4.7. Определение характеристик трения текстильных волокон по плоскости

Цель работы. Изучение методов определения характеристик трения воло­кон по плоскости.

Задание. 1. Изучить методику и прибор В. В. Талепоровской для определения характеристик трения волокон.

2. Провести испытания волокон, определить показатели трения и проана­лизировать их.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Трением называют сопротивление взаимному смещению тел, возникающее на поверхностях их соприкосновения под дей­ствием внешних сдвигающих (тангенциально направленных) сил.

Сила трения Т — количественная характеристика трения данной системы. Она равна и обратна по направлению внешней силе, являясь ее реакцией. Если нет внешней сдвигающей силы, то нет и силы трения, т. е. нет сопротивления и самого явления трения.

Необходимо учитывать, что сила трения системы может из­меняться от нуля до максимальной величины. Максимальную величину называют си л о и трения покоя — Т„. При внеш­ней силе, равной или превышающей по модулю максимальную силу Т_п, начинается взаимное смещение соприкасающихся тел — их скольжение.

Простейший закон трения, предложенный Амонтоном, уста­навливает функциональную связь между нормально действую­щей нагрузкой N и силой трения покоя Т_п:

Т_п= f_пN

где fп — коэффициент трения покоя — безразмерная величина, качественная и количественная характеристика фрикционных свойств пары соприкасающихся тел, зависящая от их химического состава, структуры u состояния поверхно­стей соприкосновения (f_п = Т_п/N).

Сила трения движения Т_д равна по величине и об­ратна по направлению внешней тангенциальной силе, обуслов­ливающей непрерывное равномерное перемещение соприкасаю­щихся (трущихся) тел:

Т_д=f_дN

где fд — коэффициент трения движения, аналогичный /^(/д = Т_Д/М).

Если внешняя тангенциальная сила Р будет меньше Г_д, дви­жение прекратится; если Р будет больше Т_л, то будет иметь место равноускоренное движение. Таким образом, сила трения движения Т_к является характеристикой трения движения дан­ной системы тел и действующих на них сил.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Прибор В. В. Талепоровской (рис. 4.23) представляет собой зажим специаль­ной конструкции, устанавливаемый вместо обычного нижнего зажима на што­ке 5 разрывной машины для испытания нитей.

Рис. 4.23, Схема прибора В. В. Тале­поровской для определения коэффи­циента трения волокон

Стойка 5 в верхней части имеет неподвижную квадратную губку 4, по­верхность которой площадью 1 см² покрывают штапельком волокон 10. По­добным устройством снабжен также коленчатый съемный рычаг 12, гнездо которого опирается на призму 9, жестко укрепленную на стойке 5. Губка 13 закреплена на рычаге шарнирно, что обеспечивает ее подвижность для плотного прилегания обеих губок без перекоса. Концы штапельков 10 зажи­мают планками 3 и винтами нижних н верхних хомутиков 11. На правом конце рычага 12, на серьге 6, подвешивают сменные грузы 7, которыми уста­навливают заданную нормальную нагрузку на трущиеся поверхности.

В верхнем зажиме ) разрывной машины закрепляют штапелек 2, конец которого вводят между губками 4 и 13. При этом штапелек 2 оказывается зажатым с силой N, равной весу груза 7.

На приборе измеряют силу, необходимую для смешения (протаскивания) штапелька 2 между губками, т. с. силу, равную по величине и обратную по направлению силам трения покоя между трущимися поверхностями. Из рис. 4.23 видно, что при такой заправке имеют место две пары трущихся поверхностей: одна пара — штапелек, покрывающий губку 4, и штапелек 2, другая пара — штапелек, покрываю­щий губку 13, штапелек 2. Таким об­разом, по шкале прибора определяют силу Р =-- 2Т_а.

При включении разрывной маши­ны шток 8 с зажимным устройством движется вниз, увлекая зажатый ме­жду губками штапелек 2. Возникаю­щие при этом силы трения между штапельком и губками препятствуют протаскиванию штапелька. Величина силы Р, при которой начинается проскальзывание штапелька, фикси­руется на шкале разрывной машины.

Если испытание ведется на маят­никовой машине, то маятник оста­навливается в момент начала сколь­жения.

Для проведения испытаний во­локон из пробной ленточки удаляют все примеси и готовят штапельки с ровным концом. Штапельки прочесы­вают металлическим гребнем с целью нараллелизации и вычесывания ко­ротких волокон. Ширина штапелька должна быть несколько больше ши­рины губок, а толщина равномерной по всей ширине штапелька. Перед испытанием готовые штапельки нeоб ходимо выдержать определенное время в стандартных климатических усло­виях.

С целью получения достоверных данных рекомендуется провести 30 из­мерений. Для этого готовят 6 верхних штапельков и 4 штапелька для обтя­гивания губок. Каждый верхний штапелек испытывают 5 раз, прочесывая после каждого испытания. Каждую пару штапельков на губках испытывают 15 раз.

Для удобства заправки и обтягивания губок рычаг 12 (см. рис. 4.23) и зажим 1 делают съемными. После обтягивания губок штапельками подвеши­вают верхний зажим / со штапельком 2, устанавливают рычаг 12 и подве­шивают серьгу 6 к груз 7. Затем включают привод прибора и измеряют силу трения. Для повторного испытания тех же штапельков снимают рычаг 12, возвращают зажим / и шток 8 в исходное положение, прочесывают штапе­лек 2 и проводят следующее испытание. Прибор позволяет проводить изме­рение при разных нормальных нагрузках М, меняя величину грузов 7.

Результаты каждого измерения заносят в таблицу. По результатам изме­рения рассчитывают среднюю величину сил трения покоя системы Р, среднее квадратическое отклонение 0_Р, коэффициент вариации С,,, ошибку среднего /ир, генеральную среднюю. Коэффициент трения определяют по формуле

f=P^-/(2N)

где 2 – число пар трущихся поверхностей, N- нормальная нагрузка на пытуемые волокна.

Погрешность коэффициента трения m_f рассчитывают по формуле m_f = m_р/(2N).

В работе может быть исследована зависимость силы и коэффициента тре­ния покоя (Тп и fп) от давления. Для этого проводят серию испытаний при разных нормальных нагрузках N. Соотношение длин плеч коленчатого рычага 12 равно 1 : 1, номинальная площадь губок 4 и 13 S=1 см². Давление q (гс/см²; Па) рассчитывают по формуле

q = N/8.

При S=1 см² давление по модулю равно нормальной нагрузке N. Сила трения покоя между одной парой поверхностей

Тп = Р/2.

По результатам измерений строят графики зависимости силы трения от давления в осях q — f_П (рис. 4.24) и коэффициента трения от давления в осях q— fп. По этим графикам можно определить и так называемую силу цепкости волокна T_ц: она представлена отрезком, отсекаемым на оси ординат продолжением до оси линии, соединяющей экспериментальные точки (силой цепкости называют величину тангенциального сопротивления при пулевой на­грузке).

Прибор позволяет определять трение волокон и по другим материалам. В этом случае в зажим / (см. рис. 4.23) помещают штапелек волокна, а губ­ки обтягивают соответствующим материалом. Прибор может быть использо­ван и для изучения трения тканей и нитей.

На. приборе можно измерять как трение покоя, так и трение скольже­ния. В последнем случае прибор устанавливают на безынерционной разрыв­ной машине с электрическим или электромагнитным тензодатчиком, имеющей устройство для записи диаграммы растяжения. Диаграмма будет записана в осях путь нижнего зажима — сила трения 2Т. При этих измерениях штапе­лек 2, зажатый в верхнем зажиме /, должен иметь достаточную длину, поз­воляющую измерять трение скольжения до того момента, пока нижний ко­нец штапелька не вошел в губки зажима.

По записанной диаграмме в известном масштабе определяют силу трения покоя 27'п и силу трения движения 2Г_Д (рис. 4.25). В последнем случае для отсчета проводят пунктирную линию, усредняющую колебания силы трении движения, которые вызваны неоднородностью материала и несовершенством контакта.

Рис. 4.24. Зависимость танген­циального сопротивления от нор­мального давления

L,мм

Рис. 4.25. Диаграмма сил триши м» коя и трения скольжения, записан пая на приборе В. В. Талепороигыш

Расчет всех характеристик трения движения производят аналогично раг чету характеристик трения покоя.

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет по работе должен содержать: схему и описание прибора; методику из­мерения; все первичные результаты, сгруппированные в таблицы; матом. тш ческую обработку данных; графические и числовые характеристики трении.

4.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕНИЯ ВОЛОКОН И НИТЕЙ ПРИ СКОЛЬЖЕНИИ ПО ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

В текстильной технологии на многих этапах переработки имеет место трети¹ нитей между собой и по поверхностям рабочих органов машины. Чаще нами приходится иметь дело с трением нитей по цилиндрическим поверхностям, поэтому инженеру-текстильщику весьма важно уметь определять силу трении нитей в процессе их изготовления и переработки, а также коэффициент трeния.

В основе большинства методов расчета коэффициента трения шпч-й но цилиндрической поверхности лежит формула Эйлера, устанавливающая спин, между натяжением сбегающей ветви нити _Р_С и натяжением набегающей тч ви нити Р_н, углом охвата а цилиндрической поверхности нитью и кочффи циентом трения I:

где е = 2,718 — основание натуральных логарифмов; а, — угол обхнлта шпым цилиндрической поверхности, рад.

Рис. 4.26. Схема скольжения нити по неподвижной цилин­дрической поверхно­сти (а) и по вращаю­щемуся цилиндру (б — нить неподвижна)

На рис. 4.26, а приведена схема скольжения волокна или чнтп но ирин движной цилиндрической поверхности, а на рис. 4.26,6 — по вращающгмугч цилиндру. С помощью приборов измеряют натяжение обеих ветвей нити — Р_н и Р_с и, зная угол обхвата, рассчитывают коэффициент трения, а также силу трения Т нити по поверхности.

Сила трения нити по поверхности равна разности натяжения ветвей

T = Р_с - Р_н.

Для расчета коэффициента трения уравнение Эйлера логарифмируют, преобразуя в следующий вид: