Rodzaje tarcia

1.Statyczne (spoczynkowe)
2.Kinetyczne:

a. toczne,

b. ślizgowe:

- wewnętrzne,

- zewnętrzne,

c. ślizgowo-toczne:

- wewnętrzne,

- zewnętrzne.

Tarcie zachodzi w ciałach stałych, cieczach i gazach.
Ocenia się, że do 40% całkowitej ilości energii wytwarzanej na świecie
energii elektrycznej jest rozpraszane w wyniku tarcia.
W USA procesy zużycia pochłaniają ponad 5% PKB (720 mld USD).

Tarcie – rodzaje

Rafał Talar

Eksploatacja -

Tarcie suche (technicznie i fizycznie) występuje podczas kontaktu
wzajemnie poruszających się powierzchni bez pośrednictwa środków

smarujących.

Środkiem smarującym są nie tyko oleje; także gazy, produkty korozji,
i inne związki chemiczne połączone (fizycznie lub chemicznie) z

powierzchniami trącymi.

Brak smarowania – tarcie suche

Rafał Talar

Eksploatacja -

Skąd się bierze tarcie ?

Mechanizmy zużywania

Rafał Talar

Eksploatacja -

Tarcie zewnętrzne zachodzi na styku wierzchołków najwyższych

nierówności

Wierzchołki nierówności będące w „statycznym kontakcie” ulegają

postępującym odkształceniom sprężystym i plastycznym, aż do

chwili w której rzeczywista powierzchnia styku jest wystarczająca do

przeniesienia obciążenia

Powierzchnia rzeczywistego styku nie zależy od liczby punktów styku i

kształtu nierówności.

Wartości nacisku w strefie styku są charakterystyczne dla pary trącej.

Mechanizmy zużywania

Rafał Talar

Eksploatacja -

W przypadku ciał wykonanych z tworzyw sztucznych np. guma mechanizm jest inny

Tarcie niemetali

Podczas styku polimerów lub styku polimer –metal występuje

tworzenie złączy adhezyjnych podobnie jak w ciałach metalicznych.

Materiały polimerowe odkształcają się lepkosprężyście.

Odkształcenie nie jest proporcjonalne do wartości nacisku i

dodatkowo może być zmienne w czasie.

Mechanizmy zużywania

Rafał Talar

Eksploatacja -

81

Tarcie w systemach technicznych:

F(t)=μ(t)N → μ(t) ≠ const

F(t) = f(N,t,A,T,v,…)

Ft – siła tarcia, N – obciążenie, t- czas, A- powierzchnia,

T- temperatura, v-prędkość

Siły i procesy tarciowe zmieniają się z upływem czasu

pracy eksploatowanego obiektu. Zmiany te mogą mieć

charakter krótkookresowy ( np.: okres rozruchu), i

długookresowy (np.: zużycie, starzenie).

Mechanizmy zużywania

Rafał Talar

Eksploatacja -

Smarowanie – zamiana tarcia zewnętrznego w tarcie wewnętrzne

(graniczne, płynne, mieszane)

Mechanizmy zużywania

Rafał Talar

Eksploatacja -

Smarowanie

graniczne

ma

miejsce

przeważnie

podczas

wzajemnego przemieszczania się powierzchni z niskimi

prędkościami.

Powierzchnie trące rozdzielane są przez warstwy graniczne środka

smarującego o zwiększonej lepkości.

Niska temperatura nie powoduje desorpcji cząsteczek środka

smarującego z powierzchni trących.

Dominuje umiarkowane zużycie ścierne.

W przypadku występowania „dużych” nacisków lub „wysokiej”
temperatury może dochodzić do aktywacji zużywania adhezyjnego

(zacierania).

Smarowanie graniczne

Rafał Talar

Eksploatacja -

Smarowanie graniczne w obecności olejów z dodatkami

przeciwzatarciowymi:

Powierzchnie trące rozdzielane są przez warstwy trwale na nich
utworzone w wyniku reakcji chemicznych (chemisorbcja) dodatków

do olejów.

Prawdopodobnie jest to reakcja polimeryzacji łańcuchów
węglowodorów w obecności startych tlenków żelaza (czysta fizycznie

powierzchnia metalu jest katalizatorem).

Dodatkową amorficzną nierozpuszczalną w oleju warstwę
rozdzielającą tworzą przeciwzatarciowe dodatki do oleju
zawierające cynk oraz warstwy korozyjne wytworzone przez
działanie siarki pochodzącej z dodatków do olejów

Smarowanie graniczne

Rafał Talar

Eksploatacja -

Smarowanie płynne prowadzi do separacji powierzchni współpracujących
a tarcie wewnętrzne zachodzi w cieczy smarującej.

Rodzaje smarowania płynnego:
- Hydrodynamiczne w tym (Elastohydrodynamiczne).
- Gazodynamiczne.
- Hydrostatyczne.
- Gazostatyczne.

Występują układy hybrydowe Hydrostatyczne + Hydrodynamicze (np.:
wały korbowe).

Smarowanie płynne

Rafał Talar

Eksploatacja -

Smarowanie płynne prowadzi do separacji powierzchni trących a tarcie

wewnętrzne zachodzi w cieczy smarującej.

Zachodzi tylko w przypadku wzajemnego ruchu powierzchni z prędkością
powyżej 0,5m/s, w obecności dostatecznej ilości cieczy smarującej.

(również w łożyskach porowatych)

Charakteryzuje się niskimi wartościami współczynnika tarcia przeważnie

poniżej 0,01.

W dużym stopniu ogranicza zużycie ścierne i adhezyjne na zimno.

Może zachodzić w węzłach konforemnych i niekonforemnych z ruchem

obrotowym i postępowym.

Smarowanie płynne - hydrodynamiczne

Rafał Talar

Eksploatacja -

Grubość filmu olejowego zwiększa się wraz z lepkością oleju



i

prędkością względną v a maleje wraz ze wzrostem nacisku P .

Smarowanie płynne - hydrodynamiczne

Rafał Talar

Eksploatacja -

srednie

R

P

v

f

h

2







)

(



Głównym ograniczeniem smarowania hydrodynamicznego jest prędkość
względna.

Zbyt mała prędkość względna prowadzi do zaniku smarującego filmu
olejowego i zatarcia węzła kinematycznego (lub nadmiernego ścierania).

Zbyt duża prędkość względna prowadzi przeważnie do przegrzania środka
smarującego i w efekcie do zatarcia węzła kinematycznego.

Smarowanie płynne - hydrodynamiczne

Rafał Talar

Eksploatacja -

Smarowanie elastohydrodynamiczne (EHL) zachodzi przeważnie w
węzłach niekonforemnych w obecności dużych nacisków jednostkowych.
Pod wpływem dużego nacisku powierzchnie stanowiące parę ślizgową
odkształcają się sprężyście. Odkształcenie sprężyste powoduje obniżenie
wartości nacisku jednostkowego i umożliwia powstanie smarującego

filmu olejowego dla określonej wartości prędkości względnej v.

Grubość filmu olejowego zawiera się w granicach od 0,1μm do 400 μm,
wartość współczynnik tarcia wynosi średnio 0,2 .

Smarowanie płynne - hydrodynamiczne

Rafał Talar

Eksploatacja -

Węzły

kinematyczne

w

których

zachodzi

smarowanie

elastohydrodynamiczne narażone są na zużycie zmęczeniowe (pitting)
zatarcie (zużycie adhezyjne), w mniejszym stopniu na ścieranie.

W czasie smarowania EHL olej ulega szybkiej miejscowej degradacji
względu na miejscowe występowanie dużych prędkości, temperatury,

ciśnienia.

Smarowanie płynne - hydrodynamiczne

Rafał Talar

Eksploatacja -

Smarowanie w większości węzłów kinematycznych (przekładnie zębate,
łożyska, ..) podlega więcej niż jednemu mechanizmowi. Często dwa lub
więcej mechanizmów jest aktywnych jednocześnie. W takim przypadku
zachodzi

smarowanie mieszane

. Jednocześnie mogą przebiegać

procesy tarcia suchego i granicznego lub płynnego i granicznego.

Procesy tarciowe mogą płynnie lub skokowo przechodzić jeden w drugi
podczas zmieniających się w czasie warunków eksploatacji obiektu
(rozruch, bieg stabilny, przeciążenia mechaniczne i termiczne,

degradacja środków smarowych).

Do zainicjowania tarcia mieszanego może dojść np.: w przypadku
obecności zanieczyszczeń o znacznych rozmiarach.

Smarowanie mieszane

Rafał Talar

Eksploatacja -