Что вызывает застой? Как его уменьшить?

Если вы не играете на скрипке, то статическое трение, или «залипание», — это нежелательное явление, вызванное разницей между статическим и динамическим трением между двумя поверхностями. Когда статическое трение возникает в линейных направляющих, это может привести к дребезжанию («рывкам»), заклиниванию, колебаниям требуемого крутящего момента или потере точности в виде перерегулирования.

Что вызывает застой?

Коэффициент статического трения (мкс) между двумя поверхностями почти всегда выше коэффициента динамического (кинетического) трения (мкк), и это изменение трения является основной причиной эффекта «залипания-скольжения».

Все поверхности обладают определенной шероховатостью. Даже тщательно обработанные и отполированные поверхности не идеально гладкие — у них есть выступы (называемые «неровностями») и впадины, которые уменьшают эффективную площадь контакта поверхностей. Другими словами, в некоторых местах соприкасаются только выступы двух поверхностей, в то время как в других местах выступы одной поверхности утопают во впадинах другой. А в некоторых местах контакта между поверхностями нет.

Поскольку площади контакта между отдельными поверхностями очень малы, давление между ними чрезвычайно велико (давление = сила ÷ площадь), и адгезия в этих точках происходит посредством процесса, известного как холодная сварка.

Прежде чем поверхности смогут двигаться, необходимо разорвать связи, обеспечивающие это сцепление. Аналогично, в местах сцепления поверхностей (вершины одной поверхности входят во впадины другой поверхности) для разрыва этих сцепленных участков и обеспечения движения поверхностей необходимо истирание или пластическая деформация.

Как только движущая сила становится достаточно высокой, чтобы разорвать связи между поверхностями и преодолеть статическое трение, начинается движение. Но даже во время движения происходит некоторое истирание, поскольку поверхности все еще не идеально гладкие. Сопротивление движению, обусловленное остаточной шероховатостью поверхности, называется динамическим, или кинетическим, трением.

Как уменьшить трение

В линейных подшипниках, использующих смазку (практически все подшипники с рециркуляцией смазки и некоторые подшипники скольжения), движение между поверхностями подшипника затягивает смазку в микроскопические зазоры между ними. По мере увеличения относительной скорости поверхностей смазочная пленка становится толще, а контакт между поверхностями уменьшается, поэтому трение между поверхностями снижается.

Однако линейные подшипники проходят конечное расстояние, а затем возвращаются в противоположном направлении (в отличие от радиальных подшипников, которые могут вращаться в одном направлении неограниченно долго), поэтому они проводят значительное время в так называемой смешанной смазке, где трение определяется как свойствами поверхностей, так и свойствами смазки. Следовательно, правильная смазка — лучший способ контролировать или уменьшать воздействие залипания в подшипниках с рециркуляцией (и в некоторых подшипниках скольжения).

Залипание или трение типа «залипание» часто представляет собой более серьезную проблему для подшипников скольжения, чем для подшипников с рециркуляцией. Это связано с тем, что в подшипниках скольжения наблюдается большая разница между статическим и динамическим коэффициентами трения. Кроме того, коэффициент трения подшипника скольжения может изменяться в зависимости от приложенной нагрузки, износа и факторов окружающей среды.

Для подшипников скольжения, установленных на круглых валах, одним из способов противодействия эффекту «залипания-проскальзывания» является выбор валов с максимально возможной чистотой поверхности (наименьшим шероховатостью). И очень часто для предотвращения «залипания-проскальзывания» в подшипниках скольжения необходимо соблюдать соотношение 2:1 (также называемое правилом 2:1 или коэффициентом зацепления), которое гласит, что расстояние плеча момента не должно превышать удвоенную длину подшипника.

Еще один способ минимизировать или даже предотвратить эффект «залипания-проскальзывания» — использование направляющих на воздушных подшипниках. В воздушных подшипниках трение является исключительно функцией сдвига воздуха при движении. Следовательно, разница между статическим и кинетическим трением в узле воздушного подшипника практически равна нулю, поэтому проблема «залипания-проскальзывания» практически исключается.