Молекулярного сцепления

Силы притяжения действуют в том же направлении, что и внешнее давление, и приводят к возникновению молекулярного (или внутреннего) давления. Сила молекулярного притяжения каких-либо двух малых частей газа пропорциональна произведению числа молекул в каждой из этих частей, т. е. квадрату плотности, поэтому молекулярное давление обратно пропорционально квадрату удельного объема газа: рмол = я/и2, где а — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа.

Процессы трения рассматривают на моделях, позволяющих оценить молекулярное взаимодействие материалов контактирующих тел с учетом влияния внешней среды (оксиды, пленка, смазка). Первоначально разработанные теории механического сцепления, молекулярного притяжения, сваривания, среза и пропахивания получили значительное развитие в молекулярно-механической теории трения, нашедшей наиболее широкое распространение. Согласно этой теории процесс трения происходит не только на границе раздела твердых тел, но и в некотором объеме поверхностных слоев, физико-механические свойства которых отличаются от свойств материалов в объеме тел. Это связано с деформированием поверхностных слоев, с изменением температуры, с образованием слоев адсорбированных паров влаги или газов, с образованием пленок оксидов, атомов или молекул окружающей среды и т. п.

Наоборот, если силы молекулярного притяжения между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и стенки, то равнодействующая этих сил F

Силы молекулярного притяжения не только приводят к искривлению поверхности, но и придают поверхности жидкости особые свойства. На молекулы жидкости, лежащие на поверх-Рис. 294. ности, действуют силы молекулярного

В газах силы молекулярного притяжения гораздо меньше, чем в жидкости, и силы поверхностного натяжения не играют никакой роли. Отсутствие поверхностного натяжения является одним из характерных признаков, отличающих газообразное со.тояние от жидкого.

Процессы трения рассматривают на моделях, позволяющих оценить молекулярное взаимодействие материалов контактирующих тел с учетом влияния внешней среды (оксиды, пленка, смазка). Первоначально разработанные теории механического сцепления, молекулярного притяжения, сваривания, среза и пропахивания получили значительное развитие в молекулярно-механической теории трения, нашедшей наиболее широкое распространение. Согласно этой теории процесс трения происходит не только на границе раздела твердых тел, но и в некотором объеме поверхностных слоев, физико-механические свойства которых отличаются от свойств материалов в объеме тел. Это связано с деформированием поверхностных слоев, с изменением температуры, с образованием слоев адсорбированных паров влаги или газов, с образованием пленок оксидов, атомов или молекул окружающей среды и т. п.

Появление загрязнений, влаги и пленки окислов на металлических поверхностях влияет на коэффициент трения двояко. Силы молекулярного притяжения и адгезионного взаимодействия могут снижаться в сотни раз по сравнению с контактированием чистых ювенильных поверхностей металлов. Прочность окислов обычно меньше прочности основного металла, поэтому сопротивление "пропахиванию" и срезанию частиц при перемещении наряду с силами молекулярного взаимодействия значительно понижается, коэффициент трения уменьшается. В то же время толстые окисные пленки обладают меньшей твердостью, и при их появлении увеличивается площадь фактического контакта. При этом если увеличение площади контакта будет происходить быстрее, чем уменьшение механической составляющей силы трения, то произойдет увеличение силы трения.

и, кроме того, молекулярного взаимодействия контактирующихся элементов. (Силы молекулярного притяжения можно ощутить, если две мерные плитки, находящиеся в соприкасании хорошо обработанными -поверхностями, сдвигать одну относительно другой.)

Силы притяжения действуют в том же иаправлении, что и внешнее давление, и .приводят к возникновению молекулярного (или внутреннего) давления рМОл. Сила молекулярного притяжения примерно пропорциональна квадрату плотности газа, по-.этому молекулярное давление обратно про-лорционально квадрату удельного объема:

ность соприкосновения и удерживающие силы. Основную роль в удерживании частиц в твердом состоянии с поверхностью играют силы молекулярного притяжения, а также чисто механическое удерживание из-за шероховатости поверхности.

Мелкие частицы, скорость которых, является небольшой, удерживаются на трубах силами молекулярного притяжения, либо механически из-за шероховатости поверхности. С увеличением размера частиц увеличивается их кинетическая энергия, и выше некоторого предельного значения последней частицы золы не могут оседать на трубах, а отскакивают от них и возвращаются в поток газа (упругое столкновение). Кинетическая энергия таких частиц частично расходуется на износ поверхности трубы или отложений. Существование в потоке газа размягченных и жидких частиц приводит к быстрому образованию и росту золовых отложений на фронтовой стороне труб [49]. Прочность таких отложений обычно небольшая, но они могут образовывать большие гребни и вызывать много трудностей при эксплуатации котла.

Трение между стружкой и передней поверхностью инструмента и между его главной задней поверхностью и поверхностью резания заготовки вызывает износ режущего инструмента. В условиях сухого и полусухого трения преобладает абразивное изнашивание инструмента. Высокие температуры и контактные давления вызывают следующие виды изнашивания: окислительное — разрушение поверхностных оксидных пленок; адгезионное — вырывания частиц материала инструмента стружкой или материалом заготовки вследствие их молекулярного сцепления; термическое — структурные превращения в материале инструмента.

Сварное соединение — неразъемное соединение деталей с помощью сварного шва. Сварка деталей основана на использовании сил молекулярного сцепления при местном нагреве их до плавления (сварка плавлением — термическая, газовая, электродуговая и ее разновидности) или разогреве стыка с применением давления (сварка давлением — кузнечная, трением, индукционная, электроконтактная). В настоящее время освоена сварка всех конструкционных сталей, включая высоколегированные, цветных сплавов и пластмасс.

Сварные соединения — это неразъемные соединения, основанные на использовании сил молекулярного сцепления и получаемые путем местного нагрева деталей до расплавленного состояния (сварка плавлением электродуговая, электрошлаковая и др.) или до тестообразного состояния, но с применением механической силы (контактная сварка).

Сварные соединения наиболее совершенны из неразъемных соединений. Они образуются под действием сил молекулярного сцепления, возникающих в результате местного нагрева соединяемых деталей или совместного пластического деформирования их.

В высшей кинематической паре, находящейся в покое, внешняя нагрузка и реакция расположены на одной линии (рис. 20.5, а). При относительном качении сопротивление движению обусловлено эффектом молекулярного сцепления и трением при относительном скольжении элементов в пределах упругих деформаций_в зоне контакта. Благодаря этим явлениям при качении реакция Fn звена / на звено 2 (б) смещается в направлении перекатывания на некоторое расстояние k относительно вектора нагружающей силы F. Для осуществления равномерного качения движущий момент Мя должен быть равен моменту Мт сопротивления качению

Эффект молекулярного сцепления и трения 246

Соединение деталей при помощи сварки является наиболее совершенной и распространенной в настоящее время разновидностью неразъемных соединений. Сварка основана на использовании сил молекулярного сцепления, получаемого в процессе сильного местного нагрева материала соединяемых деталей в зоне их стыка до расплавленного или пластического состояния. С помощью сварки возможно создание конструкций сложной формы сколь угодно больших размеров, способных конкурировать по-сложности с литыми деталями. В настоящее время свариваются изделия, изготовленные из черных металлов, многих цветных металлов и пластмасс.

Трением скольжения называется трение движения, при котором скорости соприкасающихся тел в точках касания различны. Трение скольжения, как и трение покоя, обусловлено прежде всего шероховатостью и деформацией поверхностей, а также наличием молекулярного сцепления у прижатых друг к другу тел. Трение скольжения сопровождается износом, т. е. отделением или остаточной деформацией материала, а также нагревом трущихся поверхностей тел (остаточной называется деформация, не исчезающая после прекращения действия внешних сил). Трение характеризуется силой трения.

Заедагаю наблюдается в высоконагруженных и высокоскоростных передачах и является следствием разрыва масляной пленки из-за высоких контактных давлений. Оно проявляется в образовании молекулярного сцепления (сварки) поверхностных слоев металла и последующего разрушения этих связей в процессе скольжения зубьев.

Изнашивание при заедании. При больших значениях контактных напряжений ан (или давлений р) в результате разрушения защитных масляных пленок отдельные участки поверхностей трения могут вступать в такой тесный контакт, при котором приходят в действие силы молекулярного сцепления. Это явление называют схватыванием. В результате схватывания происходит вырывание из более мягкой поверхности частиц металла. Последние в виде наростов с более твердой поверхностью, двигаясь, оставляют глубокие борозды на поверхности с меньшей твердостью. Повреждение поверхностей трения в виде борозд называется задиром. Задир — это наиболее опасный вид изнашивания.

с оптимальным значением резко увеличивает изнашивание за счет молекулярного сцепления и заедания трущихся поверхностей, чему способствует выдавливание смазочного материала и плохая смачиваемость зеркально-чистых поверхностей. Поэтому пришабренные поверхности лучше притертых, так как на них имеются углубления («карманы»), удерживающие смазочный материал. Хорошее удерживание смазочного материала обеспечивается системой мелких масло-удерживающих каналов, полученных виброобкатыванием. Таким образом, деталь должна иметь не слишком грубую и не слишком гладкую поверхность, а именно такую, какая нужна для надежного выполнения своего функционального назначения. Параметры оптимальной шероховатости зависят от качества смазочного материала, условий работы трущихся поверхностей, их конструкции и материала.