Трение при граничной смазке

При граничной смазке поверхности сопряженных тел разделены слоем смазочного материала весьма малой толщины (от размера одной молекулы до 0,1 мкм). Наличие граничного слоя или граничной пленки снижает силы трения по сравнению с трением без смазочного материала в 2...10 раз и уменьшает износ сопряженных поверхностей в сотни раз.

Рис. 2.1. Схемы скольжения при граничной смазке:

а) смазка идеальных поверхностей; б) контактирование реальных поверхностей; А –

участки, воспринимающие нагрузку; Б – участки непосредственного контактирования

или контактирования при твердых пленках

Все масла способны адсорбироваться на металлической поверхности. Прочность пленки зависит от наличия в ней активных молекул, качества и количества последних. Хотя минеральные масла являются механической смесью неактивных углеводородов, они, за исключением неработавших сверхчистых масел, всегда имеют включения органических кислот, смол и других поверхностно-активных веществ. Поэтому почти все смазочные масла образуют на металлических поверхностях граничную фазу квазикристаллической структуры толщиной до 0,1 мкм, обладающей достаточно прочной связью с поверхностью и продольной когезией.

При наличии относительно толстой масляной прослойки переход от ориентированной структуры масла к неориентированной совершается скачком.

Молекулы смазочного материала ориентируются перпендикулярно к твердой поверхности (стоймя). Для наглядности (рис. 2.1) представляем граничную пленку в виде ворса. При взаимном перемещении поверхностей трения «ворсинки» как бы изгибаются в противоположные стороны. На самом же деле происходит сдвиг с перекосом квазикристаллической структуры пленки.

Сопротивление ее скольжению в таком состоянии несколько повышено. На восстановление ориентации молекул в прежнее положение перпендикулярно поверхности требует некоторый промежуток времени (иногда относительно большой).

Смазочный материал в граничном слое анизотропен, в тангенциальном направлении молекулярные слои легко изгибаются и при толщине слоя больше некоторой критической величины скользят друг по другу.

По нормали к твердой поверхности пленка обладает высоким сопротивлением сжатию. Ее несущая способность исчисляется десятками тысяч кг на 1 !!! Деформация сжатия пленки в довольно высоком интервале не выходит за пределы упругости.