6858

Определение коэффициентов трения скольжения

Лабораторная работа

Физика

Определение коэффициентов трения скольжения Цель работы Цель - экспериментальное определение коэффициентов трения скольжения в трущихся парах из разных конструкционных материалов. Используется метод В.A. Желиговского (наклонной линей...

Русский

2013-01-08

66 KB

73 чел.

Определение коэффициентов трения скольжения

  1.  Цель работы

Цель –  экспериментальное определение коэффициентов трения скольжения в трущихся парах из разных конструкционных материалов. Используется метод В.A.Желиговского (наклонной линейки), что дает возможность определять коэффициенты трения при сухом трении двух твердых поверхностей, при скольжении с относительно малой скоростью.

  1.  Общие теоретические тсведения

2.1. Основные понятия и термины. Внешнее трение твердых тел – сложное явление, которое зависит от многих процессов, происходящих на границе тел в зонах фактического контакта и в тонких поверхностных слоях тел при их относительном тангенциальном смещении. Сила внешнего трения скольжения – сопротивление относительному перемещению твердых тел, направленное против этого перемещения. В зависимости от состояния поверхностей твердых тел различают трение сухое, граничное  и  жидкостное.

Сухое трение – трение двух твердых тел, если на их поверхостях нет какого-нибудь смазывающего материала.

Граничоне тертя – трение двух твердых тел при наличии на поверхностях слоя жидкости, имеющей свойства, отличающиеся от объемных.

Жидкостное трение – трение, возникающее при тангенциальном смещении поверхно-стей, между которыми существует относительно толстый слой жидкости с объемными свойствами.

2.2. Взаимодействие твердых тел.  Молекулярно-механическая  (адгезионно-деформа-ционная) теория трения объясняет процесс трения как силовое взаимодействие микровыступов шероховатых поверхностей в зонах фактического контакта. Последние занимают лишь незначительную часть номинальной поверхности контактирования и на них микровиступы поверхностей деформуются и внедряются друг в друга. Сопротивление этому деформированию определяет деформационную (механическую) составляющую силы трения. Ее можно вычислить, если известны механические характеристики поверхностных слоев, геометрические размери и форма микронеровностей, напряженное состояние материалов в зоне контакта.  Молекулярная составляющая определяется взаимодействием молекулярных структур поверхностей (притяжением и отталкиванием). Эту составляющую можно рассчитать на основе полуэмпирических соотношений, полученных экспериментально.

Таким образом, касательные напряжения  n , возникающие на границе контакта поверхностей:

   n =  о +  pc ,                                                                          ( 1 )

где   о   та    – фрикционные константы, определяющиеся условиями работи пары трения,  pc –  удельное давление на контактных поверхностях.

2.3. Факторы, определяющие силу трения при скольжении.

     Силы трения зависят от таких групп факторов:

            свойств поверхностных слоев контактирующих деталей;

    – режима трения;

    – формы контактирующих поверхностей.

Первая группа факторов, определяющих физико-механическое и микрогеометрическое состояние контактирующих поверхностей: молекулярное строение, структура поверхностного слоя, внутренние напряжения в нем, твердость, упругость и другие механические свойства; микрорельеф, присущий каждой технической поверхности, и т.п.

Взаимодействие поверхностей при трении значительно зависит от характера деформирования микровыступов: оно может быть упругим,  упруго-пластическим  (чаще всего) или же пластическим.

          Вторая группа факторов режим трения: удельное давление, относительная скорость, температура в контактных зонах, наличие или отсутствие на поверхностях трения оксидов или смазывющих материалов,  свойства этих третьих веществ.

 

  1.  Силы при  трении скольжения.

Схема сил, действующих при перемещении твердого тела 1 относительно твердой поверхности 2, приведена на рис. 1.

      

  

     

Рис. 1. Силы при  трении

             скольжения                       

В трущейся паре может возникнуть самоторможение, когда движение под действием внешней силы P становится невозможным, какою бы большой она ни была, т.е. при  этом  P < Fт ;  условие самоторможения  можно  записать  в  виде: g  < j т .

  1.  Влияние формы контактирующих поверхностей.

Это учет влияния третьей группы факторов: вводят приведенный коэффициент трения соотношение внешних сил движущей  P  и  сжимающей контактирующие поверхности  N:

 f¢ = P/N.  При наличии трения силу P находят через  f¢ :

                                                     P = Fт = f¢ N ,                                                           ( 3 )

где  Fт  приведенная сила трения в кинематической паре.

  1.  Ориентировочные значения коэффициентов трения скольжения

Значения коэффициентов трения скольжения, полученные в экспериментах с разными материалами при малых скоростях скольженияя приведены ниже, но необходимо помнить про влияние вышеупомянутых групп факторов – эти значения отвечают определеннымм условиям эксперимента.  Если последние будут другими, изменятся и значения коэффициента  f , т.е. к подобным данным надо всегда относиться критически .

 

Ориентировочные значения коэффициентов трения скольжения:

материалы трущихся пар

коэффициент трения   f

без смазывания

со

смазыванием

сталь по стали

0,1 0,2

0,05 0,1

закаленная сталь по закаленной стали

0,12 0,25

0,06 0,12

сталь по бронзе

0,15 0,2

0,07 0,1

бронза по бронзе

0,15 0,2

0,07 0,1

сталь по алюминиевому сплаву

0,16 0,3

0,08 0,2

сталь по текстолиту

0,2 0,3

0,12 0,18

  1.  Метод В.А. Желиговского

Коэффициент трения находят из соотношения  f  = tan j т , а угол трения  j т определяют таким образом.

На горизонтальной плоскости стола (рис. 2) находится линейка 1 из матераалу одного из материалов трущейся пары; одним концем она закреплена на головке  2  чертежного пантографа.  Угол наклона линейки  может изменяться при помощи поворотного устройства головки. К передней плоскости линейки кареткою 4  прижимается образец  3  из другого материала пары трения.

При перемещении линейки вправо вдоль нижнего края стола каретка, которую тянет линейка, также начнет перемещаться. Если угол наклона линейки   меньше угла трения  j т  между  линейкой и образцом, каретка вместе с образцом и линейка будуть двигаться  в  направлении  X    X  как одно целое, не проскальзывая относительно друг друга.  Если   j т  , образец будте скользить по линейке, а траекторией движения каретки будт прямая линия   V   V , наклоненная к нормали  N    N  на угол j т .

         

                               Рис. 2. Схема определнеия коэффициента трения

  1.  Проведение эксперимента

Для определения коэффициента трения необходимо на листе бумаги, закрепленного на поверхности стола, прочертить прямую  N    N   нормаль к ребру линейки. Передвигая линейку с кареткой, получить траекторию  V   V  движения последней при помощи карандаша,  установ-ленного в отверстии каретки.  От точки  O  пересечения этих линий отложить произвольный отрезок  OK , провести перпендикуляр  KM к нормали  N    N  (направление скольжения образцаа по линейке) и определить коэффициент трения  f = tan j т  = KM /OK .

Для каждого образца материала определение провести трижды и усреднить результаты. Проанализировать и объяснить полученные данные.

Оформить протокол проведения работы .

  1.  Литература

5.1. Крагельский И.В., Добычин М.И., Комбалов В.С.  Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977.

5.2. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн./ Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978.

5.3. Юденич В.В. Лабораторные работы по теории механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1962. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36247. Генети́ческий алгори́тм 57.5 KB
  Некоторым обычно случайным образом создаётся множество генотипов начальной популяции. Таким образом можно выделить следующие этапы генетического алгоритма: Задать целевую функцию приспособленности для особей популяции Создать начальную популяцию Начало цикла Размножение скрещивание Мутирование Вычислить значение целевой функции для всех особей Формирование нового поколения селекция Если выполняются условия останова то конец цикла иначе начало цикла. Создание начальной популяции Перед первым шагом нужно...
36248. Программные агенты: классификация, структура. Многоагентные системы 43.5 KB
  Классификация агентов. Классификация агентов типы агентов Простые Смышленые Интеллектуальные характеристики Автономное выполнение Взаимодействие с другими агентами и пользователями Слежение за окружением Способность использования абстракций Способность использования предметных знаний Возможность адаптивного поведения для достижения цели Обучение из окружения Терпимость к ошибкам Rel time исполнение ER взаимодействие С позиции изучаемой дисциплины нас прежде всего...
36249. Экспертные системы: виды, структура, этапы построения 119 KB
  При разработке ЭС определяются основные ресурсы к которым относятся: источники знаний время разработки вычислительные средства объем финансирования. Этап завершается созданием модели предметной области и определением следующих задач: типов доступных данных; исходные и выходные данные; используемые стратегии и гипотезы; типы используемых отношений; состав знаний используемых для решения задачи; состав знаний используемых для обоснованного решения. В ходе данного этапа производится оценка выбранного способа представление...
36250. Ресурсы. Свойства и классификация ресурсов. Дисциплины распределения ресурсов 79 KB
  Понятие ресурса. Ресурсы различаются по запасу выделяемых единиц ресурса и бывают в этом смысле исчерпываемые и неисчерпываемые. Исчерпываемость ресурса как правило приводит к жизненным конфликтам в среде потребителей Для регулирования конфликтов ресурсы должны распределяться между потребителями по какимто правилам в наибольшей степени их удовлетворяющим. Именно в этом смысле далее и трактуется понятие ресурса.
36251. Процессы. Задачи синхронизации. Задача взаимного исключения, задача Производитель-потребитель, задача Читатели-писатели 51 KB
  На уровень долгосрочного планирования выносят действия редкие в системе, но требующие больших системных затрат. На уровень краткосрочного планирования выносятся частые и более короткие по длительности действия по управлению процессами.
36252. Аппаратная реализация взаимоисключения: команда test and set. Семафоры. Обеспечение взаимоисключения при помощи семафоров 50 KB
  Главным фактором, обеспечивающим успех в этом случае, является наличие одной аппаратной команды, которая осуществляет чтение переменной, запись ее значения в область сохранения и установку нужного конкретного значения этой переменной
36253. Структура оперативной памяти. Организация виртуальной памяти. Страничное, сегментное и сегментно-страничное распределение памяти 71.5 KB
  Структура оперативной памяти. Организация виртуальной памяти. Страничное сегментное и сегментно-страничное распределение памяти. Структура памяти любой машины является многоуровневой.
36254. Файловая система. Имена, типы, логическая и физическая организация файлов. Основные возможности файловой системы NTFS 71.5 KB
  В широком смысле понятие файловая система включает: совокупность всех файлов на диске наборы структур данных используемых для управления файлами такие например как каталоги файлов дескрипторы файлов таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске комплекс системных программных средств реализующих управление файлами в частности: создание уничтожение чтение запись именование поиск и другие операции над файлами. Пользователи дают файлам символьные имена при этом учитываются ограничения ОС как на...
36255. Архитектура операционной системы (ОС). Требования, предъявляемые к ОС: расширяемость, переносимость, совместимость, безопасность. Состав ОС 114 KB
  Архитектура операционной системы ОС. Функциональная сложность операционной системы неизбежно приводит к сложности ее архитектуры под которой понимают структурную организацию ОС на основе различных программных модулей. Обычно в состав ОС входят: исполняемые и объектные модули стандартных для данной ОС форматов; библиотеки разных типов; модули исходного текста программ; программные модули специального формата например загрузчик ОС драйверы вводавывода; конфигурационные файлы; файлы документации; модули справочной системы и т. Большинство...