Fórmula de fricción rodante. Fricción, sus tipos.
FRICCIÓN DE RODAMIENTO.
Por la experiencia de la actividad humana se sabe que el trabajo necesario para hacer rodar los cuerpos entre sí suele ser mucho menor que el trabajo necesario para deslizarlos.
La fricción por rodadura se observa cuando un cuerpo rueda sobre otro y cuando uno de ellos gira con respecto a un centro instantáneo o permanente, entran en contacto nuevas secciones de las superficies de fricción. Las velocidades relativas de diferentes puntos de un cuerpo rodante son diferentes y están determinadas por su distancia al área de contacto (Fig.).
Arroz. Fricción de rodadura: 1 – cuerpo en movimiento, 2 – cuerpo estacionario
La fricción por rodadura se produce en rodamientos, pares rueda-carril, cintas transportadoras de rodillos de sistemas transportadores, etc.
Se distingue entre rodadura pura y rodadura con deslizamiento.
Rodadura pura: el contacto de los cuerpos es idealmente elástico y se produce a lo largo de una línea (para un cilindro) o en un punto (para una esfera).
El balanceo será puro si, cuando el cuerpo gira un pequeño ángulo φ, su eje se desplaza una cierta cantidad. Los puntos de contacto del cuerpo con la base están inmóviles con respecto a esta última.
En la práctica, siempre se implementa rodar con deslizamiento.
Rodar con deslizamiento: el contacto de dos cuerpos se produce a lo largo de una determinada superficie debido a deformaciones elastoplásticas y viscoplásticas (Fig.).
El contacto de cuerpos rodantes reales es un área de dimensiones finitas, y no un punto o una línea, entonces la línea de acción de la reacción F*n del plano no coincide con la línea de acción de la fuerza normal Fn . El punto de aplicación se desplaza desde el centro de la superficie de contacto hasta su borde frontal.
Arroz. Esquema de rueda rodando en un avión.
Cuando una rueda rueda sobre una superficie deformada bajo una carga Fn, se le debe aplicar un par Fk⋅R para mantener el movimiento uniforme. Este momento se equilibra con el momento reactivo F*n⋅K, que surge debido al hecho de que la reacción F*n, numéricamente igual a la carga externa Fn, se desplaza en una cantidad K con respecto a la línea de acción de la fuerza. Fn.
Habiendo elaborado la ecuación de momentos con respecto al punto A, obtenemos:
El desplazamiento K se denomina coeficiente de fricción de rodadura y tiene una dimensión lineal.
Junto con este valor, se utiliza el valor adimensional fc: el coeficiente de resistencia a la rodadura:
Al utilizar este coeficiente, es necesario indicar en qué radio se obtuvo el valor Fk.
La naturaleza de la fricción por rodadura.
De acuerdo a ideas modernas, cuando una rueda elástica rueda a lo largo de un semiespacio elástico, la resistencia a la rodadura Fk se debe a tres motivos: pérdidas por histéresis F1, microdeslizamiento en la zona de contacto F2 y adherencia en la zona de contacto F3:
.
En condiciones reales, cuando un cuerpo rueda, los tres componentes de la fricción por rodadura se pueden observar simultáneamente (Fig.).
Arroz. Localización de zonas de interacción adhesiva, pérdidas por histéresis y deslizamiento durante el rodamiento del cilindro.
En la primera sección (Fig.) se realiza principalmente interacción adhesiva. En esta zona se separan las superficies de fricción de los elementos rodantes y se rompen las uniones adhesivas.
Las pérdidas por histéresis (primera y tercera sección) se observan en las áreas de máxima deformación por corte y deformación normal de los materiales de los cuerpos en contacto en la dirección del vector de velocidad.
El deslizamiento se produce a lo largo de toda la longitud del contacto (las tres secciones).
El cuarto componente de la fricción por rodadura son las pérdidas mecánicas en el lubricante (rodadura sobre el lubricante).
La histéresis elástica surge debido a la imperfección de las propiedades elásticas de los cuerpos reales que participan en la fricción por rodadura (Fig.).
Arroz. Bucle de histéresis bajo carga alterna de material
Bajo la influencia de la tensión σ, se produce la deformación ε, sin embargo, dado que el cuerpo no es perfectamente elástico, ε no es directamente proporcional a σ (se viola la ley de Hooke, OA no es recto). Si se elimina la tensión (σ=0), queda la deformación residual OB, cuya eliminación requiere una tensión negativa OE, es decir, una carga de compresión. Aplicando voltajes positivos y negativos sucesivamente, obtenemos un bucle ABECDYA, que se denomina bucle de histéresis. El área del bucle es numéricamente igual al trabajo disipado irreversiblemente por ciclo por unidad de volumen.
Así, cada elemento del plano a lo largo del cual rueda el cilindro experimenta un ciclo secuencial de "carga-descarga", que se describe mediante un bucle de histéresis.
Físicamente, la histéresis es causada por el deslizamiento de las dislocaciones bajo carga. Un aumento en el número de dislocaciones aumenta las pérdidas por histéresis.
La fuerza de fricción por rodadura de un cilindro rígido sobre un semiespacio elástico se describe mediante la fórmula:
,
donde b es la mitad del ancho del área de contacto, αg es el coeficiente de pérdida por histéresis (dependiendo de la carga y el tipo de deformación), l es la longitud del cilindro, R es el radio del cilindro, Fn es la carga normal .
En el caso general, las pérdidas por histéresis son causadas por la fricción interna, así como por la deformación plástica de las microprotuberancias y el desplazamiento plástico de la capa lubricante límite.
Se realizó un estudio teórico de la resistencia a la rodadura bajo elasticidad imperfecta.
Cuando el cilindro rueda sobre una base viscoelástica para bajas velocidades, para altas velocidades - 
,
donde c es una constante que incluye los parámetros del modelo, v es la velocidad de rodadura.
Se puede observar que en el rango de velocidades de rodadura bajas, un aumento de la velocidad conduce a un aumento de la resistencia a la rodadura, y a velocidades altas, a su disminución.
La resistencia a la rodadura de una bola sobre la superficie de una base de plástico se expresa mediante la relación
donde σn son tensiones normales, dependiendo de la presión sobre el área de contacto y de las propiedades mecánicas de los elementos rodantes.
La teoría de la histéresis es válida para rodar. sólidos para el caucho, pero su extensión a los metales no siempre está justificada.
Se considera que la principal causa de la resistencia a la rodadura es el deslizamiento. El deslizamiento puede ser causado por la deformación de los cuerpos en contacto (O. Reynolds) o por diferencias en las velocidades de diferentes puntos del cuerpo rodante (A. Palmgren y G. Heezcote).
El deslizamiento de Reynolds se observa claramente cuando un cilindro rígido rueda sobre caucho. En una revolución, un cilindro recorre menos distancia que su circunferencia. Esto se explica por la deformación de los cuerpos en contacto. Bajo la influencia de una carga normal, el material base se deforma y el contacto no se produce a lo largo de una línea, sino a lo largo de un área de ancho AC (Fig.). En este caso, el material del cilindro en la zona de contacto se comprime y el material de la superficie de soporte se estira. Por lo tanto, cuando se gira el cilindro, los puntos de su superficie liberados del contacto tenderán a alejarse entre sí y los puntos de la superficie tenderán a acercarse. Esto conduce a un deslizamiento de microsecciones de las superficies de contacto de un cuerpo con respecto al otro.
Arroz. Deformación de capas superficiales durante el contacto entre el cilindro y el plano.
La contribución del deslizamiento a la resistencia a la rodadura depende de la relación entre el radio de la bola y el radio de la ranura.
En la zona AC (ver figura), al rodar, las superficies se separarán rompiendo las uniones adhesivas que actúan entre el rodillo y la superficie en la zona donde los cuerpos en fricción dejan de contacto. Este factor determina la manifestación del componente de adhesión F3 en la zona de contacto.
La contribución del microdeslizamiento y la adherencia a la resistencia a la rodadura es pequeña. La mayoría son pérdidas por histéresis.
Factores que afectan la resistencia a la rodadura.
Carga normal: cuando un cuerpo rueda a lo largo de un plano, un aumento en la carga normal provoca un aumento monótono de fc (Fig.): la dependencia es casi lineal. Esto se debe al aumento simultáneo de todos los componentes de la resistencia a la rodadura: adhesivo (aumento del área de contacto real); deslizamiento (aumento de la deformación de las capas superficiales); Pérdidas por histéresis (mayor proporción de deformaciones plásticas).
Arroz. Efecto de la carga normal sobre el coeficiente de resistencia a la rodadura.
Lubricación. Con cargas normales elevadas, el valor numérico del coeficiente de resistencia a la rodadura está determinado en gran medida por la presencia en la zona de contacto de películas de óxido o lubricante que separan las piezas acopladas. Con una lubricación abundante (curva 1 en la Fig.), el coeficiente de resistencia a la rodadura toma, en igualdad de condiciones, valores más bajos que con un suministro pobre de lubricantes a la zona de fricción (curva 2 en la Fig.). La limpieza química de la superficie (curva 3 en la Fig.) ayuda a aumentar el componente adhesivo y el deslizamiento, lo que aumenta la resistencia a la rodadura.
Con valores de carga bajos, el uso de lubricante reduce ligeramente el coeficiente de resistencia a la rodadura (entre un 10 y un 15%), cuanto más lubricante, menor será la resistencia. El efecto insignificante se debe a la compensación de la reducción de los costes de deslizamiento y adherencia, y los costes de superar la fricción interna en la capa lubricante.
Arroz. Influencia de la carga y presencia de lubricante en el coeficiente de resistencia a la rodadura.
Dimensiones y forma del cuerpo rodante. Con un aumento del radio del cuerpo rodante R, en la región de valores pequeños, la resistencia a la rodadura disminuye debido a una disminución de las pérdidas por histéresis (un radio mayor significa una presión de contacto menor, una proporción menor de deformaciones plásticas). Con un aumento de R en la zona de valores grandes, predomina la influencia del componente de adherencia, que aumenta al aumentar la superficie de contacto.
Arroz. Dependencia del coeficiente de resistencia a la rodadura del radio de un cuerpo rodante
Altura temperatura de la superficie conduce a una disminución de las propiedades físicas y mecánicas de los cuerpos en la zona de contacto, lo que provoca un aumento de las pérdidas por histéresis (aumento de la proporción de deformación plástica) y del componente de adherencia (aumento del área de contacto real), por lo tanto , el coeficiente de resistencia a la rodadura aumenta. El tipo de dependencia está determinada por la dependencia de las propiedades elásticas de los materiales corporales de la temperatura.
Microdureza. Con un aumento de la microdureza, las pérdidas por deslizamiento y su deformación disminuyen, la profundidad de penetración relativa de las superficies de fricción disminuye, lo que conduce a una disminución en el área de contacto real y de interacción adhesiva. Como resultado, se reduce la resistencia a la fricción de rodadura.
Un aumento de la velocidad provoca un aumento monótono de fc. Además, esta dependencia es menos significativa cuando se hace rodar un cilindro sobre un cilindro que cuando se hace rodar una bola sobre una bola.
Los factores importantes que determinan la resistencia a la rodadura de las carrocerías también incluyen: su desviación de la correcta forma geometrica, rugosidad superficial, estructura de materiales de elementos rodantes. Las desviaciones macrogeométricas de las superficies de los cuerpos rodantes de la forma ideal de los cuerpos giratorios provocan un aumento en el coeficiente de resistencia y reducen su estabilidad. Al pasar de una superficie rugosa a una lisa de un cuerpo plano, la resistencia a la rodadura disminuye de 2 a 3 veces.
La fricción por rodadura es la fricción del movimiento en el que las velocidades de los cuerpos en contacto son idénticas en valor y dirección al menos en un punto.
La fricción por rodadura está muy extendida en la tecnología, y la sustitución de la fricción por deslizamiento por una fricción por rodadura mucho menor (normalmente) en muchas aplicaciones técnicas ha permitido reducir significativamente los costes de energía en las unidades de fricción y reducir el desgaste de los cuerpos en contacto. Leonardo da Vinci ya escribió que los elementos del engranaje se desgastan principalmente durante el proceso de deslizamiento. Inventó un engranaje con una geometría compleja que, en su opinión, garantiza el funcionamiento durante la rodadura pura. Hoy en día, la industria no puede prescindir de los rodamientos. El desgaste de los neumáticos de los automóviles que ruedan por la carretera y el par de fricción de rodadura de los neumáticos de las ruedas de los vagones sobre los rieles del ferrocarril es un problema técnico grave. Sin embargo, el proceso de fricción por rodadura no se estudia actualmente con tanta profundidad como por deslizamiento, aunque el estudio cuantitativo de este proceso lo inició otro de los fundadores de la tribología, Sh.O. Coulomb simultáneamente con el estudio de la fricción por deslizamiento (1785).
Consideremos los aspectos físicos de los procesos de fricción de rodadura usando el ejemplo de una rueda ubicada sobre una base rígida (figura 3.14). Dejemos que la rueda cargada con una fuerza /' reciba rotación con una frecuencia co. En rodadura pura, en cada momento el punto O" de la rueda en contacto con la base está inmóvil con respecto a la base, y las velocidades de todos los demás puntos de la rueda son las mismas que en este momento el tiempo rotaría respecto al punto O", con velocidad angular co, que se puede calcular mediante la fórmula:
En realidad, en el contacto de rodadura, los puntos ubicados en la superficie de la rueda hacen contacto con el plano no a lo largo del eje instantáneo de rotación de la OSU, sino a una cierta distancia. A desde allí en la dirección del movimiento.
Arroz. 3.14.
Esta distancia se forma como resultado de la deformación de los cuerpos en contacto debido a la distribución asimétrica de la presión sobre el área de contacto, es decir ya sea la rueda o la base, o ambas, están deformadas.
La Figura 3.15 muestra el caso en el que la base es rígida y el rodillo es deformable (por ejemplo, un neumático que rueda sobre suelo denso). Debido a la deformación, se forma una plataforma a través de la cual normal R y tangencial t componentes de la fuerza que actúa sobre la rueda, así como el par activo METRO, dirigido en el sentido de rotación si la rueda está motriz, o en reverso, si la rueda está accionada o frenada.
Se aplica torsión para girar.
Este par está equilibrado por el par reactivo.
desde la reacción norte(numéricamente igual a la carga r) desplazado por cantidad A respecto a la línea de acción de la fuerza r.
Arroz. 3.15.
Ecuación de equilibrio de momento
a partir de donde, de acuerdo con la conocida fórmula de Coulomb, se calcula fuerza de fricción de rodadura
Dónde A- coeficiente de fricción de rodadura, también llamado brazo de fricción (tiene la dimensión de longitud y es numéricamente igual al desplazamiento de reacción norte en el sentido de la marcha).
Además del coeficiente de fricción de rodadura, el proceso se caracteriza por una cantidad adimensional./^ - coeficiente de resistencia a la rodadura, numéricamente igual a la proporción coeficiente de fricción de rodadura al radio del cilindro rodante, es decir
Entonces, para hacer rodar una rueda de ferrocarril de acero (R= 0,5 m) a lo largo del carril/s = 0,0010-0,001.
Varios investigadores han propuesto una explicación para las causas de la resistencia a la rodadura. O. Reynolds demostró que debido a las deformaciones elásticas entre los cuerpos en contacto durante la rodadura, se produce cierto deslizamiento, donde actúan fuerzas de fricción por deslizamiento, lo que determina las pérdidas por rodadura. La cantidad de deslizamiento depende de la relación entre las propiedades elásticas de los cuerpos en contacto y sus radios de curvatura.
Según Tomlinson, las pérdidas por fricción por rodadura se explican por el intercambio de uniones adhesivas, es decir, la formación y ruptura de enlaces adhesivos que surgen entre pares de moléculas que sucesivamente entran en contacto y dejan contacto a medida que se produce el movimiento relativo de los sólidos.
Según Tomlinson, la fuerza de fricción por rodadura es menor que la fuerza de fricción por deslizamiento, ya que durante el deslizamiento todas las uniones adhesivas se intercambian (es decir, se rompen) simultáneamente, y durante la rodadura, secuencialmente y, además, en pequeñas porciones. La mayoría de los científicos modernos, sin embargo, creen que la causa principal de las pérdidas debidas a la fricción por rodadura es la elasticidad imperfecta de los materiales rodantes, es decir, la presencia de histéresis durante la deformación y relajación, lo que provoca pérdidas de energía. En el caso del metal, estas pérdidas ascienden a varios por ciento. Este fenómeno conduce a un desplazamiento de las fuerzas reactivas resultantes con respecto al centro de la zona de contacto. En este caso se produce un momento de fuerza que impide rodar.
Estas ideas fueron desarrolladas por el científico inglés D. Tabor. SV Pinegin señaló que la manifestación de la inelasticidad de los materiales durante el laminado de cuerpos reales puede ser muy diversa, incluida la fricción interna en el material, la deformación plástica de la capa superficial, incluidas las microrrugosidades, las películas de óxido, la capa lubricante, etc. hasta el desplazamiento plástico del suelo arenoso cuando rueda la rueda.
Un buen ejemplo de la diferencia entre fricción por deslizamiento y fricción por rodadura es una comparación de pares deslizantes y rodantes del mismo nombre hechos de cobre y fluoroplástico. El coeficiente de fricción por deslizamiento del cobre es mucho mayor que el del fluoroplástico. Sin embargo, las pérdidas por histéresis en los fluoroplásticos son mucho mayores que en el cobre. Por esta razón, el coeficiente de fricción de rodadura del fluoroplástico es mucho mayor que el del cobre. Por lo tanto, el fluoroplástico, que es muy eficaz en pares de fricción deslizante, no se utiliza en pares de fricción rodantes.
Considere un rodillo cilíndrico que descansa sobre un plano horizontal (Fig. 67, a). Apliquemos una fuerza S a su centro y observemos el estado del rodillo a medida que esta fuerza aumenta gradualmente. La experiencia demuestra que el movimiento del rodillo no comienza inmediatamente, sino sólo después de que la fuerza S alcanza un determinado valor límite.
Sin embargo, de las ecuaciones de equilibrio del rodillo, compiladas incluso teniendo en cuenta la fuerza de fricción estática, se desprende una conclusión completamente diferente: el movimiento debe comenzar con una fuerza S arbitrariamente pequeña. De hecho, para un sistema de fuerzas plano: P (peso del rodillo ), N (reacción normal en el soporte), T - la fuerza de fricción estática y la fuerza aplicada S en un estado de equilibrio deben satisfacer las tres ecuaciones de equilibrio: .
En nuestro caso, la tercera ecuación tiene la forma (R es el radio del rodillo) y se satisface sólo cuando ; cuando el equilibrio es imposible y el rodillo comienza a moverse con una fuerza arbitrariamente pequeña.
La razón de esta contradicción es que no se tuvieron en cuenta todas las fuerzas que actúan sobre el rodillo desde la superficie de apoyo. El contacto de los cuerpos reales siempre se realiza en un área determinada, como resultado de lo cual surge otro par de fuerzas con un momento opuesto a la dirección de posible rodamiento del cuerpo a lo largo de la superficie de soporte (Fig. 67, b).
Al tener en cuenta el momento de fricción por rodadura, la ecuación de momentos con respecto al punto O toma la forma , lo que elimina la contradicción que ha surgido. De esta ecuación se deduce que mientras no hay rodamiento, el momento de fricción es igual al momento de la fuerza en movimiento. Al aumentar gradualmente la fuerza S, se puede alcanzar un estado límite en el que el más mínimo incremento de la fuerza S hace que el rodillo ruede sobre el soporte. En este estado de equilibrio límite, el momento de fricción de rodadura adquiere su mayor valor.
La cantidad que tiene la dimensión de longitud se llama coeficiente de fricción de rodadura y se determina mediante experimentos o libros de referencia técnicos.
Por lo tanto, el momento de fricción de rodadura varía dentro de
tomando un valor sólo cuando se produce la rodadura.
La fricción por rodadura es la fricción del movimiento en el que las velocidades de los cuerpos en contacto en los puntos de contacto son iguales en valor y dirección.
Si el movimiento de dos cuerpos en contacto se produce con rodadura y deslizamiento simultáneos, entonces en este caso surge fricción de rodadura con deslizamiento .
Consideremos el rodamiento sin deslizamiento de un cilindro que pesa GRAMO y radio r a lo largo del plano de referencia horizontal (ver figura 1). Como resultado de la fuerza GRAMO La deformación del cilindro y el plano de soporte se producirá en el punto de contacto. si fuerza PAG no funciona, entonces la fuerza GRAMO será equilibrado por la reacción R plano de referencia y el cilindro estará en reposo (reacción R será vertical). Si se aplica una pequeña fuerza al cilindro. R , entonces seguirá en reposo. En este caso, habrá una redistribución de la presión sobre la superficie de soporte y una reacción completa. R pasará por algún punto A y a través del punto ACERCA DE (de acuerdo a Teorema sobre el equilibrio de tres fuerzas no paralelas.).
En algún valor crítico de fuerza R el cilindro comenzará a moverse y rodará uniformemente a lo largo del plano de soporte, y el punto A tomará la posición de extrema derecha. Esto muestra que la fricción de rodadura en reposo puede variar desde cero hasta algún valor máximo, y será máxima en el momento en que comienza el movimiento.
denotemos k valor máximo de apalancamiento GRAMO relativo al punto A . Entonces, en el caso de rodadura uniforme del cilindro (es decir, equilibrio):
ΣM A = 0 o – Pr + Gh = 0 ,
y el hombro de la fuerza R Debido a la insignificancia de la deformación de los cuerpos, la consideramos igual al radio del cilindro. r (fuerza R - horizontal). De la última igualdad determinamos la fuerza necesaria para que el cilindro gire uniformemente:
P = kg/r
El valor máximo del brazo k se denomina coeficiente de fricción de rodadura; tiene la dimensión de longitud y se expresa en centímetros o milímetros.
De la fórmula resultante queda claro que la fuerza necesaria para hacer rodar un rodillo cilíndrico es directamente proporcional a su peso. GRAMO e inversamente proporcional al radio r pista de patinaje De esto se deduce que un rodillo de mayor diámetro es más fácil de enrollar.
El coeficiente de fricción de rodadura se determina experimentalmente; sus valores para diversas condiciones se dan en los libros de referencia. A continuación se muestran los valores aproximados del coeficiente de fricción de rodadura. k para rodillo plano (cm):
Acero dulce a acero dulce................................0.005
Acero endurecido sobre acero endurecido.................0.001
Hierro fundido sobre hierro fundido.................................... ...... .0.005
Madera sobre acero.................................0.03...0.04
Madera sobre madera................................0.05...0.08
Neumático de goma en la carretera................................0,24
El coeficiente de fricción por rodadura es prácticamente independiente de la velocidad del cuerpo.
En varios casos, al estudiar la fricción por rodadura, conviene representar las fuerzas activas y reactivas que actúan sobre el rodillo de forma diferente. (ver Figura 2a, b).
Ampliemos la reacción completa. R superficie de soporte en componentes norte Y F tr , Entonces:
R = norte + F tr ,
Dónde F tr – fuerza de fricción de rodadura; norte - reacción normal al plano de referencia no deformado.
Creemos tres ecuaciones de equilibrio para el rodillo:
ΣX = 0; P – Ftr = 0;ΣY = 0; norte – sol = 0;
ΣMA = 0; - Pr + Gk = 0.
De estas ecuaciones tenemos:
P=F tr ;N=G ;Pr = Gk .
Introduzcamos la notación Pr=M , Gk = M tr , Dónde METRO – momento de fricción de rodadura, METRO tr – momento de fricción.
Son posibles los siguientes casos especiales de rodadura de un rodillo cilíndrico:
M ≥ M tr , pero P.< F tr – sólo se produce balanceo;
METRO< М tr , pero P > F tr – sólo se produce deslizamiento;
m > m tr , pero P > F tr – rodar con resbalones;
METRO< М tr , pero P.< F tr – el rodillo está en reposo.
En la mayoría de los casos, la fricción de rodadura es menor que la fricción de deslizamiento, por lo que en lugar de rodamientos deslizantes se utilizan ampliamente rodamientos de bolas, de rodillos u otros rodamientos que, a pesar de su mayor costo, brindan importantes beneficios en términos de ahorro de energía debido a la reducción de las pérdidas por fricción.
Lubricantes
Los lubricantes se clasifican principalmente por su condición física.
Existir:
coherente
lubricantes sólidos
gaseoso
Los lubricantes están diseñados para reducir la fricción y el desgaste.
Dependiendo de la carga, realizan las siguientes tareas:
eliminación de calor
protección de superficies
transmisión actual
Al realizar estas tareas, los diferentes lubricantes se comportan de manera diferente.
Lubricantes líquidos
eliminación de calor
protección de superficies
transmisión actual
eliminación de partículas que causan desgaste
Los lubricantes líquidos incluyen:
aceites grasos
aceites minerales
aceites sintéticos
Los aceites grasos no son muy adecuados para la lubricación. Aunque tienen un buen efecto lubricante, son inestables a las bajas temperaturas y sensibles a los agentes oxidantes. En los sectores técnicos, los aceites minerales son los líderes indiscutibles.
Hoy en día los aceites sintéticos cobran cada vez más importancia
Sus ventajas:
mayor estabilidad a la oxidación
resistencia a bajas y altas temperaturas
Lubricación a largo plazo, lubricación durante toda la vida útil del producto.
Los materiales anticorrosivos y los desmoldeantes son productos especiales cuya finalidad también es la lubricación.
Grasas
Estos materiales realizan las siguientes tareas:
protección de superficies
transmisión actual
manteniendo alejadas sustancias extrañas
Los lubricantes grasos incluyen:
grasas
pastas lubricantes
ceras lubricantes
Las ceras lubricantes tienen una base de hidrocarburos de alto peso molecular. Sus aplicaciones preferidas son la lubricación límite y parcial a bajas velocidades. Las grasas se elaboran a partir de aceites lubricantes y tienen una estructura consistente gracias a un espesante. Se pueden utilizar tanto para lubricación elastohidrodinámica como para lubricación límite y lubricación parcial de piezas. Las pastas lubricantes se caracterizan por un alto contenido en lubricantes sólidos. Se utilizan para la lubricación límite y parcial de piezas para ajustes móviles, de transición o a presión. Las grasas lubricantes se utilizan cuando, por un sellado insuficiente del intersticio, el lubricante no debe derramarse y/o cuando el lubricante debe ser resistente a los líquidos. Hoy en día estos materiales son de gran importancia, ya que su mínimo consumo asegura la máxima vida útil de piezas y equipos.
Lubricantes sólidos
Estos materiales pueden realizar las siguientes tareas:
protección de superficies
materiales para tribosistemas
barnices para lubricación
Además, estos incluyen polímeros en polvo o materiales metálicos, así como minerales como el politetrafluoroetileno, el cobre, el grafito o el disulfuro de molibdeno. No son aptos para su uso en forma de polvo. Por ello, se utilizan como aditivos que brindan protección tanto contra la fricción como contra el desgaste. Los lubricantes sólidos se utilizan generalmente para la lubricación seca. El resultado es una lubricación límite que, cuando se incluyen lubricantes líquidos o grasos en los materiales del tribosistema, se puede utilizar para una lubricación parcial. Los lubricantes sólidos se utilizan principalmente en los casos en los que, debido a su funcionalidad o contaminación, los lubricantes líquidos o grasos no son una solución ideal al problema y las propiedades de los lubricantes sólidos son suficientes para resolver el problema.
La fricción por rodadura se produce durante el rodamiento relativo de elementos de pares cinemáticos de eslabones. En este caso se produce fricción interna y externa con todos los fenómenos que la acompañan. Existen varias hipótesis que explican la naturaleza de la fricción por rodadura. Consideremos uno de ellos.
Colocar un cilindro en un plano horizontal bajo la acción de una fuerza vertical. q(Figura 9.9, A). El cilindro es cuerpo elástico, por tanto, en el punto de contacto con el plano éste se deformará elásticamente. El diagrama de la tensión de apoyo σ es una curva simétrica con respecto al eje del cilindro. Resultante Rn tensión σ igual a q y se dirige en sentido opuesto a él, y la línea de su acción coincidirá con el eje del cilindro.
Arroz. 9.9. Naturaleza de la fricción por rodadura
Apliquemos un par de fuerzas al cilindro. METRO(Figura 9.9, b) para que ruede a lo largo del avión con velocidad constante. La resistencia a la rodadura se supera mediante el par. METRO, es decir, fricción de rodadura en en este caso determinado por el momento de un par de fuerzas. Se ha establecido experimentalmente que el momento de fricción de rodadura es proporcional a la carga.
Factor de proporcionalidad k– coeficiente de fricción de rodadura, que tiene la dimensión de longitud.
El significado físico del coeficiente de fricción de rodadura se puede establecer de la siguiente manera. Si cualquier cuerpo real elástico se carga gradualmente, entonces la dependencia de la tensión de la deformación estará determinada por la curva 1, que se muestra en arroz. 9.10, si está descargado, - curva 2 .
En el proceso de hacer rodar el cilindro (ver Fig. 9.9,b) a lo largo de un plano horizontal, se cargarán sus secciones ubicadas en la dirección del movimiento con respecto al eje vertical y se descargarán las ubicadas en el lado opuesto. Por tanto, el diagrama de tensiones ya será una curva asimétrica. Este fenómeno se llama histéresis elástica.
Por tanto, para la misma deformación ∆l tensión de carga σ norte más estrés durante la descarga σ pag.
Resultante Rn = Q El voltaje se cambiará en la cantidad familiares dirección de movimiento. De la condición de equilibrio de fuerzas aplicadas al cilindro,
M = kQ, es decir, en esta hipótesis, el coeficiente de fricción de rodadura es k Actúa como un hombro al que se desplaza la resultante de las tensiones de compresión del cilindro durante el movimiento.
Determinemos la magnitud de la fuerza. R(Fig. 9.11), bajo cuya influencia el cilindro,
cargado de fuerza q, rodará a una velocidad constante horizontalmente
ningún avión. Con fuerza q y surgen fuerzas P Rn- reacción en el plano normal - y F- fuerza de fricción por deslizamiento.
De la condición de equilibrio de fuerzas. R norte = Q, F = P y ∑ M A = Ph – R n k = 0.
¿Dónde se produce el rodamiento del cilindro, siempre que el valor de la fuerza? R no será más que el valor máximo de fuerza F = fQ. De lo contrario, el cilindro patinará. Por lo tanto, la condición de no deslizamiento será de PAG