Виды трения скольжения: Трение, его виды. Трение скольжения и трение качения. Сила и коэффициент трения. Борьба с износом трущихся деталей

Трение, его виды. Трение скольжения и трение качения. Сила и коэффициент трения. Борьба с износом трущихся деталей

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Трение (фрикционное взаимодействие) — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде.

Изучением процессов трения занимается раздел физики, который называется трибология (механика фрикционного взаимодействия).

Трение принято разделять на:

• сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями / смазками (в том числе и твёрдыми смазочными материалами) — очень редко встречающийся на практике случай; характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
• граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;
• жидкостное (вязкое), возникающее при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела (порошком графита), жидкости или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;
• смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
• эластогидродинамическое (вязкоупругое), когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале. Возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.

Сила трения – это сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному движению.

Причины возникновения силы трения:

• шероховатость соприкасающихся поверхностей;
• взаимное притяжение молекул этих поверхностей.

Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих / взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.

Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих / взаимодействующих тел относительно другого.

Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга.

Сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции, то есть зависит от того, насколько сильно тела прижаты друг к другу и от их материала, поэтому основной характеристикой трения является коэффициент трения, который определяется материалами, из которых изготовлены поверхности взаимодействующих тел. [1]

Износ — изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя при трении. [2]

Работа любой машины неизбежно сопровождается трением при относительном движении её частей, поэтому полностью устранить износ невозможно. Величина износа при непосредственном контакте поверхностей прямо пропорциональна работе сил трения.

Абразивный износ частично вызывается действием пыли и грязи, поэтому очень важно содержать оборудование в чистоте, особенно её трущиеся части.

Для борьбы с износом и трением заменяют одни металлы другими, более устойчивыми, применяют термическую и химическую обработку трущихся поверхностей, точную механическую обработку, а также заменяют металлы различными заменителями, изменяют конструкцию, улучшают смазку (изменяют вид, вводят присадки) и т. д.

В машинах стремятся не допускать непосредственного трения скольжения твёрдых поверхностей, для чего или разделяют их слоем смазки (жидкостное трение), или же вводят между ними добавочные элементы качения (шариковые и роликовые подшипники).

Основное правило конструирования трущихся деталей машин состоит в том, что более дорогой и трудно заменяемый элемент трущейся пары (вал) изготовляют из более твёрдого и более износоустойчивого материала (твёрдая сталь), а более простые, дешёвые и легко заменяемые части (вкладыши подшипников) изготовляют из сравнительно мягкого материала с небольшим коэффициентом трения (бронза, баббит).

Большинство деталей машин выходят из строя именно вследствие износа, поэтому уменьшение трения и износа даже на 5-10% даёт огромную экономию, что имеет исключительное значение. [3]

Перечень ссылок

1. Трение // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Трение.
2. Износ (техника) // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Износ_(техника).
3. Трение в машинах, трение и износ в машиностроении // Проект-Технарь. Прогрессивные авто-технологии. — http://www.studiplom.ru/Technology/Trenie.html.

Вопросы для контроля

1. Что такое трение?
2. Какие существуют разновидности трения?
3. Что приводит к возникновению силы трения?
4. Как классифицируют трение в зависимости от действующих сил?
5. Что такое износ и как с ним борются?

5 2 голоса

Рейтинг статьи

Подшипники скольжения и виды трения

В современной механике подшипник качения не всегда является оптимальным решением. Иногда требуются надежные и недорогие опоры, способные работать с максимально высокими частотами вращения, выдерживать вибрации и удары, а также применяться там, где возможна только установка разъемных опор. Как следует из названия, эти изделия используют в работе трение скольжения, которое принципиально отличается от трения качения.

Подшипники скольжения и виды трения

Принято считать, что трение при отсутствии смазочного материала в подшипниках не встречается. Но это чисто теоретический случай, встречающийся в практике очень редко, поэтому рассматривать мы его не будем. Существует несколько видов трения, которые встречаются в подшипниках скольжения:
• Жидкостное;
• Полужидкостное;
• Сухое;
• Полусухое.

В подшипниках скольжения полусухое трение характерно для неустановившихся режимов работы узла, а также в том случае, если в нем находится очень ограниченное количество смазки. При сухом, а также  полусухом трении коэффициент находится в небольшом диапазоне от 0,1 до 0,5.
В большинстве случаев подшипники такого типа эксплуатируются в условиях полужидкостного трения. Для него характерно разделение поверхностей тонким слоем смазки, но также допускается и соприкосновение отдельных участков поверхностей. Коэффициент трения в таких случаях составляет 0,008-0,08.
При трении жидкостного типа смазка полностью разделяет поверхности, а трутся между собой только слои смазочного материала. Коэффициент в этом случае минимальный – от 0,001 до 0,008. Но в таких условиях могут функционировать далеко не все подшипники скольжения. Для жидкостного трения изготавливают особые высокоточные узлы, способные работать лишь при небольших нагрузках. Зато скоростной режим таких опор максимален из-за чего их широко применяют в промышленных шлифовальных станках.

Трение скольжения и режимы работы подшипников

Подшипники с жидкостным трением очень требовательны к режиму работы. Снижение количества оборотов, повышение нагрузки или воздействие высокой температуры способны нарушить их функциональность. Эти факторы могут перевести жидкостное трение в полужидкостное, а в отдельных случаях и в экстремальное для таких устройств полусухое.

В подшипниках с жидкостным трением нагруженная цапфа, при неработающем механизме, лежит на вкладыше. При изготовлении этих деталей учитывают специфику их работы, поэтому расточка вкладыша всегда больше диаметра шипа или цапфы. Когда цапфа начинает свое вращение, смазочная жидкость, прилипая к поверхностям, устремляется в щель между цапфой и вкладышем. При высокой скорости вращения давление в жидкости повышается, уравновешивая радиальную нагрузку на цапфу. Это приводит к тому, что она всплывает и перестает касаться вкладыша. Для реализации жидкостного трения важно соблюдение еще одного условия – несущий слой жидкости должен полностью покрывать все неровности на поверхностях деталей, как цапфы или шипа, так и вкладышей.
Жидкостный режим непрерывно поддерживается из-за того, что вращающаяся цапфа непрерывно нагнетает в зазор жидкость. В процессе работы опорного узла ось цапфы несколько смещена в сторону вращения. Жидкостный режим по праву считается самым благоприятным для подшипника скольжения, так как при нем практически отсутствуют потери энергии на трение, а также износ элементов механизма.

Трение жидкости имеет важную особенность – при уменьшении зазора между цапфой и вкладышами увеличивается несущая способность масла и подшипник становится более грузоподъемным. Но уменьшение зазора влечет за собой существенное повышение точности изделия и дополнительные требования к монтажу. Кроме этого снижается охлаждающий эффект от присутствия в детали смазки и появляется вполне реальный риск перегрева подшипника. Также существует зависимость грузоподъемности такого подшипника от скорости. Даже при существенном зазоре возможно добиться высокого давления смазки вокруг цапфы, если увеличить частоту ее вращения.
При расчете подшипника скольжения с жидкостным трением принято учитывать такой параметр как его длина. Чем длиннее подшипник, тем меньше вероятность вытекания смазочного материала через торцы детали. Логично было бы предположить, что увеличение длины благотворно влияет на несущую способность жидкости, но тут есть один важный нюанс. При большой длине втулок гораздо выше вероятность того, что цапфа деформируется и прорвет смазочный слой, обеспечивающий жидкостное трение.

В связи с этой особенностью принято считать, что для подшипника такого типа как слишком малое, так и очень большое отношение диаметра к длине являются нежелательными. Также известно, что отрицательно влияют на качество работы такого узла отклонения от правильной геометрической формы его элементов. Овальность, бочкообразность, конусность – эти дефекты цапфы или вкладышей влияют на размер зазора в подшипнике, что в разных режимах его работы создает различные угрозы нормальному  функционированию. Точность размеров всех трущихся деталей – это важное требование к подшипникам скольжения, независимо от принципа их работы.
На эффективность жидкостного трения влияет высота неровностей на трущихся деталях. Чем она больше, тем сложнее установить оптимальный режим работы узла. Поэтому изделия, предназначенные для использования с таким трением, подвергаются особо тщательной обработке. Когда трение полужидкостное, то выступы материала разрывают слой смазки и это приводит к увеличению коэффициента трения. Считается, что полужидкостное трение – это комбинация жидкостного и граничного взаимодействия. При этом под граничным трением понимают контакт между поверхностями с крайне тонкой разделительной пленкой смазки. А вот полусухое трение – это уже сочетание граничного трения с сухим.

И в полужидкостном, и в полусухом режиме трения важную роль играют используемые для изготовления узла материалы. Оптимальное сочетание трущейся пары обеспечивает стойкость к истиранию и сводит к минимуму риск заедания в процессе работы. Как ни странно, но при жидкостном трении правильный выбор материалов также играет большую роль. Это связано с тем, что подшипники скольжения с жидкостным трением в момент запуска и перед остановкой на некоторое время находятся в режиме полужидкостного трения, когда неровности поверхностей цапфы и вкладышей разрывают слой смазки и соприкасаются.

Еще один значимый в этом случае фактор – оптимальный температурный режим. Повышение этого показателя почти всегда говорит о нарушении режима работы узла. Выделение тепла связано с процессом трения, который очень нежелателен в жидкостном режиме и допускается в небольших пределах в полужидкостном и полусухом трении. Нужно помнить, что адсорбирующие масляные пленки стремительно теряют свою прочность при нагревании. Это ставит под угрозу нормальную работу узла вращения – в полужидкостном и полусухом трении нагревание приводит  выплавлению материала из которого изготовлен вкладыш и последующему заеданию подшипника скольжения.

Поделитесь в соц. сетях

Что это такое простыми словами

Термин трение скольжения относится к сопротивлению, создаваемому двумя объектами, скользящими друг относительно друга. Это также можно назвать кинетическим трением. Трение скольжения предназначено для остановки движения объекта. Просмотрите несколько примеров трения скольжения и узнайте некоторые ключевые факты об этом явлении.

пример трения скольжения сани на склоне

Реклама

Базовое понимание: что такое трение скольжения?

Трение — это сопротивление, возникающее при трении двух предметов друг о друга. Трение скольжения является одним из видов трения. Каждый раз, когда две твердые поверхности скользят друг по другу, возникает трение скольжения.

Факторы, которые могут повлиять на уровень создаваемого трения, включают:

• деформацию поверхности (морщины, трещины и т. д.) объектов
  
• шероховатость или гладкость поверхностей объектов
  
• скорость, с которой объекты двигаться, когда они вступают в контакт
• размер объектов
• степень давления на любой объект
• насколько клейкие поверхности объектов

Величина трения скольжения, создаваемого объектами, выражается в виде коэффициента, который учитывает различные факторы, описанные выше .

Повседневные примеры трения скольжения

Многие примеры трения скольжения можно наблюдать в повседневной жизни. Трение скольжения может происходить в объектах всех размеров. Рассмотрим эти примеры трения скольжения, чтобы помочь вам лучше понять эту концепцию.

Трение скольжения в повседневной работе

Когда люди занимаются своими повседневными делами, они часто создают трение скольжения, даже не осознавая этого. Каждый раз, когда вы скользите два твердых объекта друг по другу, вы создаете трение скольжения.

• подставка для напитков, скользящая по столу
• толкание утюга по материалу
• рама и край дверей, скользящие друг относительно друга
• скольжение блока по полу
  
• проталкивание дна стакана по столу
• скольжение веревки и шкива при открывании или закрывании жалюзи или занавесок
• трение между двумя книгами при перемещении одной из них на книжную полку
• трение между нижняя часть книги и полка при установке книги на место
• ящик для овощей, скользящий по держателю в холодильнике
• бумага, скользящая по держателю бумаги после выхода из копировального аппарата
• выдвижение стула из-под обеденного стола, чтобы вы могли сесть на него
• протирание тряпкой по прилавку, которую она использует для уборки
  
• выдвигание стеклянной двери против направляющей, по которой она движется
• вытягивание обтягивающие джинсы на бедрах при надевании
  
• скольжение чека через прилавок в банке для передачи кассиру

Реклама

Трение при скольжении с тяжелыми предметами

Некоторые предметы настолько тяжелые, что люди часто скользят их, когда их нужно переместить, а не поднимать и нести их. Это создает трение скольжения.

• установка стиральной машины или сушилки к стене
  
• выдвижение плиты из ее пространства, чтобы вы могли убрать за ней
• толкание дивана по полу, чтобы переместить его
  
• перемещение комода на ковер когда вы передвигаете его в другую часть комнаты
• перекатываете цементные или бетонные блоки по земле
• перетаскиваете тяжелый мусорный бак по подъездной дорожке
• передвигаете по полу тяжелую коробку, доставленную к вам домой

Примеры трения скольжения, связанного с деятельностью

Не все трения скольжения возникают в результате домашних действий или толкания тяжелых предметов. Иногда физическая концепция трения скольжения связана с весельем и играми.

• потирание рук друг о друга для создания тепла
  
• катание шара для боулинга по дорожке в кегельбане
• скольжение по домашней тарелке, чтобы забить гол в бейсболе
• скольжение салазок по снегу или льду
  
• лыжи скользят по снегу
• человек скользит по скользящей доске
• две игральные карты в колоде скользят друг против друга
• вытаскивают поздравительную открытку из конверта

Реклама

Узнайте больше о трении

Как показывают эти примеры, существует множество различных ситуаций, в которых существует трение скольжения и когда трение скольжения создает сопротивление, когда объекты трутся друг о друга.

Есть большая вероятность, что вы сталкивались с примерами трения скольжения в реальном мире. Теперь вы сможете распознавать примеры трения скольжения, когда столкнетесь с ними, поскольку лучше понимаете, что означает трение скольжения. Готовы узнать больше? Изучите несколько примеров трения качения — типа трения, которое возникает, когда круглый предмет катится по твердой поверхности, при этом трение замедляет скорость движения.

Штатный писатель

• средняя школа
• средняя школа
• колледж

Статьи по теме

• Каковы 4 основных типа трения?

  Трение — это весело! Или, по крайней мере, это физика. Трение — это сопротивление между двумя предметами, когда они трутся друг о друга. Откройте для себя четыре различных типа трения на примерах.

• Контактная сила Примеры: различные типы в физике

  В физике слово сила используется для описания толчка или притяжения, возникающего при взаимодействии объектов друг с другом. Сила, возникающая только тогда, когда объект физически контактирует с другим объектом, называется контактной силой. В окружающем вас мире существует множество примеров контактных сил.

Типы трения — GeeksforGeeks

Трение — это сила между двумя поверхностями, которые скользят или пытаются скользить друг по другу. Например, когда вы пытаетесь толкнуть книгу по полу, это затрудняет трение. Трение всегда работает в направлении, противоположном направлению, в котором объект движется или пытается двигаться. Трение всегда замедляет движущийся объект.

Величина трения зависит от материалов, из которых сделаны две поверхности. Чем шероховатее поверхность, тем больше трения. Трение также производит тепло. Если вы быстро потрете руки, вы почувствуете, как они становятся теплее.

Преимущества трения

• Трение отвечает за многие виды движения
• Оно помогает нам ходить по земле
• Тормоза в автомобиле используют трение для остановки автомобиля
• Астероиды сгорают в атмосфере, прежде чем достигнут Земли из-за трения.
• Помогает генерировать тепло, когда мы потираем руки.

Недостатки трения

• Трение производит ненужное тепло, что приводит к потере энергии.
• Сила трения действует в направлении, противоположном движению, поэтому трение замедляет движение движущихся объектов.
• Лесные пожары возникают из-за трения между ветвями деревьев.
• Много денег уходит на предотвращение трения и вызванного им обычного износа с помощью таких методов, как консистентная смазка и промасливание.

Типы трения

Существуют в основном четыре типа трения:

1. Статическое трение
2. Струбное трение
3. Странс
4. Фрикргирование
. поверхность. Например, если вы идете в лес, между вашей обувью и дорожкой возникает статическое трение каждый раз, когда вы ставите ногу. Без этого статического трения ваши ноги выскальзывали бы из-под вас, что затрудняло бы ходьбу. На самом деле, это именно то, что происходит, если вы пытаетесь ходить по льду. Это потому, что лед очень скользкий и создает очень мало трения.

Трение скольжения

Это трение, которое действует на объекты, когда они скользят по поверхности. Трение скольжения слабее трения покоя. Вот почему легче двигать предмет мебели по полу после того, как вы начнете его двигать, чем заставить его двигаться с самого начала. Например, существует трение скольжения между тормозными колодками и ободами велосипеда каждый раз, когда вы используете тормоза вашего велосипеда. Это трение замедляет катящиеся колеса, поэтому вы можете остановиться.

Трение качения

Это трение, которое действует на объекты, когда они катятся по поверхности. Оно намного слабее, чем трение скольжения или трение покоя. Это объясняет, почему в большинстве видов наземного транспорта используются колеса, включая велосипеды, автомобили, 4-колесные транспортные средства, роликовые коньки, самокаты и скейтборды. Например: шарикоподшипники в этом колесе уменьшают трение между внутренним и внешним цилиндрами при их вращении.

Жидкостное трение

Жидкостное трение — это трение, воздействующее на объекты, движущиеся в жидкости. Жидкость – это вещество, которое может течь и принимать форму сосуда. К текучим средам относятся жидкости и газы. Если вы когда-нибудь пытались провести открытой ладонью по воде в ванне или бассейне, вы сталкивались с трением жидкости. Другим примером может быть пловец, прорезающий края воды, где вода оказывает сопротивление жидкости пловцу.

Коэффициент трения

Коэффициент трения µ является мерой величины трения между двумя поверхностями. Низкое значение коэффициента трения указывает на то, что сила, необходимая для скольжения, меньше, чем сила, необходимая при высоком коэффициенте трения. Значение коэффициента трения определяется как

Где

F — сила трения, а

Н — нормальная сила.

Расчет коэффициента трения

Перпендикулярная сила уменьшена

Когда объект расположен под наклоном, сила, перпендикулярная между поверхностями, уменьшается в соответствии с углом наклона. Сила, необходимая для преодоления трения (F _r ), равна коэффициенту трения (μ), умноженному на косинус угла наклона (cos θ), умноженному на вес объекта (W). Существуют математические таблицы, в которых приведены значения косинусов для различных углов.

F _r = μ Вт Cosθ

Гравитация способствует скольжению

Обратите внимание, что когда объект находится на уклоне, сила тяжести способствует скольжению объекта по пандусу или наклону. Назовем эту силу (F _г ), и она равна весу объекта (W), умноженному на синус угла (sin θ)

F _г = W sin θ

Тангенс угла определяет коэффициент

Если поставить пандус под достаточно крутым углом, F _г станет больше, чем F _r , и объект соскользнет вниз по склону. Угол, под которым она только начинает скользить, определяется из уравнения:

мкW cos θ = W sin θ

Разделив обе части уравнения на W и cos θ, получим уравнение для статического коэффициента трения

μ = tan θ

, где tan θ — тангенс угла θ и равен .

Например: если положить книгу на пандус и изменить угол наклона до тех пор, пока книга не начнет скользить, а затем измерить угол наклона, можно определить коэффициент трения между книгой и пандусом. Если угол был 30 градусов, то тангенс 30 градусов равен примерно 0,58. В данном случае это будет статический коэффициент трения. Даже если вы увеличите вес книги, она все равно будет скользить под углом 30 градусов.

Примеры задач на коэффициент трения

Вопрос 1. На гладкую поверхность помещен предмет массой 10 кг. Статическое трение между этими двумя поверхностями равно 15 Н. Найдите коэффициент статического трения?

Решение:

дано

M = 10 кг

F = 30 N

Мы знаем, что,

Нормальная сила, n = Mg

SO, n = 10 × 9,81 = 98,1 N

40002 SO, n = 10 × 9,81 = 98,1 N

40002.

Формула для коэффициента статического трения:

μ = F/N

μ = 30/98,1

μ = 0,305

Вопрос 2: Нормальная сила и сила трения объекта равны 50 Н и 80 Н соответственно.