Що викликає зчеплення? Як їх зменшити.

Якщо ви не граєте на скрипці, стикціон або стик-сліп є небажаним станом, спричиненим різницею між статичним і динамічним тертям між двома поверхнями. Коли в лінійних напрямних виникає зчеплення, це може призвести до тріскотіння («ривковий» рух), застрявання, коливання вимог до крутного моменту або втрати точності у вигляді перевищення.

Що викликає зчеплення?

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

Усі поверхні мають певну кількість шорсткості. Навіть добре оброблені та поліровані поверхні не є ідеально гладкими — вони мають вершини (які називаються «нерівностями») і западини, які зменшують ефективну площу контакту поверхонь. Іншими словами, в деяких місцях контактують лише вершини двох поверхонь, тоді як в інших місцях вершини однієї поверхні розташовані в западинах іншої поверхні. А в деяких місцях контакт між поверхнями відсутній.

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

Перш ніж поверхні зможуть рухатися, зв’язки, які викликають це зчеплення, повинні бути розірвані. Подібним чином, у місцях зчеплення поверхонь (вершини однієї поверхні осідають у западини іншої поверхні), має відбутися стирання або пластична деформація, щоб розірвати ці зчеплені ділянки та дозволити поверхням рухатися.

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

Як зменшити тягу

Для лінійних підшипників, які використовують мастило (практично всі рециркуляційні підшипники та деякі підшипники ковзання), рух між поверхнями підшипників втягує мастило в мікроскопічні простори між поверхнями. Зі збільшенням відносної швидкості поверхонь мастильна плівка стає товщою, а контакт поверхня з поверхнею зменшується, тому тертя між поверхнями зменшується.

Але лінійні підшипники проходять кінцеву відстань, а потім повертаються в протилежному напрямку (на відміну від радіальних підшипників, які можуть обертатися в тому самому напрямку нескінченно довго), тому вони проводять значну кількість часу в тому, що називається змішаним змащенням, де є тертя. визначається як властивостями поверхонь, так і властивостями мастила. Таким чином, правильне змащування є найкращим способом контролювати або зменшувати вплив зчеплення в рециркуляційних підшипниках (і в деяких підшипниках ковзання).

Застрягання або зчеплення часто є більш проблематичним у підшипниках ковзання, ніж у підшипниках рециркуляції. Це пояснюється тим, що підшипники ковзання мають більшу різницю між статичним і динамічним коефіцієнтами тертя. Коефіцієнт тертя підшипника ковзання може змінюватися залежно від прикладеного навантаження, зносу та факторів навколишнього середовища.

Для підшипників ковзання, які їздять на круглих валах, один із способів протистояти ефектам ковзання – це вибрати вали з найвищою чистотою поверхні (найнижчою шорсткістю поверхні), яка практична. І дотримання співвідношення 2:1 (також називається правилом 2:1 або обов’язковим співвідношенням), яке визначає, що відстань плеча моменту не повинна перевищувати подвійну довжину підшипника, дуже часто необхідно, щоб запобігти ковзанню застосування підшипників ковзання.

Інший спосіб мінімізувати або навіть запобігти ковзанню — використовувати напрямні повітряних підшипників. Для повітряних підшипників тертя є виключно функцією зсуву повітря від руху. Таким чином, різниця між статичним і кінетичним тертям у вузлі повітряного підшипника фактично дорівнює нулю, тому проблема ковзання практично усунена.