· трение скольжения появляется в кинематической паре при наличии относительного движения звеньев;
· трение качения появляется в высших кинематических парах при наличии относительного вращательного движения звеньев вокруг оси или точки контакта;
· трение верчения возникает при взаимодействии торцевых поверхностей звеньев вращательных кинематических пар (подпятники).
Опыт показывает также, что сила трения уменьшается, если соприкасающиеся поверхности твёрдых тел смазаны жидкостью. По наличию и виду применяемых смазочных материалов различают сухое, граничное, жидкостное трение и с газовой смазкой.
Снижение трения в подвижных соединениях машин требует дополнительных решений, эффективность которых в большой степени зависит от роддержания условий эксплуатации (рис. 16.1).
Рис. 16.1. Пути снижения трения
Трение скольжения несмазанных тел
Сила трения скольжения F возникает в плоскости касания (скольжения) двух соприкасающихся прижатых силой Fn друг к другу тел при их относительном перемещении. Для преодоления силы трения необходимо приложить сдвигающую силу Ft, расположенную в плоскости скольжения.
Силу трения скольжения можно выразить следующей приближенной формулой (закон Кулона-Амонтона):
,
где F – сила трения скольжения, т.е. сила, препятствующая относительному движению двух соприкасающихся тел; f – коэффициент пропорциональности для конкретных условий трения, называемый коэффициентом трения скольжения (коэффициент трения 1-рода); Fn – результирующая сила нормальных давлений, направленная по общей нормали к поверхности соприкасающихся тел, соответственно нормальная реакция Rn равна Fn. Тогда
.
Трение появляется не только во время движения тел, но и тогда, когда тела находятся в покое. Трущиеся тела 1 и 2 (рис. 16.2) с большей или меньшей силой сцеплены одно с другим. Пусть к телу 1 приложена сила, стремящаяся сдвинуть его слева направо. При увеличении силы будет иметь место невидимый глазом, но обнаруживаемый точными приборами упругий сдвиг одной трущейся поверхности относительно другой. При увеличении силы деформация сдвига будет увеличиваться и при некотором предельном значении сдвигающей силы начнется видимое движение тела 1 относительно тела 2. Опыты показывают, что для приведения в движение тела 1 требуется сила, несколько большая той, которую приходится преодолевать при последующем равномерном движении. Предельная сила, сопротивляющаяся в начальный момент движения трущегося тела, называется силой трения покоя или силой сцепления, а сила сопротивления, возникающая во время движения, получила название силы трения движения.
Для того, чтобы тело 1 (рис. 16.2) вывести из состояния покоя, к нему нужно приложить движущую силу , равную
.
Рис. 16.2
Установлено, что трение представляет сложный комплекс механических, химических и др. явлений. Однако количественный учет этих явлений в настоящее время произвести не представляется возможным. Опыты показывают, что величина силы трения чрезвычайно изменчива. Помимо материала, чистоты обработки поверхности, смазки, удельного давления и относительной скорости передвижения трущихся тел на величину силы трения оказывают влияние такие, казалось бы, малозначимые факторы, как наличие или отсутствие оксидной плёнки, влажность, температура и т.п. Всё это приводит к тому, что наука до сих пор еще не имеет до конца разработанной теории трения и износа. Поэтому в инженерных расчетах приходится пользоваться некоторыми приблизительными (усредненными) величинами коэффициентов трения, значения которых получены как результат обобщения большого экспериментального материала. В большинстве справочников значения коэффициентов трения скольжения приводят в зависимости от материала соприкасающихся тел, чистоты обработки поверхности и для случая сухого трения.
Коэффициент f0 называется коэффициентом трения покоя. Угол j0, образованный направлениями полной реакции R0 и нормальной реакции , называется углом трения покоя.
Для того, чтобы тело продолжало движение с постоянной скоростью, необходимо приложить силу , несколько меньшую силы и равную
.
Из рис. 16.2 получим
; ;
так как >, то F0 >, f0 > f, j0 > j, т.е. коэффициент трения покоя больше коэффициента трения движения.
При движении тела 1 в разных направлениях по плоскости 2 равнодействующая R21 будет отклоняться от нормальной реакции Rn на угол j в сторону противоположную относительному движению, образуя конус с углом 2j при вершине – называемый конусом трения (рис. 16.3).
Конус трения – поверхность описываемая равнодействующей (силы трения и нормальной реакции) при вращении её вокруг нормальной реакции, или конус с углом при вершине равным двойному углу трения.
Рис. 16.3
Трение на горизонтальной плоскости
Движение тела на плоскости можно рассматривать под действием только одной силы, т.к. несколько действующих сил на тело можно привести к одной - равнодействующей.
Предположим, что на тело действует сила Р (рис. 16.4) под углом l к нормали. Перенесём силу Р в точку пересечения её вектора с перпендикуляром к плоскости соприкосновения и разложим её по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Нормальная составляющая Рn, прижимая тело к плоскости, создает противодействующую движению тела силу F0 трения покоя; тангенциальная составляющая Рt стремится сдвинуть тело.
Рис. 16.4
Для возможности движения необходимо выполнение условия:
.
Так как
То
,
откуда
,
где j0 - угол трения покоя.
Из этого следует, что сила, действующая внутри конуса трения, независимо от её величины, привести в движение тело не может.
Подставив в приведённые выше неравенства F вместо F0, f и j вместо f0 и j0 и заменив во всех неравенствах знак > знаками ³, придём к заключению, что движение тела на плоскости возможно лишь при соблюдении условия .
При получаем и движение с постоянной скоростью, при получаем и движение с ускорением.
При возникновение движения невозможно, при вызванное какими-либо силами и продолжающееся по инерции движение тела при действии на него силы Р будет происходить с замедлением, так как в этом случае создаваемая силой Рn противодействующая движению сила трения будет больше силы Рt, поддерживающей движение.
Трение на наклонной плоскости
Рассмотрим случай, когда на тело, находящееся на наклонной плоскости с углом l к горизонту, действует одна сила, перпендикулярная основанию плоскости (рис 16.5), например сила веса.
Рис. 16.5
В этом случае возможно движение только вниз при соблюдении условия . При под действием силы, перпендикулярной основанию плоскости, движение, независимо от величины силы, не может ни возникнуть, ни продолжаться без замедления.
Плоскость с углом наклона, меньшим угла трения, называется самотормозящей.
Рассмотрим случай, когда на тело, находящееся на плоскости, наклоненной под углом l к горизонту, действуют две силы, одна из которых перпендикулярна основанию плоскости, а другая параллельна. В этом случае возможно движение тела вверх, или вниз по наклонной плоскости.
1. Движение тела вверх по наклонной плоскости (рис. 16.6).
Рис. 16.6
В этом случае параллельная основанию плоскости сила Р должна быть направлена вправо. Для возможности движения вверх по плоскости необходимо, чтобы равнодействующая R сил P и Q составляла угол b с перпендикуляром к плоскости не меньше угла трения j, т.е. необходимо выполнение условия
.
Из построения следует
.
Из приведенных выше неравенства и равенства вытекает следующее условие для возможности движения тела вверх по наклонной плоскости:
.
2. Движение тела вниз по наклонной плоскости (рис. 16.7).
В этом случае из построения следует
и, следовательно, движения тела вниз по наклонной плоскости оказывается при возможным при соблюдении условия
.
Рис. 16.7
На рис. 16.7 сила Р направлена вправо и является силой, противодействующей движению. Необходимость в силе Р, направленной влево (рис. 16.8), для движения тела вниз будет только в том случае, если под действием только одной силы Q движение не будет происходить (самотормозящая плоскость).
Из построения (рис. 16.8) получаем
При необходимая для движения сила Р должна удовлетворять условию
.
Рис. 16.8
Трение клинчатого ползуна
На рис. 16.9 изображён клинчатый ползун, имеющий в поперечном сечении форму трапеции, который прижимается силой Q к двум поверхностям трения, наклоненным каждая к линии действия силы Q под углом g. При движении клинчатого ползуна в направлении, перпендикулярном к плоскости чертежа, величина силы трения:
.
Приняв во внимание, что сумма проекций сил на вертикаль равна нулю, получаем
.
Введя обозначение , получаем
,
где величина f¢ называется фиктивным или приведённым коэффициентом трения.
Рис. 16.9
Трение во вращательных парах
Вращательная кинематическая пара образуется цапфой (опорной частью вала) и охватывающим её подшипником.
Для того чтобы цапфа, находящаяся под действием нескольких приложенных к ней сил, могла вращаться, необходимо, чтобы равнодействующая Р этих сил (рис. 16.10) создавала момент не меньший момента силы трения.
Рис. 16.10
Разложив силу Р на нормальную Рn и тангенциальную Рt составляющие и обозначив через: r плечо действия силы Р относительно оси вращения цапфы; R – радиус цапфы; l - угол между линией действия силы Р и радиусом, проведённым в точку приложения силы P, получим:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39
