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 F^t, 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 f ₀ 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 F ₀ > , f ₀ > f, j₀ > j, т.е. коэффициент трения покоя больше коэффициента трения движения.

При движении тела 1 в разных направлениях по плоскости 2 равнодействующая R ₂₁будет 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