ID: 6858

Название работы: Определение коэффициентов трения скольжения

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Физика

Описание: 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...

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-01-08

Размер файла: 66 KB

Работу скачали: 74 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.