ANALIZA STADIULUI ACTUAL AL CERCETRILOR

3. PROCESE DE FRECARE

3.1. Frecarea uscat. Definire. Legile frecrii uscate [42][25][29][56][2][19]DEFINIREFrecarea se definete ca rezistena opus la micarea relativ a unui corp pe suprafaa altui corp. Fora de frecare este fora rezistent, paralel cu direcia de micare; este deci o for tangenial. Fora de frecare care se manifest la iniierea micrii relative este denumit fora de frecare static, iar cea care se manifest n timpul micrii este denumit fora de frecare cinetic (sau dinamic). n general aceasta din urm este mai redus dect prima.Frecarea uscat este regimul de frecare n condiiile n care suprafeele cuplei sunt n contact direct. Dup felul micrii relative frecarea uscat se clasific n frecarea de alunecare respectiv frecarea de rostogolire. LEGILE FRECRII USCATE DE ALUNECAREStudiul frecrii uscate a avut i are un caracter preponderent experimental. Primele experimente au fost imaginate i puse n practic de Leonardo da Vinci n 1519. Dou sute de ani mai trziu, inginerul francez Amonton a studiat sistematic caracteristicile frecrii uscate enunnd cele dou legi de baz, cunsocute sub denumirea de legile Amonton-Coulomb.I. Fora de frecare este independent de mrimea ariei nominale sau aparente de contact.

II. Fora de frecare este direct proporional cu fora normal:

(3.1)Dei au un caracter complet empiric, aceste dou legi sunt ndeplinite cu o bun aproximare n aproape toate situaiile practice. n 1785 Coulomb a formulat i o a treia lege, cu aplicabilitate mai restrns:III. Fora de frecare cinetic este independent de viteza de alunecare

Proporionalitatea dintre fora normal i cea de frecare este definit de coeficientul de frecare:

(3.2)Ca i n cazul forei de frecare, se pot defini un coeficient de frecare static, s, respectiv un coeficient de frecare cinetic, k. Dac nu se specific nimic, prin coeficientul de frecare se subnelege coeficientul de frecare cinetic. Uzual .Coeficientul de frecare nu este o constant de material ci o caracteristic a cuplului de material n contact. n plus, coeficientul de frecare depinde de modul de prelucrare a suprafeelor (starea suprafeelor) ca i de condiiile de mediu. Acestea din urm au o mare influen asupra coeficientului de frecare, n diferite forme; se vorbete astfel de frecarea riguros uscat (n vid) i frecarea tehnic uscat (n aer). n aceast din urm situaie suprafeele sunt tehnic curate existnd inevitabil elemente de contaminare picturi accidentale, condens, praf etc. Ca exemple se pot da urmtoarele valori ale coeficientului de frecare: - dac suprafeele sunt umede, respectiv - dac suprafeele sunt uscate

- n condiii de suprafee tehnic uscate, respectiv - n vid.

De menionat c n condiiile de vid, pentru majoritatea cuplurilor de materiale metalice coeficientul de frecare este supraunitar.Pn n prezent nu exist nici o metod teoretic de estimare a coeficientului de frecare pentru orice cuplu de materiale. Chiar dac aparent simplu, procesul de alunecare relativ a dou corpuri este rezultatul interaciunii extrem de complexe la nivelul suprafeelor i n substrat. Ca rezultat al acestor interaciuni pe lng frecare apare i uzarea; aceasta din urm produce modificarea suprafeelor n contact i deci procesul de frecare are un caracter dinamic, coeficientul de frecare putndu-se modifica n aceleai condiii de funcionare.TEORIILE FRECRII USCATE DE ALUNECARE

Este evident c frecarea se datoreaz interaciunii dintre suprafeele aflate n micare relativ, care are loc la nivelul asperitilor n contact. n fiecare moment, fora de frecare total rezult ca o sum a forelor de frecare din fiecare contact individual. Reducnd studiul la nivelul contactului dintre asperiti se evideniaz dou feluri de interaciuni: adeziunea i brzdarea (deformarea plastic).Teoria adeziunii simpleCunoscut i sub numele de teoria micropunilor de sudur, teoria adeziunii simple a fost propus de Bowden i Tabor (1950) i este prima explicaie tiinific coerent a mecanismului frecrii. Ea a fost dezvoltat pentru cazul metalelor cu comportare elasto-plastic ideal i are ca punct de plecare faptul c cele dou suprafee, apsate una asupra celeilalte, sunt n contact numai la nivelul vrfurilor rugozitilor. Cum aria real de contact este mic, chiar i n cazul ncrcrilor reduse presiunea pe asperiti este ndeajuns de mare astfel nct s produc deformaii plastice locale. Acestea, la rndul lor conduc la creterea ariei reale pn la valoarea limit ce permite preluarea ncrcrii, la limita deformaiilor elastice. Creterea ariei reale se datoreaz att creterii ariei fiecrui contact n parte prin deformare plastic ct i iniierii unor noi contacte. n aceste condiii, admind un material cu comportare elasto-plastic ideal, avem egalitatea:

(3.3)unde: F fora normal; Ar aria real de contact; H duritatea materialului mai moale (rezistent la penetrare a materialului).Ca rezultat al deformrii plastice considerabile la nivelul asperitilor se formeaz microsuduri reci (legturi de adeziune puternice) fig. 3.1. Astfel, n teoria adeziunii simple se accept c fora de frecare este fora necesar forfecrii tuturor acestor microjonciuni, deci:

(3.4)unde: c este tensiunea tangenial critic (de curgere) a materialului mai moale.

Fig. 3.1

Combinnd relaiile 3.2, 3.3 i 3.4 i neglijnd efectele brzdrii, obinem:

(3.5)Relaia de mai sus demonstreaz pe calea cea mai simpl una dintre legile lui Amonton respectiv aceea c frecarea este independent de aria aparent sau nominal de contact. Este n acelai timp satisfcut i a treia lege a frecrii, respectiv independena (relativ) a coeficientului de frecare de viteza relativ, pentru c la majoritatea materialelor caracteristicile de rezisten, c i H sunt puin influenate de viteza de variaie a tensiunilor. De notat c prin considerarea unui material elasto-plastic ideal s-a neglijat efectul ecruisrii locale a materialului mai moale care conduce la creterea tensiunii critice de forfecare, c.Prin aceast modelare simpl este explicat i importana formrii filmelor fluide subiri (lubrificaie limit) care permit reducerea coeficientului de frecare prin scderea important a tensiunii de forfecare.Din teoria contactului hertzian se obine, pentru o mare varietate de materiale metalice, valoarea tipic:

(3.6)De acelai ordin de mrime este i coeficientul de frecare n condiii atmosferice normale pentru foarte multe cupluri de materiale. Totui pe aceast cale cteva aspecte importante ale procesului de frecare nu pot fi explicate, precum: valori uzuale ale coeficientului de frecare, n condiii atmosferice normale a dou suprafee metalice curate, sunt de ordinul 0,40,5, deci sensibil diferite de cele rezultate din ec. 3.6; o serie ntreag de materiale n special cele ductile prezint coeficieni de frecare foarte mari (chiar supraunitari dac suprafeele sunt ultracurate lipsite de straturi oxidate sau contaminani).

O parte a acestor dezacorduri a fost eliminat prin mbuntirea modelului iniial, de ctre aceiai autori, ceea ce a dus la definirea teoriei adeziunii extinse.Teoria adeziunii extinsen precedentul model, efectul forelor normale i a celor tangeniale a fost considerat separat: aria real de contact este determinat doar de fora normal iar fora de frecare este fora tangenial, de forfecare ce acioneaz pe aceast arie. Totui valorile mult mai mari ale coeficienilor de frecare observate n cazul suprafeelor metalice curate indic o valoare superioar a ariei reale dect cea calculat cu teoria adeziunii simple.

n modelul extins, se ia n consideraie efectul combinat al eforturilor normale i tangeniale. Se consider o singur asperitate apsat cu fora normal Fi, i avnd aria de contact Ari definit de relaia:

(3.7)unde H definete duritatea; deci se consider c materialul este la limita deformaiei elastice ceea ce conduce la concluzia c tensiunea tangeial maxim din material a atins valoarea critic . Ca urmare, orice cretere a forei normale sau a forei tangeniale va conduce la deformarea plastic suplimentar deci la creterea ariei reale de contact, Ari. Pe msura creterii ariei de contact att tensiunea normal ct i cea tangenial scad astfel nct tensiunea rezultat maxim ia valoarea de la nceputul procesului, c, moment n care sarcina este preluat elastic.Avnd n vedere c n cazul strii plane de eforturi unitare, dac se aplic teoria a III-a de echivalare a eforturilor unitare este adevrat relaia (fig. 3.2):

(3.8)

Fig. 3.2

putem presupune c i n cazul tridimensional situaia este similar:

(3.9)unde i sunt constante ce trebuie determinate din condiiile la limit. Acestea sunt definite pentru dou stri limit:

1) n lipsa micrii relative, nu exist tensiuni tangeniale (), iar presiunea normal este egal cu duritatea , deci:

(3.10)2) n cazul n care majoritatea asperitilor sunt deformate plastic, aria real crete considerabil conducnd la creterea corespunztoare a forei tangeniale (de frecare), ce devine mult mai mare dect cea normal. Corespunztor i deci efortul normal se poate neglija; rezult deci:

(3.11)Avnd n vedere relaia (3.11) rezult c dar experimentele indic valori mai reduse; Bowden i Tabor au propus valoarea . Aa cum se va arta mai departe, valoarea lui are o importan secundar.Din condiia la limit (2) rezult c presiunea normal p are o valoare sczut, mult sub limita de curgere deci un contact iniial elastic este posibil s fie forfecat plastic la valori reduse ale efortului normal. Prin aceasta se pot explica valorile foarte mari ale coeficienilor de frecare n atmosfer ultracurat (n vid).Pentru a explica scderea coeficientului de frecare n condiii atmosferice normale trebuie s lum n considerare starea fizic a suprafeelor cu prezena inevitabil a contaminanilor. Este de presupus c microjonciunile formate n aceste condiii sunt mai slabe dect n cazul suprafeelor ultracurate. Pentru aceast situaie, s-a presupus c efortul de forfecare a microjonciunii n prezena contaminantului este:

(3.12)unde c este un coeficient subunitar denumit coeficient (procent) de contaminare. Astfel condiia de rupere a microjonciunilor i de iniiere a micrii tangeniale (ec. 3.9) devine:

(3.13)iar coeficientul de frecare rezult:

(3.14)Dac se ine cont i de ec. 3.13 obinem egalitatea:

(3.15)

Fig. 3.3n fig. 3.3 este reprezentat grafic variaia coeficientului de frecare, , cu coeficientul de contaminare, c, pentru cteva valori caracteristici ale parametrului . Se remarc influena relativ redus a valorii parametrului . De asemenea se observ c pentru , adic pentru suprafeele necontaminate, , ceea ce este n acord cu rezultatele experimentale obinute n cazul suprafeelor ultra-curate. Pentru valori foarte mici ale coeficientului contaminrii, c adic pentru suprafee cu contaminare mare c din ec. 3.15 se ajunge la o form simplificat:

(3.16)formul utilizabil n cazul regimul de frecare limit. De remarcat c aceast formul este similar celei demonstrat pe baza teoriei adeziunii simple (ec. 3.5).Teoria brzdriin modelarea introdus de Bowden i Tabor, brzdarea este o component a frecrii care se datoreaz penetrrii materialului mai moale de ctre asperitile materialului mai dur. Efectul brzdrii este un canal (an) realizat prin deformarea plastic a materialului mai moale (fig. 3.4). Fenomenul poate s apar i n cazul existenei unor particule dure, contaminante, ntre cele dou suprafee n contact. Brzdarea este componenta dominant a frecrii n procesele abrazive sau n cazul suprafeelor lubrifiate cnd rezistena la forfecare a stratului fluid ancorat este foarte redus.

Fig. 3.4

n cele ce urmeaz, se prezint ca exemplu, calculul coeficientului de frecare pe un model simplu n care asperitatea are o form conic cu semiunghiul la vrf i i ptrunde n materialul mai moale (fig. 3.4). Fora normal este preluat de protecia suprafeei de contact a asperitii pe un plan orizontal:

(3.17)Fora de frecare este fora necesar deformrii plastice a proieciei ariei de contact pe un plan vertical:

(3.18)Rezult coeficientul de frecare corespunztor brzdrii:

(3.19)unde

Expresii similare se pot determina i n cazul altor geometrii ale asperitilor n contact [25][29][56]. De remarcat c pentru marea majoritate a suprafeelor ntlnite n practic, efectul brzdrii este relativ redus. Astfel, dac n ec. 3.19 se introduce o valoare uzual pentru nclinarea asperitii rezult . Pe de alt parte, materialele abrazive sau particulele de praf prezint forme mai ascuite care pot conduce la valori mult superioare a coeficientului de frecare.n final, dac se nsumeaz cele dou efecte (adeziunea i brzdarea), fora de frecare total rezult:

(3.20)sau, folosind teoria adeziunii simple, obinem coeficientul de frecare global:

(3.21)n fig. 3.5 este prezentat variaia coeficientului de frecare global cu unghiul asperitii, aa cum rezult din modelele prezentate anterior.

Fig. 3.5

Alte mecanisme fundamentate pe interaciunea plastic a proeminenelor, pe efecte ca histerezis elastic (aplicabil pentru frecarea metal/elastomer), pe efectele energetico-cuantice sau pe efectele electrostatice au fost propuse de-a lungul timpului, fr ca vreunul s dovedeasc o aplicabilitate general [2][19][25][29][56].3.2. Frecarea limit. Frecarea mixt [42][41][48][2]Curba StribeckFenomenele care se produc n cuplele de frecare au fost studiate n dou situaii distincte: n absena total a unui lubrifiant frecarea uscat respectiv n prezena unui lubrifiant care separ complet suprafeele cuplei lubrificaia hidrodinamic (HD) sau hidrostatic (HS).n cazul lubrificaiei HD, se poate arta c, ntr-o prim aproximaie, coeficientul de frecare convenional (definit ca raport ntre fora de frecare i fora portant) este dependent de grupul adimensional . Spre exemplu, dac se descrie ecuaia Petrov n forma:

(3.22)i se folosesc mrimile:

- presiunea medie convenional

- jocul relativ

rezult n final:

(3.23)La un rezultat similar se ajunge i n cazul lagrului radial ngust pornind de la ecuaia forei de frecare folosind expresiile integralelor Booker (modelul lagrului ngust - Pascovici).

Analiznd aceste dependene, rezult c o reducere a vitezei , sau o cretere a sarcinii specifice (presiunea medie pm) conduce la o scdere a coeficientului de frecare, efect regsit n realitate, dar cu anumite limite. O cretere exagerat a ncrcrii sau o reducere important a vitezei relative sunt defavorabile iniierii efectelor HD, avnd ca rezultat scderea grosimii filmului i contactul parial al asperitilor celor dou suprafee cu efect imediat n mrimea coeficientului de frecare. Procesul acesta a fost pus n eviden experimental pentru prima dat pe un lagr radial, la nceputul secolului XX (1902), de ctre germanul Stribeck, iar apoi de Gmbel n 1914. Ei au realizat un experiment relativ simplu care const n msurarea frecrii (fora sau momentul de frecare) pentru o cupl de frecare inferioar (contact conform) lubrifiat, ncrcat sau sarcin constant, n funcie de viteza relativ a suprafeelor cuplei i de vscozitatea lubrifiantului. Curba obinut de Stibeck (fig. 3.6) i care i poart numele, reprezint variaia coeficientului de frecare n raport cu parametrul adimensional complex (cunoscut i sub numele de cifra Hersey sau cifra Stribeck), obinut pentru un lagr radial. De menionat c n forma ei original, curba Stribeck reprezint doar o poriune din cea reprezentat n fig. 3.6. Curbe similare (de tipul frecare-vitez relativ) pot fi trasate pentru orice alt tip de cupl de frecare superioar sau inferioar.

Fig. 3.6 Curba StribeckPe curba Stribeck se pot evidenia diferitele regimuri ntlnite n funcionarea unei cuple de frecare. Dac lum exemplul unu lagr radial ncrcat cu sarcina constant i care funcioneaz la temperatur constant, putem comenta evoluia coeficientului de frecare n funcie de turaie (viteza relativ). Astfel, la vitez foarte redus, improprie formrii unui film fluid, coeficientul de frecare este dependent de cuplul de material precum i de ali parametri (onctuozitatea fluidului, aditivii utilizai etc.). Aceast comportare este caracteristic regimului de frecare limit (zona I).La creterea turaiei se observ o scdere important a frecrii datorat iniierii efectelor portante HD, care ns nu acoper ntreaga suprafa a lagrului. Aceast zon zorespunde regimului de frecare mixt (zona II), n care coexist att zone cu film fluid ct i zone cu contact parial.

Creterea n continuare a turaiei pune n eviden un minim al coeficientului de frecare, care corespunde instalrii regimului de frecare fluid (zona III), n care filmul fluid este complex. n aceast zon se remarc creterea aprozimativ liniar a frecrii cu turaia (viteza); cu ct turaia este mai mare, cu att excentricitatea este mai redus i deci coeficientul de frecare msurat se apropie de cel estimat cu formula simpl a lui Petrov. La viteze mici, excentricitatea fiind mare, coeficientul de frecare msurat este superior celui estimat cu modelul Petrov (care presupune excentricitatea nul). n orice caz, coeficientul de frecare este independent de cuplul de materiale fiind dependent doar de legitile mecanicii fluidelor.Creterea n continuare a vitezelor conduce la intensificarea efectelor ineriale i iniierea curgerii turbulente (zona IV). Aceast zon, cunoscut i sub denumirea de regim de curgere superlaminar este caracterizat printr-o cretere mai accentuat a coeficientului de frecare cu viteza relativ.

Frecarea limitFrecarea limit este regimul de frecare n care ntre suprafeele cuplei este prezent un strat de lubrifiant de grosime extrem de mic. Acest strat, continuu sau discontinuu, poate fi de ordinul de mrime al unei molecule strat monomolecular sau de ordinul de mrime al ctorva molecule strat plurimolecular. [41]n acest regim procesele de frecare i uzare sunt determinate att de proprietile suprafeelor n contact ct i de proprietile lubrifiantului, altele dect vscozitatea. Se poate spune c n cazul frecrii limit, dei este prezent un film de lubrifiant, acesta nu este att de gros nct sa mpiedice complet contactul dintre asperiti. n acest fel frecarea limit se poate defini ca regimul intermediar ntre frecarea uscat i lubrificaia micro-EHD, n care apar anumite efecte portante ntre asperitile de pe suprafeele conjugate.Pentru a nelege fenomenele care au loc n procesul de frecare limit trebuie reamintit c suprafeele metalice perfect curate n contact, care alunec una fa de celalt, au o tendin de aderare ntre ele. Aceast tendin este mai puternic sau mai slab, n funcie de cuplul de materiale, aa cum este prezentat sintetic n binecunoscutul tabel de compatibilitate (fig. 3.7) propus de E. Rabinowicz [48]. n acest tabel, contruit pe baza diagramelor de faz, metalele i cteva nemetale, sunt clasificate n cinci categorii n funcie de compatibilitatea metalurgic, adic de modul de interaciune a fazelor lichide (modul cum se comport cele dou materiale la topirea mpreun). De menionat c materialele compatibile din punct de vedere metalurgic sunt incompatibile tribologic, adic se caracterizeaz prin coeficieni de frecare i viteze de uzare ridicate.

Fig. 3.7 Tabelul de compatibilitate metalurgicDin analiza comportrii metalurgice ilustrat n tabelul de compatibilitate, putem trage urmtoarele concluzii:a) metalele identice au cea mai puternic tendin de a adera;

b) metalele mai moi au o tendin de aderare mai mare dect cele mai dure;

c) elementele de aliere nemetalice reduc tendina de adeziune a aliajului (ca de exemplu carbonul prezent n fonta turnat);

d) fonta i aliajele ei prezint o tendin sczut de adeziune cu staniul, plumbul, cuprul, argintul i cadmiul i o tendin puternic n combinaie cu aluminiul, titan, zinc i nichel. Analiza anterioar este valabil atta timp ct suprafeele sunt perfect curate, situaie destul de rar n aplicaiile practice. Suprafee metalice reale sunt n mod normal contaminate n primul rnd de ctre filmul (stratul) de oxizi proprii. Acest strat limit, care se formeaz n mod natural pe suprafaa metalic reduce tendina de adeziune a materialelor de baz, contribuind substanial la reducerea frecrii i uzrii. Astfel se poate spune c oxizii metalelor sunt buni lubrifiani (excepie face oxidul de titan), iar generarea lor controlat constituie o tehnic de mbuntire a performanelor tribologice a cuplurilor de materiale metalice care nu pot fi lubrifiate prin mijloace clasice. Acesta este unul dintre mecanismele clasice cunoscute sub denumirea de lubrificaie cu particule solide (solid lubrication).Stratul limit poate fi generat pe mai multe ci, cu rezultate sensibil diferite n ceea ce privete eficiena tribologic. O prim cale este adsorbia fizic prin care se realizeaz un strat ancorat la suprafaa metalului pur, legat de acesta prin legturi fizice de tip van der Waals (fig. 3.8). Acest start de grosimea uneia sau a mai multor molecule, nu se manifest ca un fluid (amorf) ci ca o substan structural, cvasicristalin. Prezena lui conduce la separarea celor dou suprafee n micare relativ i la inhibarea energiei de suprafa (relativ mare la metale) diminund deci tendina de sudare local. Moleculele stratului adsorbit pot fi polare sau nepolare i, deoarece legturile fizice sunt slabe, ele se rup foarte uor; astfel moleculele se ataeaz i se detaeaz permanent. n plus, la creterea temperaturii, tendina de rupere a legturilor este mai puternic. Uleiurile minerale conin, n general, cantiti mici de componenete care pot produce straturi adsorbite; printre acestea se gsesc hidrocarburile nesaturate (olefine), ali compui (asfalturi) care conin oxigen, azot, sulfuri. Uleiurile vegetale i grsimile animale creeaz legturi adsorbite puternic ancorate, motiv pentru care adesea sunt introduse ca aditivi n uleiurile minerale. Alte substane cu efect de adsorbie favorabile, folosite ca aditivi de onctuozitate n lubrifiani fac parte din categoria alcoolilor cu caten lung sau a esterilor.

Fig. 3.8 Formarea unui strat adsorbit cu o molecul cu caten lung de alcoolFilme limit rezistente se creeaz prin adsorbia chimic (chemosorbia) la suprafaa metalic a unui anumit compus chimic; uzual acesta este un acid gras de tipul acid oleic sau acid stearic (fig. 3.9). n general chemisorbia este un proces endoterm.Filmele mult mai rezistente se produc prin reacii chimice ntre anumite substane (sulfuri, fosfori sau clorin) i suprafaa metalic, rezultnd straturi de sruri metalice corespunztoare. n mod normal aceste substane sunt prezente ca aditivi n uleiurile de ungere; aceti aditivi sunt cunoscui sub denumirea de aditivi de extrem presiune (aditivi EP). Deoarece intrarea lor n reacie cu suprafaa metalic se realizeaz cnd se depete o anumit temperatur de reacie (care nu este indicat s fie prea apropiat de cea a ambientului din cauz c ar putea conduce la coroziune excesiv), aditivii EP sunt eficaci n cazul supranclzirii puternice care poate conduce la gripaj.

Fig. 3.9 Formarea stratului chemisorbit cu o molecul cu caten lung de acid alifaticPentru a ilustra modul de generare a straturilor limit protectoare precum i mecanismul de aciune al diferiilor aditivi de adsorbie, este prezentat rezultatul unui experiment clasic (fig. 3.10) n care s-a msurat variaia coeficientului de frecare cu temperatura de contact pentru o cupl de frecare inferioar, funcionnd cu patru tipuri diferite de uleiuri.

Fig. 3.10 Variaia coeficientului de frecare la frecarea limit n prezena diferiilor aditiviCurba 1 este pentru ulei neaditivat caz n care coeficientul de frecare este mare nc de la nceput i crete cu temperatura. Curba 2 reprezint cazul aditivrii cu un acid gras ce intr n reacie cu suprafaa metalic formnd pe aceasta un strat de spun metalic cu caliti lubrifiante, att timp ct nu se depete o temperatur limit, peste care spunul devine lichid. Un asemenea aditiv, denumit aditiv de onctuozitate, este recomandat pentru cuple cu geometrie conform cum este cazul ghidajelor cu alunecare. Curba 3 este tipic pentru un ulei cu aditiv EP care intr n reacie cu suprafaa metalic foarte ncet dac temperatura este sub cea de reacie, Tr. La depirea aceastei temperaturi se formeaz stratul limit protector, activ pn la temperaturi ridicate. Un asemenea aditiv (EP) se recomand pentru cuplele cu configuraie neconform ce prezint ncrcri specifice mari came, roi dinate etc. Curba 4 reprezint cazul n care uleiul parafinic de baz conine ambii aditivi, astfel c stratul limit se formeaz indiferent de temperatura cuplei.

Fig. 3.11 Modelul regimului de frecare limit propus de BowdenUna dintre primele ncercri de modelare realizat a regimului de frecare limit este cea a lui Bowden schematizat n fig. 3.11. Modelul presupune un contact parial direct ntre pereii cuplei (pe suprafaa Ari, unde as); n anumite condiii de rugozitate, experimental s-a constatat o apropiere a valorii celor doi coeficieni de frecare.ncrcarea conduce la creterea coeficientului de frecare i implicit la creterea amplitudinii i perioadei fenomenului.

Coeficienii de frecare cresc proporional cu creterea temperaturii i cu reducerea vscozitii lubrifiantului. n acelai mod variaz i amplitudinea i perioada micrii sacadate.Reliefndu-se astfel rolul frecrii este de ateptat ca fenomenul s fie influenat de regimul de ungere stabilizat la suprafaa de contact.n regim de frecare semifluid (mixt), la aceeai vitez, la nceputul cursei epruvetei mobile se nregistreaz o valoare aproape constant a coeficientului de frecare cu sarcina.

Fenomenul alunecrii cu intermitene nu este practic sesizat n cazul funcionrii epruvetelor (cuplelor) n regim preponderent hidrodinamic. n aceste cazuri valorile forelor de frecare sunt reduse.O serie de cercetri au evideniat c unele prelucrri mecanice aplicate suprafeelor i rugozitatea astfel obinut sunt optime din punct de vedere al reducerii fenomenului. Astfel pentru ghidajele din font prelucrrile de frezare fin tuare cu 24 puncte, micoreaz amplitudinea fenomenului, datorit realizrii pe astfel de suprafee a unor microvolume n care lubrifiantul este reinut. Alunecarea intermitent apare frecvent la suprafeele cu rugozitate mic i cu o dispoziie spaial care nu favorizeaz formarea microvolumelor (pungilor) de lubrifiant.Direcia urmelor de prelucrare influeneaz, de asemenea, evoluia fenomenului; orientarea acestora n sens paralel cu direcia micrii favorizeaz micarea sacadat.

Prelucrrile mecanice ca: rectificarea cu piatr oal, frezarea fin, bruirea cu 16 i 29 pete etc. amortizeaz fenomenul.

Un rol important n evoluia micrii sacadate l au aditivii coninui n lubrifiant. Prezena unui aditiv de onctuozitate chiar n mic proporie (1-2% acid oleic) amortizeaz aproape complet fenomenul n condiii de rugozitate, sarcin, vitez i vscozitate, care, de regul, conduceau la amplitudine mare.Rolul favorabil al acestor aditivi se explic prin rezistena la forfecare redus a straturilor superficiale care se formeaz pe suprafeele de frecare, n urma reaciei chimice aditiv-material.

Pentru amortizarea fenomenului se recomand utilizarea unor lubrifiani cu vscozitate mare sau uleiuri speciale cu caracteristici anti stick-slip.Folosirea anumitor cupluri de materiale se impune ca o alt soluie pentru prevenirea fenomenului micrii sacadate i a efectelor sale.Materialele folosite trebuie s posede bune proprieti antifriciune. n acest sens s-au impus materialele plastice (poliamidele, politetrafluoretilena, polioximetilena, materialele plastice armate de tip textolit etc.) i unele materiale ca fonta Fc 25 (n special la contrucia ghidajelor mainilor unelte).n vederea controlului fenomenului de alunecare cu intermitene sunt aplicate anumite prelucrri mecanice, se folosesc lubrifiani aditivai, cu vscozitate mare sau uleiuri speciale cu caracteristici anti stick-slip. Folosirea anumitor cupluri de materiale reprezint de asemenea o soluie pentru controlul micrii sacadate i a efectelor sale. Materialele folosite trebuie s aib bune proprieti antifriciune.

n afara celor menionate pentru a reduce fenomenul se recomand asigurarea unei rigiditi sporite sistemului mecanic, fr a periclita condiiile tehnologice ale acestuia.Cercetrile prof. Dan Pavelescu au artat c funcie de diferii parametri (ndeosebi vscozitatea i compoziia chimic, aditivarea, rugozitatea, viteza de antrenare) se poate obine totui o vitez (intensitate) a uzrii chiar mai redus n prezena stick-slip-ului, prin mbuntirea ungerii locale, amortizarea fenomenului, reducerea drumului efectiv de frecare etc.3.4. Frecarea (ungerea) fluid [46]Frecarea fluid se realizeaz cnd prin msuri constructiv funcionale i tribologice se asigur separarea complet a suprafeelor de frecare, printr-un film continuu i portant de lubrifiant (fig.3.17).

Fig. 3.17Grosimea minim, hm a stratului de lubrifiant trebuie, deci, s fie mai mare dect suma nlimilor maxime ale rugozitilor suprafeelor. Dac aceast grosime este de 10100 [m], ungerea se numete cu film gros.Fora de frecare n cazul ungerii fluide este datorat tensiunilor de alunecare intern din lubrifiant; aceasta are valori mai mici dect n cazul celorlalte regimuri de frecare.

Portana filmului de lubrifiant se asigur pe cale hidrodinamic i hidrostatic.

Ungerea hidrodinamic cu film autoportant se realizeaz cnd sunt ndeplinite condiiile: micare relativ a suprafeelor, vitez suficient, form adecvat (pan geometric) a spaiului dintre suprafeele n micare i utilizarea unui lubrifiant cu o anumit vscozitate i n cantitate suficient.

Formele de pan geometric uzual ntlnite la cuplele de frecare sunt prezentate n fig. 3.18.

Fig. 3.18Un film portant de lubrifiant se realizeaz i atunci cnd lubrifiantul cuprins ntre suprafee este extrudat prin efectul apropierii pe normal a suprafeelor (fig. 3.19). n figur sunt prezentate distribuia de viteze n film i distribuia de presiuni determinate de rezistena lubrifiantului la expulzare.

Fig. 3.19Peste efectul de pan geometric se suprapun i efectele generate prin pan termic i de vscozitate.Pana termic presupune expansiunea uleiului (densitatea variaz cu temperatura) datorit diferenei dintre temperatura uleiului la intrare (T1) i ieire (T2) din zona portant (T2 > T1).

Dac temperaturile celor dou suprafee de frecare Ts, Ti sunt diferite (Ts > Ti) atunci se produce pana prin vscozitate (vscozitatea se modific sub efectul temperaturii).Portana obinut prin aceste efecte este relativ mic (1-2 MPa) i se suprapune peste portana creat prin efecte hidrodinamice propriu-zise. Este totui important n unele cazuri particulare (etanri mobile de translaie).

Ungerea hidrostatic se realizeaz prin introducerea sub persiune n zona de contact a unui lubrifiant n cantitate suficient. Presiunea lubrifiantului este de ordinul celei determinate de sarcin, pe suprafaa de contact i este realizat printr-o instalaie adecvat. n acest caz nu este necesar a fi ndeplinite toate condiiile ungerii hidrodinamice propriu-zise.

PAGE 30

_1353688285.unknown

_1353690135.unknown

_1353691705.unknown

_1353692384.unknown

_1353693178.unknown

_1353693274.unknown

_1353693372.unknown

_1353693371.unknown

_1353692466.unknown

_1353692845.unknown

_1353691919.unknown

_1353691920.unknown

_1353691706.unknown

_1353690512.unknown

_1353691406.unknown

_1353691489.unknown

_1353690734.unknown

_1353690297.unknown

_1353690511.unknown

_1353690174.unknown

_1353688666.unknown

_1353689472.unknown

_1353690114.unknown

_1353689201.unknown

_1353688511.unknown

_1353688609.unknown

_1353688286.unknown

_1353614399.unknown

_1353687601.unknown

_1353688005.unknown

_1353688054.unknown

_1353687930.unknown

_1353614717.unknown

_1353615285.unknown

_1353614553.unknown

_1353613168.unknown

_1353613265.unknown

_1353613335.unknown

_1353613196.unknown

_1345817177.unknown

_1353612644.unknown

_1353612645.unknown

_1353612370.unknown

_1345810411.unknown

_1345817176.unknown

_1321475147.unknown

_1321475445.unknown

_1321474520.unknown