Виды трения. Закон Амонтона-Кулона

ТРЕНИЕ В МЕХАНИЗМАХ

Силовой расчет и анализ движения механизмов до сих пор рассматривались без учета сил трения. Трение играет большую роль при работе механизмов. Как указывалось в п. 3.1.1 данной главы, трение относится к силам вредного сопротивления и является нежелательным элементом. В данном параграфе мы рассмотрим виды трения и определение сил трения в различных кинематических парах.

Трение представляет собой сложный комплекс механических, физических и химических явлений.

Различают два основных вида трения:

1. Сухое трение – трение двух несмазанных поверхностей.

2. Жидкостное трение – трение двух смазанных поверхностей.

Сухим трением также можно назвать такой вид трения, при котором выступающие неровности поверхностей непосредственно соприкасаются друг с другом. Если же между двумя поверхностями имеется слой смазки и поверхности между собой не соприкасаются, то такой вид трения называют жидкостным трением.

Также существуют промежуточные виды трения:

1. Полусухое трение – вид трения, при котором наиболее выступающие поверхности не разделяются слоем смазки и приходят в непосредственное соприкосновение.

2. Полужидкостное трение – вид трения, при котором большая часть выступающих поверхностей разделяется слоем смазки.

Различие между полусухим и полужидкостным видами трения заключается в том, какой из основных видов трения преобладает.

По видам относительного движения трение различают:

1. Трение скольжения в низших кинематических парах I рода – внешнее сопротивление при поступательном движении.

2. Трение качения в низших кинематических парах I рода – внешнее сопротивление при перекатывании двух соприкасающихся тел.

3. Трение качения со скольжением в высших кинематических парах II рода.

Явление сухого и жидкостного видов трения по своей природе совершенно различны. Мы рассмотрим только трение скольжения и качения несмазанных поверхностей.

Рассмотрим движение тела по наклонной плоскости.

Из курса физики известно, что на тело, движущееся по наклонной плоскости (рисунок 3.41), и находящееся под действием силы тяжести G, действуют силы: N - сила нормального давления (нормальная составляющая реакции наклонной плоскости), F_тр - сила трения (сила сопротивления движению).

	Для равновесия тела необходимо, чтобы выполнялись равенства: Fтр= G sinα; N =G cosα, где α - угол наклонной плоскости. Из этих равенств следует: Fтр/N = tgα. (3.104) Равновесие возможно, пока угол α не превышает некоторого предельного значения φ и пока имеет место равенство tgα £ tgφ. Обозначим tgφ = ƒ, тогда tgα £ ƒ.

φ

N

F_тр

α G sinα

Gcosα

G

Рисунок 3.41 - Трение на

наклонной плоскости

Из равенства (3.104) с учетом данного неравенства, следует:

F_тр= ƒN. (3.105)

Равенство (3.105) носит название закон Амонтона-Кулона, который гласит: сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления.

В этой формуле ƒ - коэффициент трения покоя, φ - угол трения покоя.

На основе ряда экспериментов Кулоном была установлена зависимость силы трения от величины нормального давления:

F_тр=А+ƒN, (3.106)

где А – постоянная трения, зависящая от «цепкости» поверхностей. Формула (3.106) также носит название закона Амонтона-Кулона. В большинстве технических расчетов постоянной А пренебрегают и пользуются формулой (3.105).

Основные положения закона Амонтона-Кулона

1. Коэффициент трения считается постоянным и сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления.

2. Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости.

3. С увеличением скорости движения сила трения уменьшается.

4. Трение не зависит от величины соприкасающихся поверхностей.

5. Трение зависит от материалов и состояния трущихся поверхностей.

6. Трение возрастает с увеличением времени предварительного контакта соприкасающихся поверхностей.

Рассмотрим определение силы трения для различного вида движений.

Дата добавления: 2014-01-20