6 Трение

Различают два вида трения. Трение скольжения и трение качения.

6.1 Трение скольжение

Трение скольжение возникает в плоскости соприкосновения тел при стремлении двигать одно тело по поверхности другого (рис. 6.1). Возникновение трения обусловлено, прежде всего, шероховатостью поверхностей, создающей сопротивление перемещению, и наличием сцепления у прижатых друг к другу тел.

Рисунок 6.1	Рисунок 6.2

В инженерных расчетах обычно исходят из ряда установленных опытным путем закономерностей, которые называют законами трения скольжения:

1. Сила трения может принимать любые значения от нуля до значения F_пр предельной силой трения:

2. Сила трения направлена в сторону, противоположную той, куда действующие на тело силы стремятся его сдвинуть.

3. Предельная сила трения численно равна произведению статического коэффициента трения f₀ на реакцию поверхности N:

(6.1)

Значение предельной силы трения в довольно широких пределах не зависит от размеров соприкасающихся при трении поверхностей.

4. При движении сила трения направлена в сторону, противоположную движению, и равна произведению динамического коэффициента трения f на реакцию поверхности N:

(6.2)

Статический коэффициент трения f₀ и динамический коэффициент трения f являются величинами безразмерными и определяются опытным путем.

При рассмотрении реальных поверхностей, а не идеальных гладких связей, учитывают, что реакция реальной (шероховатой) связи слагается из двух составляющих: из нормальной реакции N и перпендикулярной ей силы трения F_тр. Полная реакция R будет отклонена от нормали к поверхности на некоторый угол.

При изменении силы трения от нуля до F_np сила R изменяется от N до R_пр, а ее угол с нормалью растет от нуля до некоторого предельного значения φ₀ (рис. 6.2). Наибольший угол φ₀, который полная реакция шероховатой связи образует с нормалью к поверхности, называется углом трения. При равновесии полная реакция R в зависимости от сдвигающих сил может проходить где угодно внутри угла трения.

6.2 Трение качения

Трением качения называется сопротивление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого.

Рассмотрим следующий пример (рис. !!!). Вследствие деформации тел касание поверхностей происходит вдоль некоторой площадки АВ. Под действием силы Q, которая стремится сдвинуть и повернуть каток, возникают сила Fтр, а реакция N оказывается смещенной в сторону действия силы Q вдоль площадки АВ. Таким образом, паре сил Q и F_тр будет противодействовать пара сил N и P.

Рисунок 6.3

С увеличением Q это смещение N будет расти до некоторой предельной величины k. Из равенства моментов :

.

Момент

(6.3)

называет моментом трения качения.

Пока Q<Q_np, каток находится в покое; при Q>Q_np начинается качение.

Величина k называется коэффициентом трения качения. Измеряют величину k обычно в сантиметрах. Значение коэффициента k определяется опытным путем.

Отношение k/R для большинстве материалов значительно меньше статического коэффициента трения f₀. Поэтому в технике, когда это возможно, стремятся заменить скольжение качением (колеса, катки, шариковые подшипники и т. п.).