3.4.2 Умови виникнення заїдання

Заїдання відноситься до аварійних видів руйнування поверхонь тертя, оскільки, на відміну від інших, виникнувши, воно на протязі короткого часу може призвести до повної непридатності механізму в подальшій експлуатації. Намагаючись уникнути заїдання, обмежують швидкості і навантаження на опори тертя.

Заїдання, в наш час, розглядається як двохстадійний процес, в результаті якого дотичні напруження τ досягнуть критичного значення τ*.

Для сферичної моделі мікронерівностей:

Перша стадія заїдання визначається фізичними властивостямиповерхонь твердих тіл, природою граничних або мастильних шарів.

Друга стадія характеризується процесами, які розвиваються в більш глибоких шарах матеріалу. Вона характеризується розвитком і завершенням процесів пластичної течії, яка охоплює макроскопічні, тобто невимірні з розмірами мікронерівностей об’єми приповерхневого шару.

Руйнування чи відсутність захисних плівок, які обумовлюють виникнення великих сил зчеплення між поверхнями, що може не призвести до макроскопічного пластичного тертя і до задирання. Більшість металів при терті в вакуумі, не дивлячись на сильну адгезійну взаємодію, не піддаються заїданню. З іншої сторони, виникнення задиру неможливе, якщо не виконується вище приведене співвідношення.

При аналізі розрахункових схем зручно процеси першої і другої стадії поділити на 2 групи:

а) які суттєво не залежать від тепла, яке виділяється при терті, в цьому випадку визначаючим фактором є навантаження чи деформація;

б) які залежать від нього;

Умови виникнення процесів першої групи називаються деформаційними критеріями руйнування захисник плівок, а умови виникнення процесів другої групи – тепловими критеріями руйнування захисних плівок.

Зупинимося на деяких деформаційних критеріях для першої стадії задиру, які слід розглядати при руйнуванні захисних плівок в результаті однократної чи багатократної взаємодії поверхонь. Встановлено, що для кожного типу змащення існує визначена величина деформації е_х* поверхні підложки, на котрій відбувається процес руйнування плівки.

Була запропонована формула для розрахунку навантаження на шаровий індентор, який призводить до руйнування мастильної плівки:

Це дозволило знайти просте рівняння, яке зв’язує тиск, при якому найбільш високі мікронерівності впроваджуються на глибину, яка призводить до руйнування мастильної плівки, з мікрогеометрією поверхонь і властивостями матеріалу:

3.5 Попереднє зміщення і сила тертя спокою

Відомо, що для того, щоб зсунути тіло відносно іншого, коли ці тіла напружені стискаючою силою, потрібно прикласти певні зусилля. До тих пір, поки не буде прикладена потрібна сила, тіло знаходиться в відносному спокої. Але вже в 1895 р. на дискусії з питань тертя ця, здавалось би беззаперечна істина, була поставлена під сумніви. Лекорню виразив ідеї про те, що до того, як наступить макропереміщення, існує мікрозсув тіл, пропорційний прикладеній силі.

А. В. Верховський ввів термін попереднє зміщення (1926 р. і англієць Д. С. Ренкін) – зсув поверхонь, передуючий переходу до ковзання. Найбільше значення попереднього зміщення, при якому починається стійке ковзання, називають граничним зміщенням. Тангенційні зусилля, які відповідають граничному зміщенню, називають силами тертя спокою.

А. В. Верховський на кільцевих зразках, які доторкуються своїми торцями, а зсув виконується в результаті навантаження одного з них моментом відносно осі обертання, встановив, що пряма пропорційність між зсувною силою і зміщенням існує лише в початковій стадії процесу. По мірі наближення до граничного значення зміщення зв'язок між цими величинами приймає нелінійний характер і зміщення наростають швидше зсувної сили. Було показано, що, якщо досягнути певної величини зміщення δ, зменшити зсувну силу до 0, то спостерігається зсув в напрямку протилежному початковому P_mS, однак тіла при цьому не займають початкового положення. Вони виявляються зсунутими в напрямку початково прикладеної сили OS, тобто повернення є неповним. Якщо до тіл знову прикласти попередню зсувну силу, то відбудеться зміщення тіл до початкового положення S_nP (рис.30).

Рис.30. Явище неповного повернення при попередньому зміщенні

Таким чином, було встановлено важливий факт, що уже в режимі попереднього зміщення наряду з акумуляцією механічної енергії відбивається її дисипація.

Багаточисельними дослідженнями було встановлено, що на проміжку попереднього змащування величина попереднього зсуву включає в себе 3 компоненти: пружні складові (δу₁ і δу₂), одна з яких, δу₁ зникає після зняття нормального навантаження, і остаточне зміщення δ_ост.

Взагалі результати для опису сили опору в контакті, запропоновано наступне співвідношення

,

де k₁ і k₃ – коефіцієнти; δ – відносне зміщення поверхонь; Т – тангенційна сила опору переміщенню.

У випадку розділення поверхонь плівкою змащення враховується ще швидкість зміщення .