис.); она вызвана малыми (1 мкм) частично обратимыми
перемещениями в зоне контакта, величина к-рых пропорциональна приложенной
силе и изменяется с увеличением последней от 0 до нек-рого макс. значения
(точка А на рис.), наз. силой трения покоя; эти перемещения
наз. предварительными смещениями. После того как приложенная сила превысит
критич. значение, предварит. смещение переходит в скольжение,
причём сила Т. в. неск. уменьшается (точка Aи
перестаёт зависеть от перемещения (сила трения движения).

Вследствие волнистости и шероховатости
каждой из поверхностей, касание двух твёрдых тел происходит лишь в отд.
"пятнах", сосредоточенных на гребнях выступов. Размеры пятен зависят от
природы тел и условий Т. в. Более жёсткие выступы внедряются в деформируемое
контртело, образуя единичные пятна реального контакта, на к-рых
возникают силы прилипания (адгезия, хим. связи, взаимная диффузия и др.).

Значение силы трения в зависимости
от относительного смещения трущихся тел при сдвиге, переходящем в скольжение.

В результате приработки пятна касания
бывают "вытянуты" в направлении движения. Диаметр эквивалентного по площади
пятна касания составляет от 1 до 50 мкм в зависимости от природы
поверхности, вида обработки и режима Т. в. При скольжении эти пятна наклоняются
под нек-рым углом к направлению движения, материал раздвигается в стороны
и подминается скользящей неровностью, а пятна прилипания, образующиеся
из поверхностных плёнок, покрывающих твёрдое тело, наз. мостиками,
непрерывно разрушаются (срезаются) и формируются вновь. В этих пятнах
реализуются напряжения лишь в неск. раз меньшие теоретич. прочности материала.
Сопротивление оттеснению материала при сдвиге зависит от безразмерной характеристики
h/R
- отношения глубины h внедрения единичной неровности, моделированной
сферич. сегментом, к его радиусу R. Это отношение определяет механич.
составляющую силы Т. в.

Большей частью описанное формоизменение
упруго и рассеяние энергии обусловлено потерями на гистерезис. В
пятнах касания возникают силы межмолекулярного взаимодействия, потери на
преодоление к-рого оцениваются безразмерной характеристикой т/сгде т - сдвиговое сопротивление молекулярной связи, с -
предел
текучести основы. Молекулярное сдвиговое сопротивление т = т+ ВР , где То - прочность мостика при отсутствии сжимающей
нагрузки, Рфактич. давление на пятне касания,
В - коэфф. упрочнения мостика. Каждое пятно касания (т. н. фрикционная
связь) существует лишь ограниченное время, т. к. выступ выходит
из взаимодействия. Продолжительность жизни фрикционной связи - важная характеристика,
т.
к. определяет темп-ру, развивающуюся при Т. в., износостойкость и др. Т.
о., процесс Т. в. представляет собой двойственный процесс - с одной стороны
он связан с диссипацией энергии, обусловленной преодолением молекулярных
связей, с другой - с формоизменением поверхностного слоя материала внедрившимися
неровностями.

Общий коэфф. Т. в. определяется суммой
механической и молекулярной составляющих

где К - коэфф., связанный
с расположением выступов по высоте, а - коэфф.
гистерезисных потерь. Из уравнения следует, что коэфф. Т. в. в зависимости
от давления при постоянной шероховатости или от шероховатости при постоянном
давлении переходит через минимум. При приработке пар трения устанавливается
шероховатость, соответствующая минимуму коэфф. Т. в.
Для эффективной работы пары трения существенно, чтобы поверхностный слой
твёрдого тела имел меньшее сдвиговое сопротивление, чем глубжележащие слои.
Это достигается применением различных жидких смазок. В этом случае трущиеся
тела разделены слоем жидкости или газа, в к-ром проявляются объёмные свойства
этих сред и вступают в силу законы жидкостного трения, характеризующиеся
отсутствием трения покоя. Иногда необходимо иметь ослабленным поверхностный
слой самого тела; это достигается применением поверхностно-активных веществ
(присадки к смазкам), покрытий из мягких металлов, полимеров или
созданием защитных плёнок с пониженным сопротивлением сдвигу.

В зависимости от характера деформирования
поверхностного слоя различают Т. в. при упругом и пластическом контактированиях
и при микрорезании. В определённых условиях, зависящих от нагрузки и механич.
свойств каждой пары трения, Т. в. переходит во внутреннее трение, для
к-рого характерно отсутствие скачка скорости при переходе от одного тела
к другому. Нагрузка, при к-рой Т. в. нарушается для данной пары трения,
наз. порогом внешнего трения.

Трение качения.< Значения силы
трения качения очень малы по сравнению с силами трения скольжения. Трение
качения обусловлено: а) потерями на упругий гистерезис, связанный
со сжатием материала под нагрузкой перед катящимся телом; б) затратами
работы на передеформирование материала при формировании валика перед катящимся
телом; в) преодолением мостиков сцепления. При достаточно протяжённых размерах
пятна касания в зоне контакта возникает проскальзывание, приводящее к уже
рассмотренному выше трению скольжения. При больших скоростях качения, сопоставимых
со скоростью распространения деформации в теле, сопротивление перекатыванию
резко увеличивается, и тогда выгоднее переходить к трению скольжения.

Управление трением путём подбора пар
трения, конструкций узлов и правильной их эксплуатации - тема новой тех-нич.
науки, наз. триботехникой.

Лит.: Дерягин Б. В., Что такое
трение?, 2 изд., М., 1963; Крагельский И. В., Трение и износ, 2 изд.,М.,1968;
Дьячков А. К., Трение, износ и смазка в машинах, М., 1958; Трение полимеров,
М., 1972; Боуден Ф. и Тейбор Д., Трение и смазка твердых тел, пер. с англ.,
М., 1968. И. В. Крагелъский.