43555 skanuj0243 (4)

Niektóre wiadomości o tarciu i smarowaniu są także podane w innych rozdziałach podręcznika. W tym rozdziale ujęto niektóre informacje z zakresu tribologii w sposób bardziej usystematyzowany.

Teoria tarcia. Leonardo da Vinci po raz pierwszy wprowadził nazwę siła tarcia oraz sformułował dwa prawa dotyczące tego zjawiska:

1.    Siła tarcia jest wprost proporcjonalna do obciążenia.

2.    Siła tarcia jest niezależna od powierzchni tarcia.

Pojęcie powierzchnia tarcia nie jest jednoznaczne dla rozpatrywania zagadnień z zakresu teorii tarcia. Dlatego w tribologii rozróżnia się:

—    nominalną powierzchnię styku, określoną wymiarami nominalnymi styku

ciał, między którymi zachodzi tarcie;

—    rzeczywistą powierzchnię styku, która jest sumą mikrostyków w obszarze

powierzchni nominalnej.

Rzeczywistą powierzchnię styku można zobrazować następująco: pod wpływem obciążenia początkowo stykają się wierzchołki nierówności. W miarę zwiększania nacisku następują odkształcenia plastyczne mikronierówności, powodując zwiększanie powierzchni styku. Stan taki trwa aż do chwili, gdy rzeczywista powierzchnia styku jest wystarczająco duża, aby przenieść obciążenie zewnętrzne.

Należy podkreślić, że współcześnie prowadzone badania nad tarciem wykazują, iż zjawisko to jest bardzo złożone, co uniemożliwia opracowanie jednoznacznej, uniwersalnej teorii tarcia.

Rodzaje tarcia. Tarcie jest zjawiskiem najczęściej spotykanym zarówno w przyrodzie, jak i w technice. Tarcie może być oceniane jako negatywne (opory ruchu ślizgania lub toczenia w łożyskach, przekładniach zębatych itp.) lub pozytywne (w sprzęgłach ciernych, w hamulcach itp.).

Rozróżnia się tarcie suche (między powierzchniami nie smarowanymi), mieszane i płynne (gdy powierzchnie są rozdzielone warstewką środka smarnego).

Stan przejścia ze stanu spoczynku do ruchu określa się jako tarcie statyczne (spoczynkowe); w czasie ruchu występuje tzw. tarcie kinetyczne (ślizgowe lub toczne) i ponownie — przy przejściu w stan spoczynku — tarcie statyczne.

Tarcie ślizgowe stanowi opór przesuwających się elementów i występuje w ruchu postępowym, postępowo-zwrotnym, obrotowym i wahadłowym. Tarcie toczne występuje przy toczeniu się kulki po powierzchni — wówczas tocząca się sztywna kulka powoduje odkształcenia sprężyste podłoża.

Procesom tarcia towarzyszą straty energetyczne oraz — wywołane zużyciem — straty materiałowe i ekonomiczne. Szacunkowo ocenia się, że ok. 1/3 światowej produkcji energii zużywa się na pokonanie oporów tarcia — zatem odrażanie wyników badań tribologicznych ma istotne znaczenie dla poprawy bilansu energetycznego i ekonomicznego.

Obliczanie siły tarcia. Klasyczne prawo tarcia brzmi: siła F równoważąca siłę tarcia, składając się z siłą normalną F_n, daje wypadkową F_r (rys. 10.25).

243