Трение во вращательной кинематической паре. Круг трения.

 

В зависимости от расположения прикладываемой нагрузки (силы тяжести), трение во вращательной кинематической паре различают: 1. Тело нагружено поперечной радиальной силой G (вал-подшипник). 2. Тело нагружено осевой силой G (пята-подпятник). 1-ый вид трения возникает в тормозных устройствах, 2-ой – в муфтах сцепления с плоскими дисками.   Соприкосновение элементов в кинематической паре происходит в точке А, где реакция R21 параллельна силе G. Полная реакция R21 должна отклониться от нормали на угол трения φ. Тогда величина силы трения по закону Кулона будет равна: Fтр=ƒ N. Сила нормального давления N = R21cosφ . 1. Вал-подшипник. Вал, расположенный в подшипнике, находится под действием радиальной силы G, внешнего момента М и вращается с постоянной угловой скоростью (рисунок 3.47).   G Мтр R21 N   Fтр A Рисунок 3.47 - Вал в подшипнике Так как при равновесии подшипника G = R21, то сила N = Gcosφ. Тогда сила трения определится: Fтр=ƒ Gcosφ Момент, приложенный к подшипнику, уравновешивается моментом трения: Мтр= Fтрr =ƒ Grcosφ, где r – радиус вала. Коэффициент трения ƒ =tgφ. Поэтому Мтр=Gr cosφ tgφ = Grsinφ , так как tgφ = sinφ /cosφ. Обозначим ρ = r sinφ . Тогда момент трения Mтр= Gρ = R21ρ . (3.113)     Круг трения Если из центра вала О описать окружность радиусом ρ, то полная реакция R21 будет направлена по касательной к этой окружности (рисунок 3.48). Круг радиусом ρ называетсякругом трения. ρ φ R21         Рисунок 3.48 - Круг трения 2. Пята-подпятник. В этом случае на поверхности соприкосновения пяты и подпятника возникает сила трения верчения, подчиняющаяся закону Кулона.   а) Fтр б) Fтр   G N G N R     R r   а - кольцевая пята, б - сплошная пята. Рисунок 3.49 - Пята с подпятником Момент трения для кольцевой пяты (рисунок 3.49, а) (3.114) Момент трения для сплошной пяты, когда r = 0 (рисунок 3.49, б) (3.115) Мы рассмотрели сухое трение в низших кинематических парах. Этого достаточно для понимания природы трения. Общее влияние на боковую силу при выполнении торможения показано в области тяги. Отдельные кривые показывают боковую силу при заданном угле увода. При воздействии тормозного усилия боковая сила постепенно уменьшается за счёт дополнительного скольжения, создаваемого в зоне контакта при торможении.   Рис. 10.23. Зависимость боковой силы от продольной силы при постоянных углах увода. Этот тип отображения поля тяги шины является основой для концепции " круга трения" (или эллипса трения, friction circle или friction ellipse). Признавая, что предел трения для шины, независимо от направления, будет зависеть от коэффициента трения, умноженного на нагрузку, становится ясно, что трение может быть использовано для боковой силы, или тормозной силы, или комбинации их обоих, либо в положительном, либо в отрицательном направлении. Но в любом случае не может быть общего вектора двух сил, превышающего предел трения. Таким образом, предел представляет собой круг в плоскости боковых и продольных сил. Часть круга на рисунке представляет собой круг трения для положительного квадранта поля тяги. Предел характеризуется кругом трения для шин, которые имеют в действительности одинаковые пределы для боковых и тормозных сил. Однако, некоторые специализированные шины могут быть оптимизированы для боковой тяги или тормозного сцепления с дорогой, и в этом случае пределом будет не круг, а эллипс. В последние годы концепция круга трения была использована как средство для оценки водителей гоночных автомобилей, с помощью ведения непрерывной записи боковых и продольных ускорений, поддерживаемых на треке. Для получения максимальной эффективности при прохождении круговой трассы шины должны постоянно работать на предельных режимах либо в повороте, либо при торможении/ускорении. Таким образом, комбинированные боковые и продольные ускорения, измеренные на машине, всегда должны выжимать предельное трение, и наиболее эффективный водитель тот, кто может наиболее точно поддерживать этот оптимум. После построения записи этих двух ускорений в полярных координатах, получается визуальная информация о эффективности водителя, если посмотреть на процент времени, проведённого на предельном трении.

Трения пяты о подпятник.

Вследствие большого различия линейной скорости и работы сил трения в разных точках контакта сплошной пяты и подпятника происходит неравномерный износ поверхностей трения, в результате которого рабочие поверхности становятся выпуклыми. При этом увеличиваются удельное давление в центральной части пяты и подпятника, нагрев и износ. Чтобы в этом случае создать воздушную подушку между пятой и подпятником, уравновешивающую нагрузку вала, прибегают к нагнетанию воздуха в зазор извне при помощи специального компрессора. Однако зтот метод, требующий специального сложного оборудования, неудобен. Кроме того, малейшее нарушение подачи воздуха от компрессора неизбежно вызовет аварию.   Подпятники. Шарики, заключенные между поверхностями плоской пяты и подпятника, представляют собой простейший вид шарикового подпятника. Рассмотрим движение шарика, предполагая отсутствие скольжения. Точка касания шарика с опорной плоскостью имеет скорость нуль, а точка касания его с пятой — скорость последней. Движение шарика складывается из мгновенного вращения вокруг оси О О с угловой скоростью.

47. Трение скольжения смазанных тел. Основные требования, необходимые для жидкостного трения.

При жидкостном трении непосредственного соприкосновения между двумя поверхностями, движущимися относительно друг друга, не бывает, поскольку между этими поверхностями существует промежуточный смазочный слой жидкости. При относительном движении поверхностей отдельные слои жидкости сдвигаются относительно друг друга. Итак, трения в жидком слое сводится к вязкому смещения. Для удобства технических расчетов при изучении жидкостного трения вводят понятие коэффициента трения, но в отличие от коэффициента сухого трения коэффициент жидкостного трения / зависит от скорости v движения слоев масла относительно друг друга, от нагрузки р и от коэффициента вязкости ц.

1) смазочная жидкость занимает зазор между скользящими поверхностями, должна задерживаться в зазорах;

2) в слое масла при относительном скольжении смазываемых поверхностей должно возникать и поддерживаться внутреннее давление, который уравновешивает внешнюю нагрузку, прижимающая скользящие поверхности друг к другу;

3) смазочная жидкость должна полностью отделять скользящие поверхности;

4) слой жидкости между скользящими поверхностями должен иметь толщину, не меньшую определенной минимальной границы, которая определяется высокими элементами поверхностей трущихся тел. Для осуществления первого требования необходимо, чтобы при смачивании твердых тел смазочной жидкостью силы сцепления между поверхностями твердых тел и прилегающим слоем жидкости были больше, чем силы сцепления между частями смазочной жидкости. Тогда при относительном движении смоченных твердых поверхностей возникает скольжение слоев масляной жидкости относительно друг друга и не будет скольжения жидкости относительно твердых тел. Эти свойства тем важнее, чем чаще можно ожидать смешанного или даже трения насухо, между тем как при трении смазанных тел и отдаче тепла при посредстве смазочного материала металл, из которого изготовлен подшипник, не имеет значения. В точке а, наступает уже смешанное трение и связанное с ним изнашивание подшипника, а в точках аг к а3 имеет место трение смазанных тел без изнашивания. Для подшипника наиболее подходит то масло, которое при наивысших значениях pv, возможных по условиям работы подшипника, вызывает наименьшее натревание подшипника. Внешние силы могут быть постоянными, как, например, силы тяжести, сопротивления резанию металла при постоянном сечении стружки и др., или зависящими только от положения звена, на которое они действуют ( силы давления газов, действующих на поршень двигателя внутреннего сгорания или компрессора, сопротивление, встречаемое пуансоном пресса при прошивании отверстий и др.), от скорости звена ( момент электродвигателя, силы трения смазанных тел и др.), от времени. Кроме того, в машине могут действовать силы, зависящие от ряда перечисленных выше независимых переменных. Определение конкретной величины внешней силы возможно только в том случае, если задана ее характеристика. Внешние силы могут быть постоянными, как, например, силы тяжести, сопротивления резанию металла при постоянном сечении стружки и др., пли зависящими только от положения звена, на которое они действуют (силы давления газов, действующих на поршень двигателя внутреннего сгорания или компрессора, сопротивление, встречаемое пуансоном пресса при прошивании отверстий и др.), от скорости звена ( момент электродвигателя, силы трения смазанных тел и др.), от времени. Кроме того, в машине могут действовать силы, зависящие от ряда перечисленных выше независимых переменных. Определение конкретной величины внешней силы возможно только в том случае, если задана ее характеристика

⇐ Предыдущая12345678

Поделиться: