Що викликає стискання? Як їх зменшити.

Якщо ви не граєте на скрипці, заїдання або ковзання через прилипання – це небажаний стан, спричинений різницею між статичним та динамічним тертям між двома поверхнями. Коли в лінійних напрямних виникає заїдання, це може призвести до вібрації («ривкання»), застрягання, коливань вимог до крутного моменту або втрати точності у вигляді перерегулювання.

Що викликає стикування?

Коефіцієнт статичного тертя (μs) між двома поверхнями майже завжди вищий за коефіцієнт динамічного (кінетичного) тертя (μk), і ця зміна тертя є основною причиною стрибкоподібного ковзання.

Усі поверхні мають певний рівень шорсткості. Навіть високоякісні та поліровані поверхні не є ідеально гладкими — вони мають піки (які називають «шершавістю») та западини, що зменшують ефективну площу контакту поверхонь. Іншими словами, в деяких місцях контактують лише піки двох поверхонь, тоді як в інших місцях піки однієї поверхні заходять у западини іншої поверхні. А в деяких місцях між поверхнями взагалі немає контакту.

Оскільки окремі площі контакту дуже малі, тиск між поверхнями надзвичайно високий (тиск = сила ÷ площа), і адгезія в цих точках відбувається за допомогою процесу, відомого як холодне зварювання.

Перш ніж поверхні зможуть рухатися, зв'язки, що викликають цю адгезію, повинні бути розірвані. Аналогічно, там, де поверхні зчіплюються (вершини однієї поверхні осідають у западинах іншої поверхні), має відбутися стирання або пластична деформація, щоб розірвати ці зчеплені ділянки та дозволити поверхням рухатися.

Як тільки рушійна сила стає достатньо високою, щоб розірвати ці зв'язки між поверхнями — і подолати статичне тертя — починається рух. Але навіть під час руху все ще відбувається деяке стирання, оскільки поверхні все ще не ідеально гладкі. Опір руху через залишкову шорсткість поверхні називається динамічним, або кінетичним, тертям.

Як зменшити липкість

У лінійних підшипниках, що використовують мастило (практично всі рециркуляційні підшипники та деякі підшипники ковзання), рух між поверхнями підшипника втягує мастило в мікроскопічні простори між ними. Зі збільшенням відносної швидкості поверхонь плівка мастила стає товстішою, а контакт між поверхнями зменшується, тому тертя між поверхнями зменшується.

Але лінійні підшипники проходять скінченну відстань, а потім повертаються в протилежному напрямку (на відміну від радіальних підшипників, які можуть обертатися в одному напрямку необмежено довго), тому вони проводять значну кількість часу в так званому змішаному змащенні, де тертя визначається як властивостями поверхонь, так і властивостями мастила. Тому правильне змащення є найкращим способом контролю або зменшення впливу тертя в рециркуляційних підшипниках (і в деяких підшипниках ковзання).

Заїдання-ковзання, або заїдання, часто є більш проблематичним у підшипниках ковзання, ніж у рециркуляційних підшипниках. Це пояснюється тим, що в підшипниках ковзання різниця між статичним та динамічним коефіцієнтами тертя більша. А коефіцієнт тертя підшипника ковзання може змінюватися залежно від прикладеного навантаження, зносу та факторів навколишнього середовища.

Для підшипників ковзання, що обертаються на круглих валах, одним із способів протидії ефекту заїдання-ковзання є вибір валів з найвищою практично можливою якістю обробки поверхні (найнижчою шорсткістю поверхні). А дотримання співвідношення 2:1 (також званого правилом 2:1 або обов'язковим співвідношенням), яке вказує, що відстань між плечима моменту не повинна перевищувати подвійну довжину підшипника, дуже часто є необхідним для запобігання заїданню-ковзанню в підшипниках ковзання.

Ще одним варіантом мінімізації або навіть запобігання заїданням-ковзанню є використання напрямних для пневматичних підшипників. Для пневматичних підшипників тертя є виключно функцією зсуву повітря від руху. Тому різниця між статичним і кінетичним тертям у вузлі пневматичного підшипника практично дорівнює нулю, тому проблема заїдання-ковзання практично усувається.