Zjawisko tarcia w motoryzacji

Codziennie jesteśmy uczestnikami wielu zjawisk, których obecności nie jesteśmy świadomi. Od momentu pierwszych kroków jako dziecko, aż po korzystanie z samochodów w życiu dorosłym towarzyszy nam uczucie, że im szybciej chcemy się poruszać tym więcej energii musimy wykorzystać. Podczas wytężonej pracy pocimy się, przy szybkiej jeździe rośnie hałas oraz temperatura silnika. Gdy pocieramy rękami czujemy ciepło. Wszystkie te objawy są związane ze zjawiskiem jakie towarzyszy ruchowi. Jest nim tarcie, czyli opór jaki powstaje gdy staramy się coś poruszyć.

Tarcie – dobre czy złe?

Żyjemy w czasach, w których od każdego procesu wymaga się energooszczędności. Może się zatem wydawać, że tarcie jest czymś złym, niepotrzebnym, a wręcz szkodliwym. Czy aby na pewno tak jest? Przecież gdy ślizgamy się po lodzie, tarcie jest bardzo niewielkie, lecz posypujemy chodniki piaskiem, aby się nie przewrócić. Podobnie jest w technice, zwykle dążymy do ograniczenia oporów, lecz czasem są one niezbędne, aby dane urządzenie działało prawidłowo. Spróbujmy opisać jak wykorzystujemy tarcie oraz w jaki sposób radzimy sobie z nim w motoryzacji.

Tarcie w motoryzacji

Uruchamiając silnik, wprawiamy w ruch wiele mechanicznych części, które mają na celu sprawić, aby samochód ruszył. Z doświadczenia wiemy, że w warunkach zimowych dodawanie nadmiernej ilości gazu mija się z celem. Koła na śniegu kręcą się w miejscu, a my nie możemy wyjechać z miejsca parkingowego. Tutaj właśnie mamy do czynienia z sytuacją, gdy opory na styku opony i nawierzchni są zbyt małe. Nie mamy „przyczepności”. Jednak już podczas jazdy koła pojazdu kręcą się, łożyska obracają, w silniku układ korbowo-tłokowy nieustannie pracuje, a przekładnie w skrzyni biegów obracają się. Musimy ciągle dostarczać energię ze spalanego paliwa, aby dojechać do celu. W tej sytuacji opory w układzie napędowym przeszkadzają nam. Dodatkowo wpływają one na zużywanie się części. Bronimy się przed tym stosując odpowiednie środki smarne.

Zmniejszenie siły koniecznej do napędu możemy uzyskać na dwa sposoby. Pierwszym jest stworzenie produktu o bardzo dużej płynności. firmy zajmujące się środkami smarnymi, w porozumieniu z producentami samochodów starają się produkować oleje o jak najmniejszej lepkościZ życia codziennego wiemy, że łatwiej jest przelewać wodę niż olej. Potrząsając butelką z wodą dużo szybciej przemieszcza się ona w opakowaniu. Wynika to z faktu, że woda ma większą płynność. W technice mamy określenie „lepkość”. W uproszczeniu możemy przyjąć, że termin ten oznacza płynność. Im mniejsza lepkość tym większa płynność i mniejsze opory. Z tego względu firmy zajmujące się środkami smarnymi, w porozumieniu z producentami samochodów starają się produkować oleje o jak najmniejszej lepkości. Kiedyś normą były produkty SAE 10W-40, a dziś wielu producentów rekomenduje SAE 0W-20. Im niższa liczba z prawej strony przy „W”, tym mniejsza lepkość w temperaturze pracy jednostki napędowej. Pamiętajmy jednak, że oleje bardzo płynne nie nadają się do starszych konstrukcji.

Oczekiwania co do energooszczędności rosną nieustannie. Z tego względu konieczne są inne drogi osiągnięcia celu niż obniżanie lepkości. Drugim sposobem jest stosowanie specjalnych substancji chemicznych, które redukują tarcie. Są to dodatki zwane „FM” (Friction Modifiers – czyli modyfikatory tarcia), „AW” (Anti Wear – czyli przeciw zużyciowe) oraz „EP” (Extreme Pressure – czyli dodatki chroniące przed znacznymi naciskami jednostkowymi). Tworząc recepturę oleju, producent dobiera skład do przeznaczenia. Przykładowo przy niewielkich obciążeniach wystarczą dodatki typu „FM”, natomiast gdy mamy do czynienia z bardzo mocno obciążonymi kołami zębatymi konieczne są „EP”. Można zatem wyprodukować oleje o takiej samej lepkości, ale zapewniające różną redukcję oporów.

są takie sytuacje, gdy nadmierna redukcja tarcia nie jest pożądanaW motoryzacji są jednak takie sytuacje, gdy nadmierna redukcja tarcia nie jest pożądana. Przykładami są niektóre automatyczne skrzynie biegów lub mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu. W tego typu zespołach do działania konieczne jest szybkie sprzęganie tarcz ciernych. Zbyt małe tarcie może doprowadzić do nadmiernego poślizgu, a w konsekwencji nieprawidłowego działania lub awarii.

Widzimy zatem, że związek pomiędzy tarciem, efektem jaki chcemy uzyskać, a środkiem smarnym jest ściśle określony. Choć w większości przypadków zmniejszenie oporów jest pożądane, to są zastosowania, gdzie musimy zapewnić określoną wartość siły tarcia. Patrząc z perspektywy oleju musimy mieć świadomość, że parametry cierne jakie musi on zapewnić to tylko jeden z jego parametrów. Na recepturę środka smarnego wpływa znacznie więcej czynników. Jest to jednak temat na kolejny artykuł.