Виды трения. Законы трения скольжения

 

Различают два основных принципиально отличающихся друг от друга вида трения: трение скольжения (трение 1-го рода) и трение качения (трение 2-го рода).

Трение скольжения является характерным для низших кинематических пар, хотя имеет место и в высших парах. Оно представляет собой сложный физико-химический процесс, приводящий в итоге к нагреву элементов пары, ухудшению физических (прочностных) свойств материалов, из которых они выполнены, интенсивному износу, потерям мощности на непроизводительное преодоление сил трения. Самое простое объяснение причин сопротивления движению при трении заключается том, что при относительном движении твёрдых тел (звеньев) микронеровности одного из них встречают микронеровности другого, в результате чего возникает некоторая суммарная сила, направленная навстречу относительному движению. Например, твёрдое тело 2 (рис. 5.1) движется в указанном направлении с относительной скоростью по отношению к твёрдому телу 1. При этом его микронеровности наталкиваются на микронеровности тела 1, что вызывает появление нормальных реакций в точках контакта микронеровностей (эти реакции на
рис. 5.1 изображены диагоналями прямоугольников). Суммарная величина вертикальных составляющих реакций равна сжимающей силе Q, а суммарная величина горизонтальных составляющих является силой трения , направленной против скорости относительного движения. Следует иметь в виду, что силы трения контактирующих тел действуют попарно, т. е. одна из них приложена к одному телу другая – к другому, причём эти силы равны и противоположны, подобно рассмотренным ранее реакциям в кинематических парах.

Трение скольжения подразделяется на несколько видов в зависимости от условий, в которых происходит работа кинематических пар.

Сухое трение, возникающее при абсолютно чистых и сухих поверхностях контакта, лишённых каких-либо следов влаги, окислов, пыли и других субстанций. В этих условиях трущиеся поверхности касаются непосредственно друг друга. Такие условия трения могут быть получены только в лабораторных условиях.

Граничное трение характерно при толщине слоя смазки между трущимися поверхностями менее 0,1 мкм.

Жидкостное трение имеет место, когда трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазки и микронеровности совсем не касаются друг друга (рис. 5.2). Сопротивление относительному движению твёрдых тел в этом случае полностью определяется свойствами смазывающей жидкости и существенно зависит от её вязкости. Закономерности этого вида трения заметно отличаются от закономерностей других видов трения.

Полужидкостное трение возникает, когда условия чисто жидкостного трения не соблюдены, и тогда в одних местах контакта твёрдых тел имеется жидкостное трение, в других – граничное. В связи с этим данный вид трения называют смешанным. Этот вид трения чаще всего возникает в машинах.

Полусухое трение бывает, когда одновременно имеется и сухое трение, и граничное. Такой вид трения будет, если очищенные от влаги, окислов, пыли, аэрозолей поверхности оставить на некоторое время на воздухе, а потом ввести в соприкосновение.

З а к о н ы т р е н и я с к о л ь ж е н и я.

1. Сила трения всегда направлена против скорости относительного движения.

2. С достаточной для технических расчётов точностью силу трения можно определить по формуле Кулона – Амонтона . Здесь – коэффициент трения; – нормальная реакция, возникающая в кинематической паре при действии сжимающего усилия.

3. Коэффициент трения зависит от физической природы и состояния трущихся поверхностей, то есть шероховатости, наличия и сорта смазки и др.

4. Коэффициент трения зависит от скорости относительного движения тел
(рис. 5.3), однако с достаточной для практики точностью принимается, что он остаётся постоянным при любой скорости. Многочисленные исследования выявили, что при трогании с места коэффициент трения больше, чем при движении. Этот коэффициент называют статическим коэффициентом трения, или коэффициентом трения покоя. Его обозначают и считают, что , в то же время независимо от скорости движения.

5. Коэффициент трения покоя зависит от времени контакта твёрдых тел в состоянии покоя, что объясняется постепенным взаимопроникновением материалов тел друг в друга. Чем дольше находятся в неподвижном контакте тела, тем глубже проникновение и тем труднее потом сдвинуть их с места.

6. Коэффициент трения зависит от удельного давления. Эта зависимость представлена на
рис. 5.4. Сначала величина коэффициента резко увеличивается, затем по достижении определённого значения остаётся постоянной, а потом при достаточно больших величинах удельного давления снова резко возрастает, вследствие пластических деформаций материалов трущихся поверхностей. Однако в технических расчётах такая зависимость не учитывается, а принимается постоянным то значение , которое не меняется в большом диапазоне изменения удельного давления.

Значения коэффициентов трения для различных материалов и условий работы трущихся поверхностей приводятся в физических и технических справочниках.