Трение

ТРЕНИЕ внешнее, мех. сопротивление перемещению тел по пов-сти друг друга. Сила сопротивления, действующая противоположно направлению перемещения данного тела, наз. силой трения. Работа сил трения переходит в тепло. Трение, возникающее в момент начала движения одного тела, контактирующего с другим, наз. трением покоя, а между движущимися-кинематическим трением. Различают также трение скольжения, происходящее по одной и той же пов-сти, и трение качения, осуществляемое при непрерывной смене пов-сти трения. Обычно сила трения качения много меньше, чем скольжения, что обусловливает меньшие потери на трение в подшипниках качения по сравнению с опорами трения скольжения.

Основные количеств. характеристики трения: коэф. трения скольжения m = F/N, где F-сила трения, N- нагрузка, нормальная к пов-стям трения; коэф. трения качения К = FR/N, где R-радиус катящегося тела; коэф. сцепления Y = F₁/N, где F₁ <F-неполная сила трения. Кроме того, важнейшее значение при трении имеет износ трущихся пов-стей.

В простейшем случае m = const. Коэф. трения покоя, как правило, больше коэф. кинематического трения, так что усилие трогания с места (пусковой момент) больше сопротивления равномерному движению. Более точно физ. процессы при сухом трении отражаются т. наз. двучленным законом трения Дерягина m = F/(N + p₀S), где p₀-дополнит. к N давление, вызванное силами межмол. взаимод. трущихся тел, a S-пов-сть фактич. контакта трущихся тел: из-за волнистости и шероховатости пов-стей трения контакт тел не бывает полным.

Поэтому величина S зависит от N и скорости скольжения. По значению m различают антифрикционные материалы (m = 0,05-0,15), используемые для создания опор трения, и фрикционные материалы с m до 0,6 (обычно до 0,35), применяемые в тормозных и передающих усилие устройствах.

Трение твердых тел обусловлено действующими между ними силами межмол. взаимод. (сухое трение); если между твердыми телами нанесена смазка, то относит. перемещение тел лимитируется вязким сопротивлением при течении в тонком (смазочном) слое жидкости (жидкостное трение).

Трение возникает вследствие действия адгезионных сил, образования хим. связей между трущимися телами, взаимной диффузии в-ва, а процесс скольжения происходит путем образования и разрушения "пятен" касания. В этих пятнах развиваются очень большие усилия, так что в местах контакта возникают локальные "мостики сварки", а при проскальзывании они разрушаются. Работа трения затрачивается на создание и разрушение этих "мостиков", мех. передеформирование (формоизменение) неровностей на пов-сти трущихся тел и в меньшей мере на электризацию, механохим. процессы, накопление упругой энергии в объеме тела и др. процессы. Зависимость сил трения от скорости и т-ры объясняется активац. теорией, трактующей образование и разрушение межмол. связей в зоне контакта флуктуациями, частота к-рых зависит от скорости и т-ры. Сила трения покоя зависит также от продолжительности контакта тел.

В технике трение обусловливает возможность передачи усилий во фрикционных передачах, а его наличие является обязат. условием движения колесных и гусеничных машин, т.к. их элементы, контактирующие с твердой пов-стью, не должны проскальзывать по ней. Однако кинематическое трение, как правило, играет вредную роль, поскольку затрачиваемая на его преодоление работа приводит к износу трущихся деталей, их нежелат. нагреву и снижает кпд машины. При создании узлов трения целесообразно, чтобы поверхностный слой имел сдвиговую прочность ниже, чем в объеме тела. Тогда трение происходит только в тонком слое. Для реализации этой идеи в технике применяют разл. приемы модификации пов-сти, наносят на нее в-ва, имеющие низкую прочность на сдвиг (графит, дисульфид молибдена).

Коэф. трения определяют экспериментально на трибометрах -приборах, позволяющих одновременно измерять значения F и N, а также т-ру в зоне фрикционного контакта.

Трение внутреннее-совокупность процессов в сплошных телах (твердых, жидких и газообразных), приводящих к необратимому рассеянию мех. энергии при их деформировании. Иногда внутреннее трение отождествляют с внутр. вязкостью. Т. к. характеристики внутреннего трения специфичны для разл. мол. групп и структурных элементов, его измерение может служить способом идентификации особенностей мол. строения (мех. спектроскопия).

Лит.: Крагельский И. В., Трение и износ, 2 изд., М., 1968.

А. Я. Малкин.