16 вопрос

Трение – это сопротивление, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел в плоскости их контакта.

Сила трения – это сила сопротивления, направленная противоположно сдвигающему усилию.

На схеме (рис. 37) представлена классификация видов трения по основополагающим признакам.

Рис. 37. Классификация видов трения по основополагающим признакам

Трение покоя реализуется при относительном перемещении одного тела по поверхности другого в пределах упругих деформаций шероховатостей на контактирующих поверхностях. Предельное значение силы трения

,                                              (33)

где  – статический коэффициент трения; N – сила нормального давления.

Коэффициент трения покоя определяется опытным путём. Он зависит от материала соприкасающихся тел и состояния поверхности (шероховатости, температуры, влажности, смазки и др.).

Трение движения основательно исследовано Кулоном (1736–1806). 
Он установил, что сила трения покоя всегда больше силы трения движения

,                                              (34)

где – динамический коэффициент трения; N – сила нормального давления.

Значения коэффициента трения зависят от материала, состояние поверхности и др.

В дальнейшем было установлено, что силу трения следует определять (когда это необходимо) с учётом сил молекулярного притяжения

,                                         (35)

где  – динамический коэффициент трения; N – сила нормального давления; S_o – площадь действительного контакта (её не следует отождествлять с номинальной площадью); р_о – сила молекулярного притяжения, действующая на единицу площади действительного контакта.

Трение скольжения  – это сопротивление, возникающее при перемещении одной и той же поверхности одного тела по поверхности другого тела.

Трение качения – это сопротивление, возникающее при качении одного тела на поверхности другого. В этом случае мгновенная ось вращения катящегося тела проходит через точку касания.

Сила трения качения

,                                           (36)

где K – коэффициент трения качения, см; N – сила нагружающая каток; R – радиус катка.

Отношение  для большинства материалов значительно меньше коэффициента статического трения . Этим объясняется то, что в технике, когда это возможно, стремятся заменить скольжение качением.

Внешнее трение характеризуется тем, что потеря механической энергии, вследствие трения, переходит в тепловую энергию вдоль поверхности раздела тел, по которой эти тела соприкасаются. Оно зависит от взаимодействия внешних поверхностей тел и не зависит от состояния внутренних частей тела.

Внутреннее трение – это сопротивление, возникающее во всех точках промежуточного объёма разделяющего трущиеся поверхности. Обычно этим слоем являются жидкие или газообразные среды. Потеря механической энергии и её переход в тепловую связан с преодолением сил трения внутри этих сред (смазки).

 В зависимости от состояния поверхности и наличия смазки возможно:

– чистое трение, возникающее между трущимися поверхностями, свободными от абсорбированных молекул жидкости и газов, плёнок химических соединений и посторонних веществ. Оно может быть реализовано в вакууме после специальной подготовки поверхностей;

– сухое трение имеет место при отсутствии смазки и загрязнений между трущимися поверхностями. Этот вид трения имеет место в тормозах, фрикционных гасителях колебаний;

– жидкостное трение возникает между трущимися поверхностями разделёнными слоем смазочной жидкости, находящейся под давлением, которое уравновешивает внешнюю нагрузку. Этот слой жидкости называется несущим слоем. Слои жидкости, находящиеся от поверхности на расстоянии свыше 0,5 мкм, приобретают возможность свободно перемещаться один относительно другого.

При этом трении сопротивление движению определяется внутренним трением (вязкостью) жидкости.

Давление в несущем слое может быть создано двумя способами. При первом способе оно создаётся за счёт насоса, т. е. реализуется принудительная подача смазки. При втором способе подача смазки зависит от скорости скольжения, что достигается выполнением необходимых конструктивных мероприятий и подбором смазки. Например, вагонные буксы с подшипниками скольжения.

– граничное трение возникает в случае, когда поверхности тел разделены слоем смазки толщиной 0,1 мкм и менее (хемосорбированный слой). Наличие этого слоя смазки снижает силы трения в 2–10 раз по сравнению с сухим трением и уменьшает износ в сотни раз;

– полужидкостное трение – это смешанное трение, когда одновременно имеет место жидкостное трение и граничное;

– полусухое трение – это смешанное трение местами сухое местами граничное.