Preview

Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ)

Расширенный поиск

О дегезионно-деформационной природе трения и изнашивания

https://doi.org/10.21780/2223-9731-2019-78-5-312

Полный текст:

Аннотация

Сравниваются две теории трения: общепризнанная адгезионно-деформационная и альтернативная дегезионно-деформационная, основы которой заложены Прандтлем и Дерягиным. Уточнены понятия и особенности действия адгезионных и когезионных сил межатомного притяжения. Введено понятие и уточнены особенности действия дегезионных сил межатомного отталкивания. Дегезионно-деформационная теория получила развитие и сформулированы ее основные положения. При сближении двух атомов возникает адгезионное притяжение, переходящее затем в когезионную связь, а затем в дегезионное отталкивание (зависимость Леннарда-Джонса). Адгезионное притяжение возникает также между веществами, содержащими поляризованные молекулы (поверхностно-активные вещества). При сжатии твердых тел атомы одного тела вдавливаются в межатомные промежутки другого, образуя потенциальные барьеры - атомно-молекулярную шероховатость, создающую сопротивление тангенциальному смещению тел. При этом между атомами, как между одноименными полюсами магнита, возникают силы отталкивания, которые, достигнув точки неустойчивого равновесия (точки бифуркации), могут моментально смениться силами когезионного притяжения. При трении инверсия (смена) сил с образованием новых соединений наблюдается редко, поскольку давление бифуркации (разветвления процессов) у большинства пар веществ выше предела пластичности. Силы трения твердых тел возникают в результате зацепления неровностей атомно-молекулярной шероховатости на пятнах действительного контакта. Пропорциональность силы трения нормальному усилию (закон Кулона) обеспечивается, во-первых, пропорциональным увеличением высоты потенциальных барьеров атомарной шероховатости, во-вторых, увеличением площади пятен действительного контакта за счет пластической или упругой деформации. Реальное давление в условиях объемного сжатия в зонах действительного контакта твердых тел даже при сверхнизких нагрузках настолько высоко, что при сдвиге происходит не перескок частиц из одной потенциальной впадины в другую, а срез участков поверхности. Срезанные частицы износа ведут себя как твердые тела, прессуются в твердые конгломераты и царапают поверхности. Сила сухого трения определяется контактным давлением, прочностью конгломератов, являющихся фрагментами интерслоя, прочностью связей фрагментов интерслоя между собой и с поверхностями трения. При жидкостном трении молекулы движутся в безбарьерном, но неравномерном поле когезионных сил, что определяет отсутствие трения покоя и зависимость сил трения от скорости течения (закон Ньютона), в отличие от трения в газах, возникающего в результате столкновения свободно движущихся молекул (закон Максвелла). Жидкости, в составе которых нет поляризованных молекул, выдавливаются из зоны трения и не влияют на силу трения. Если смазочная жидкость содержит поверхностно-активные вещества, то сила трения может изменяться от максимальной твердотельной до минимальной жидкостной в зависимости от вязкости, содержания поверхностно-активных веществ, давления, площади контакта, скоростей скольжения и качения (зависимость Штрибека).

Об авторе

Дмитрий Петрович Марков
Акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»)
Россия


Список литературы

1. Tomlinson G.A. A molecular theory of friction // Philosophical magazine and journal of science. 1929. Vol. 7. No. 46. P. 905–939.

2. Марков Д.П. Развитие представлений о механизмах трения // Трение и износ. 2013. Т. 34. № 1. С. 87–101.

3. Марков Д.П. Развитие представлений о механизмах трения в жидкостях // Трение и износ. 2015. Т. 36. № 5. С. 569–576.

4. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. Ч. 2 М.: Машиностроение, 1968. 544 с.

5. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 480 с.

6. Буше Н.А. Трение, износ и усталость в машинах. М.: Транспорт, 1987. 223 с.

7. Справочник по триботехнике / под ред. М. Хебда, А.В. Чичинадзе. Т. 1. Теоретические основы. М.: Машиностроение, 1989. 400 с.

8. Трибология. Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ. М.: Машиностроение, 1993. 452 с.

9. Williams J.A. Engineering tribology. Oxford, N.Y., Tokyo: Oxford University press, 1994. 488 p.

10. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учебник для техн. вузов / под ред. А.В. Чичинадзе. М.: Центр «Наука и техника», 1995. 778 с.

11. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учебник для техн. вузов. / под общ. ред. А.В. Чичинадзе. 2-е изд. М.: Машиностроение, 2001. 664 с.

12. Горячева И.Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука, 2001. 478 с.

13. Пенкин Н.С., Сербин В.М. Основы трибологии и триботехники: учеб. пособие. М.: Машиностроение, 2008. 206 с.

14. Фролов К.В. Современная трибология: итоги и перспективы. М.: ЛКИ, 2008. 480 с.

15. Полюшкин Н.Г. Основы теории трения, износа и смазки: учеб. пособие. Красноярск: Краснояр. гос. аграр. ун-т, 2013. 192 с.

16. Лужнов Ю.М., Александров В.Д. Основы триботехники: учеб. пособие / под ред. Ю.М. Лужнова. М.: МАДИ, 2013. 136 с.

17. Теория трения и изнашивания: учебно-методический комплекс / cост. А.В. Михайлов, И.А. Королев, В.А. Красный. СПб.: Санкт-Петербургский горный университет, 2016. 166 c.

18. Dowson D. History of tribology. London-NY, 2001. 806 p.

19. Мышкин Н.К., Петраковец М.И. Трибология. Принципы и приложения. Гомель: ИММС НАНБ, 2002. 304 с.

20. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука, 1977. 221 с.

21. Persson B.N. Sliding friction: physical principals and applications. Springer, 1998. 462 p.

22. Марков Д.П. Трибология и ее применение на железнодорожном транспорте / Труды ВНИИЖТ. М.: Интекст, 2007. 405 с.

23. Юм-Розери В. Атомная теория для металлургов. М.: Металлургиздат, 1955. 232 с.

24. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. 280 с.

25. Аникина В.И. Основы кристаллографии и дефекты кристаллического строения: курс лекций. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2007. 238 с.

26. Лудема С.К. Основы теории трения и изнашивания // Трибология. Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ. М.: Машиностроение, 1993. С. 19–29.

27. Archard J.F. Contact and rubbing of flat surfaces // Journal of Applied Physics. 1953. No. 24. Р. 981–988.

28. Стишов С.М. Термодинамика плавления простых веществ // Успехи физических наук. 1974. Т. 114. № 10. С. 3–40.

29. Lennard-Jones J.E., Devonshire A.F. Critical and co-operative phenomena. III. A theory of melting and the structure of liquids. Proc. R. Soc. Lond. A, 1939. 169 p.

30. Whalley E., Schneider W.G. The Lennard­Jones 12:6 potential and the viscosity of gases // J. Chem. Phys. 1952. No. 20. Р. 657. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1700510.

31. Википедия. Потенциал Леннарда–Джонса [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BB_%D0%9B%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%80%D0%B4-%D0%94%D0%B6%D0%BE%D0%BD%D1%81%D0%B0 (дата обращения: 22.07.2019 г.).

32. Popov V.L., Gray J.A.T. Prandtl-Tomlinson model: History and applications in friction, plasticity, and nanotechnologies // ZAMM·Z. Angew. Math. Mech. 2012. Vol. 92. No. 9. Р. 683–708. DOI: https://doi.org/10.1002/zamm.201200097.

33. Дерягин Б.В. Молекулярная теория трения и скольжения // Журнал физической химии. 1934. Т. 5. № 9. С. 1165–1176.

34. Дерягин Б.В. Что такое трение? М.: АН СССР, 1963. 230 с.


Для цитирования:


Марков Д.П. О дегезионно-деформационной природе трения и изнашивания. Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2019;78(5):303-312. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2019-78-5-312

For citation:


Markov D.P. Dehesion-deformational nature of friction and wear-out. Vestnik of the Railway Research Institute. 2019;78(5):303-312. (In Russ.) https://doi.org/10.21780/2223-9731-2019-78-5-312

Просмотров: 42


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-9731 (Print)