Лабораторная работа №6 Определение коэффициента трения скольжения на горизонтальной плоскости

Цель работы: экспериментально определить коэффициент тре­ния скольжения на горизонтальной плоскости и сравнить полученные значения со справочными данными.

Основные понятия и определения

Трением в широком смысле называют такое взаимодействие движущегося тела с другими телами или окружающей средой, которое сопровождается рассеянием энергии.

При исследовании физических основ явления трения различают трение внешнее и внутреннее. Внешнее трение - сопротивление относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним и сопровождаемое диссипацией энергии. Внутреннее трение - процессы, происходящие в твердых, жидких и газообразных телах при их деформации и приводящие к необратимому рассеянию механической энергии.

Мерой трения служит количество энергии, рассеянной на единицу пути; оно имеет размерность силы и называется силой трения. Сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная к общей границе между этими телами, называется силой трения.

Величина силы трения очень сильно зависит от материала трущихся тел и внешних условий – нагрузки, скорости, шероховатости, температуры, смазки.

В зависимости от состояния поверхностей трения различают два вида трения: трение без смазочного материала (сухое трение) и трение со смазочным материалом. Материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и интенсивности изнашивания, называется смазочным материалом.

Трением без смазочного материала называют трение твердых тел 1 и 2 при отсутствии на поверхностях трения введенного смазочного материала любого вида (рис. 6.1,а).

Трением со смазочным материалом называют трение твердых тел 1 и 2 при наличии на поверхностях трения введенного смазочного материала любого вида (рис. 6.1,б).

Рис. 6.1

Различают следующие виды смазки: твердая, при которой разделение поверхностей трения деталей 1 и 2 осуществляется твердым смазочным материалом (рис.6.2, а); жидкостная, при которой полное разделение поверхностей трения деталей 1 и 2 осуществляется жидким смазочным материалом (рис. 6.2, в); газовая, при которой разделение поверхностей трения деталей 7 и 2 осуществляется газовым смазочным материалом (рис. 6.2, б); полужидкостная, при которой частично осуществляется жидкостная смазка; граничная, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются свойствами поверхностей и свойствами смазочного материала, отличными от объемных (рис. 6.2, г).

Рис.6.2

Промежуточный слой называют третьим телом между основными ма­териалами 5 фрикционной пары. Он состоит из адсорбированного слоя 2, пленки оксидов или других химических соединений 3 и слоя дефектного основного материала 4. При толщине слоя жидкости 0,1 мкм ее свойства уже отличаются от объемных свойств.

Различают также смазку гидростатическую (газостатическую), эластогидродинамическую.

Трению движения (рис. 6.3, а) предшествует трение покоя (зона I на рис. 6.3, б), т. е. трение между телами 1 и 2 при относи­тельном предварительном микросмещении двух тел, и период перехода (зона II) от покоя к скольжению (зона III). Предварительное смещение равно расстоянию, при котором сила трения покоя F_т.п., возрастает от нуля до некоторого максимального значения (рис. 6.3, б). Эти микросмещения перед полным скольжением

достаточно малы: порядка 0,1...1,0 мкм и в ряде случаев могут быть необратимыми.

Сила трения покоя, любое превышение которой ведет к воз­никновению движения, называется наибольшей силой трения покоя. Отношение наибольшей силы трения покоя двух тел к силе, нормальной относительно поверхностей трения F_N12, прижимающей тела друг к другу, называется

Рис. 6.3

коэффициентом сцепления .

По кинематическому признаку различают следующие виды трения движения: трение скольжения, трение качения, трение верчения, трение качения с проскальзыванием и трение при виброперемещениях.

Для расчетов механизмов, работающих при разных режимах и видах трения, важное значение имеет зависимость силы трения от скорости _ск относительного движения трущихся поверхностей.

Обобщение экспериментальных данных позволяет принимать для тех или иных условий следующие принципиальные зависимости: сила сухого трения F_T не зависит от скорости скольжения _ск =(рис. 6.4, а).

;

сила вязкого трения линейно зависит от скорости скольженияx (рис. 4,б)

сила сухого трения линейно зависит от скорости скольжения х, но имеет относительно граничной скорости _к падающую (1) и возрастающую (2) ветви характеристики (рис. 6.4, в).

Рис.6.4

Для тела, лежащего на горизонтальной плоскости и не нагруженного внешними силами, величина результирующих сил нормальных давлений на поверхности трения равна весу тела Rⁿ=G. Скольжение с постоянной скоростью υ_с в этом случае становится возможным при приложении горизонтальной движущей силы F_д, равной силе трения скольжения Fт (рис. 6.5), и тогда можно записать:

Fт=Fд=fG.

Рис. 6.5

В таблице 6.1 приведены приближенные коэффициентов трения.

Таблица 6.1