6857

Визначення коефіцієнтів тертя ковзання

Лабораторная работа

Физика

Визначення коефіцієнтів тертя ковзання Мета роботи Метою є експериментальне визначення коефіцієнтів тертя ковзання у тертєвих парах з різних конструкційних матеріалів. Використовується метод В.О. Желіговського (нахиленої лінійки), що дає можли...

Украинкский

2013-01-08

87 KB

31 чел.

Визначення коефіцієнтів тертя ковзання

  1.  Мета роботи

Метою є експериментальне визначення коефіцієнтів тертя ковзання у тертєвих парах з різних конструкційних матеріалів. Використовується метод В.О. Желіговського (нахиленої лінійки), що дає можливість визначати коефіцієнти тертя при сухому терті двох твердих поверхонь, при ковзанні з відносно малою швидкістю.

  1.  Загальні теоретичні відомості

2.1. Основні поняття та терміни. Зовнішнє тертя твердих тіл – складне явище, що залежить від багатьох процесів, які відбуваються на межі розділу у зонах фактичного контакту та у тонких поверхневих шарах тіл при їх відносному тангенційному зміщенні. Сила зовнішнього тертя ковзання – опір відносному переміщенню твердих тіл, що спрямований проти цього переміщення. В залежності від стану поверхонь твердих тіл розрізняють тертя без змащування, граничне та рідинне.

Тертя без змащуванння (сухе) – тертя двох твердих тіл, якщо на їх повернях нема будь-якого змащувального матеріалу.

Граничне тертя – тертя двох твердих тіл при наявності на поверхнях шару рідини, яка має властивості, що відрізняються від обємних.

Рідинне тертя – тертя, що виникає при тангенційному зміщенні поверхонь, між якими існує відносно товстий шар рідини з обємними властивостями.

2.2. Взаємодія твердих тіл.  Молекулярно-механічна  (адгезійно-деформаційна) теорія тер-тя пояснює процес тертя як силову взаємодію мікровиступів шорстких поверхонь у зонах фактичного контакту. Ці останні займають лише незначну частину номінальної поверхні контак-тування й на них мікровиступи поверхонь деформуються та вкорінюються одни у одни. Опір цьому деформуванню визначає деформаційну (механічну) складову сили тертя. Її можна обчис-лити, якщо відомі механічні характеристики поверхневих шарів, геометричні розміри та форма мікронерівностей, напружений стан матеріалів у зоні контакту.  Молекулярна складова визна-чається взаємодією молекулярних структур поверхонь (притяганням та відштовхуванням). Цю складову можна розрахувати на основі напівемпіричних співвідношень, що були одержані у експериментальних дослідженнях.

Таким чином, дотичні напруження  n , що виникають на межі контакту поверхонь:

   n =  о +  pc ,                                                                          ( 1 )

де   о   та    – фрикційні константи, що визначаються умовами роботи пари тертя,  pc –  питомий тиск на контактних поверхнях.

2.3. Фактори, що визначають силу тертя при ковзанні.

     Сили тертя залежать від таких груп факторів:

            властивостей поверхневих шарів контактуючих деталей;

    – режиму тертя;

    – форми поверхонь кінематичної пари.

Перша група факторів, що визначають фізико-механічний та мікрогеометричний стан контактуючих поверхонь: молекулярна будова, структура поверхневого шару, внутрішні напруження у ньому, твердість, пружність та інші механічні властивості; мікрорельєф, притаманий кожній технічній поверхні, та ін.

Взаємодія поверхонь при терті суттєво залежить від характеру деформування мікровис-тупів: воно може бути пружним чи пружно-пластичним  (частіше всього) або ж пластичним.

          Друга група факторів  режим тертя: питомий тиск, відносні швидкості, температура у контактних зонах, присутність або відсутність на поверхнях тертя оксидів або змащуючих материалів,  властивості цих третіх речовин.

 

  1.  Сили при  терті ковзання.

Схема сил, що діють при переміщенні твердого тіла 1 відносно твердої поверхні 2, наведена на мал. 1.

      

  

     

Мал. 1. Сили при  терті

             ковзання                       

У тертєвій парі може виникнути самогальмування, коли рух під дією зовнішньої сили P стає неможливим, якою великою б вона не була, тобто при  цьому  P < Fт ;  умову самогаль-мування  можливо  записати  у  вигляді: g  < j т .

  1.  Вплив форми контактуючих поверхонь.

Це врахування впливу третьої групи факторів: вводять зведений коефіцієнт тертя співвідношення зовнішніх сил рушійної  P та  стискаючої контактуючі поверхні  N:  f¢ = P/N. При наявності тертя силу P знаходять через  f¢ :

                                                     P = Fт = f¢ N ,                                                           ( 3 )

де  Fт  зведена сила тертя у кінематичній парі.

2.6.  Параметри мікрорельєфу технічних поверхонь

   Мікрорельєф, згідно зі стандартами, описують десятьма параметрами, серед яких, крім параметрів, що характеризують висоту та крок мікронерівностей, повинні бути їх форма та напрямок "у плані".

     

                      Мал. 2.  Мікроелементи профілю

    

Висота Rmax  технічних поверхонь звичайно лежить у межах від 0.025 до 1600 мкм – це відстань між лініями виступів та западин. Крім того, висоту нерівностей виміряють параметрами:  Rz – висотою за десятьма точками ,  що є  сумою середніх арифметичних абсолютних відхилень п¢яти найбільших мінімумів Himin та п¢яти найбільших максимумів Himax  від середньої лінії  m,  яка провадиться так, щоб у межах базової лінії середнє квадратичне відхилення точок профілю до неї було мінімальне :

                                       

та  Raсереднім арифметичним абсолютних значень відхилень y(x) профілю:

                                    

 

Середній крок мікронерівностей  Sm  - середнє арифметичне значення кроку нерівностей у межах базової довжини.

Відносна опорна довжина профілю tp – це сума довжин відрізків bi , що знаходяться на визначеному рівні у матеріалі виступів на лінії, еквідистантній середній лінії; а відносна опорна довжина

                                                                 

 

        Мал. 3. Опорні криві для різних                

           способів обробки поверхонь:                     

     1 – точення; 2 – шлифування; 3 – полірування

що безпосередньо приймає участь у контактуванні поверхонь; її наближено можна описати  рівнянням   tp = aen . Значення коефіцієнтів  а та n  для стальних поверхонь такі:

вид обробки

а

n

точення

1.8

1.8

шліфування

2.3

1.6

полірування

2.5

1.6

    За допомогою параметрів опорної кривої розраховують зусилля, що виникають при контактуванні поверхонь, коефіцієнти тертя, параметри процесів зношування, герметичність стиків.

  1.  Розрахунок коефіцієнтів тертя при ковзанні

Для найбільш типових методів обробки поверхонь (середні значення коефіцієнтів опорної кривої  а = 2, n = 2)  коефіцієнт тертя при пружному контакті може бути розрахований за формулою

                        

де   = (1 2 )/E  пружна константа матеріалу; E  модуль пружності,   коефіцієнт Пуасона;  (для двох контактуючих поверхонь = 1 + 2; = Rmax/ra1/ , r  радіус мікронерівностей ; еф коефіцієнт гістерезисних втрат (для сталі  еф =0,1).

Значення величин у формулі (7) для інших матеріалів та умов контактування наведені у довідниках.

  1.  Орієнтовні значення коефіцієнтів тертя ковзання

Значення коефіцієнтів тертя ковзання, одержані у експериментах з різнимі матеріалами при малих швидкостях прослизання наведені нижче, але потрібно памятати про вплив вищезга-даних груп факторів – ці значення відповідають визначеним умовам експерименту.  Якщо останні будуть іншимі, зміняться й значення коефіцієнту  f , тобто до подібних даних потрібно завжди відноситися критично .

 

Орієнтовні значення коефіцієнтів тертя  ковзання

матеріали тертевих пар

коефіцієнт тертя   f

без змащування

із змащуванням

сталь по сталі

0,1 0,2

0,05 0,1

закалена сталь по закаленій сталі

0,12 0,25

0,06 0,12

сталь по бронзі

0,15 0,2

0,07 0,1

бронза по бронзі

0,15 0,2

0,07 0,1

сталь по алюмінієвому сплаву

0,16 0,3

0,08 0,2

сталь по текстоліту

0,2 0,3

0,12 0,18

  1.  Метод В.А. Желіговського

Коефіцієнт тертя знаходять із співвідношення  f  = tan j т , а кут тертя  j т визначається таким чином.

         

                               Мал. 4. Схема визначення коефіцієнту тертя

На горизонтальній площині столу (мал. 4) знаходиться лінійка 1 з матеріалу одного з матеріалів тертєвої пари; одним кінцем вона закріплена на голівці  2  креслярського приладу.  Кут нахилу лінійки  може змінюватися за допомогою поворотного пристрою голівки. До передньої площини лінійки кареткою 4  притискається зразок  3  з другого матеріалу пари тертя.

При переміщенні лінійки праворуч вздовж нижнього краю столу каретка, яку тягне лінійка, також почне переміщуватися. Якщо кут нахилу лінійки   менш куту тертя  j т  між ліній-кою та зразком, каретка разом зі зразком та лінійка будуть рухатися у напрямку  X    X  як одне ціле, не прослизаючи одна відносно другої.  Якщо   j т  , зразок буде прослизати по лінійці, а траєкторією руху каретки буде пряма лінія   V   V , що нахилена до нормалі  N    N  на кут j т .

  1.  Проведення експерименту

Для визначення коефіцієнту тертя необхідно на аркуші паперу, закріпленому на поверхні столу, прокреслити пряму  N    N  - нормаль до ребра лінійки. Пересуваючи лінійку з кареткою, одержати траєкторію  V   V  руху останньої за допомогою олівця, що встановлений у отвору каретки.  Від точки  O  перетину цих ліній відкласти довільний відрізок  OK , провести перпенди-

куляр  KM до нормалі  N    N  (напрямок ковзання зразка по лінійці) та визначити коефіцієнт тертя  f = tan j т  = KM /OK .

Для кожного зразку матеріалу визначення провести тричі та усереднити результати. Проаналізувати та пояснити одержані дані.

Оформити протокол проведення роботи .

  1.  Контрольні запитання

  1.  Який вплив сил тертя на працездатність механізмів ?
    1.  Які фактори впливають на сили тертя ?
    2.  Як впливають властивості досліджувальних матеріалів на коефіцієнти тертя ?
    3.  Які основні параметри мікрогеометрії технічних поверхонь ?
    4.  Яким чином шорсткість паперу, по якому переміщується каретка, впливає на результати визначення коефіцієнтів тертя методом  В.А. Желіговського ?

  1.  Література

  1.  Крагельский И.В., Добычин М.И., Комбалов В.С.  Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977.
    1.  Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн./ Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978.
    2.  Юденич В.В. Лабораторные работы по теории механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1962. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53125. Збірник завдань для тематичної атестації з геометрії для класів з поглибленим вивченням математики. Геометрія 8 клас 1.3 MB
  Збірник є дидактичним матеріалом з геометрії для 8 класу з поглибленим вивченням математики. Він містить 8 контрольних робіт в двох варіантах, за структурою наближених до атестаційної роботи в 9 класі.
53126. ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЕ ОБУЧЕНИЕ НА УРОКАХ ГЕОГРАФИИ 173 KB
  Карточки-задания при изучении темы Экономические районы Украины 9 класс Карточка №1 1. Карточка №2 1. Самый высокий уровень социально-экономического развития у района: а Северо-Восточного; б Приднепровского; в Донецкого Карточка №3 1 Проведите примерную границу между областями. Каковы...
53127. Einkufe und Ernährung. Wiederholung 29.5 KB
  Wir haben schon viel an diesem Thema gearbeitet und heute veranstalten wir an der Stunde einen Wettbewerb. Ich teile die Klasse in zwei Mannschaften und ihr erfüllt im Laufe der Stunde verschiedene Aufgaben. F?r jede richtige Aufgabe bekommt ihr einen Punkt. Welche Mannschaft hat mehr Punkten (B?lle), ist der Sieger.
53128. Збірник граматичних вправ з німецької мови для 6 класу 440.5 KB
  Sie waren jung und hatten Spaß! Präsens Heute bin ich alt und habe graue Haare. Perfekt Ich bin auch mal jung gewesen und habe keine grauen Haare gehabt. Präteritum Ich war auch mal jung und hatte keine grauen Haare.
53129. Внеклассное мероприятие по немецкому языку «Рождество в Германии» 1.31 MB
  Ведущий 1: Guten Tag, liebe Freunde! Heute feiern wir der hellste Tag - Weihnachten! Heute ist der schönste Tag im ganzen Jahr. Das ist der Weihnachtstag- Wie glänzt der Christbaum hell und klar. Wie freut sich die Kinderschar.
53130. Частини тіла (5 клас) 192.5 KB
  Heute beginnen wir ein neues Thema „Der Mensch“. Wir lernen, wie alle Körperteile heißen. Zuerst hört ihr ein Gedicht und sprecht nach.
53131. Федеративна Республіка Німеччина 70.5 KB
  Частина світу сторона світу країни карлики 25 держав колонізатори країни Західної Європи. Число Андрій Шевченко чудеса світу країни великий Велика сімка. Мотивація навчальної діяльності При знайомстві з регіоном Західної Європи ми з’ясували що країни цього регіону входять до числа розвинених країн світу а чотири з них – Німеччина Італія Франція Великобританія – члени Великої сімки. Інструктивна картка №1 Політологи фізико географи Загальні відомості про країну: назва; площа; форма правління; ...
53132. Свята в Німеччині та в Украіні 220.5 KB
  Guten Tag, liebe Kinder und liebe G?ste! Ich freue mich sehr, euch alle zu sehen und ich hoffe, dass ihr gute Zeit haben werdet. Feste und Br?uche spielen eine wichtige Rolle im Leben des Volkes. Und Deutsche haben Feiertage auch sehr gern. Der deutsche Dichter Joseph von Eichendorff hat?ber Feiertage ein Gedicht geschrieben...
53133. Leseverstehen. Das Märchen „Das Salz“ 52 KB
  Die dritte Tochter weinte und verließ ihren Vater. Aber bald sah man keine fröhlichen Menschen mehr. Brot ohne Salz, Fleisch ohne Salz, Gemüse ohne Salz -- das alles schmeckte den Menschen nicht. Sie hatten keinen Appetit mehr, sie wollten nicht mehr essen. Auch die Arbeit bereitete ihnen keine Freude mehr. Der König sah das alles. Das Essen schmeckte ihm auch nicht. Es gab kein Salz im Land mehr.