Transcript TARCIE

TARCIE ŚLIZGOWE
PRAWA TARCIA ŚLIZGOWEGO
ZAGADNIENIA RÓWNOWAGI Z UWZGLĘDNIENIEM
TARCIA ŚLIZGOWEGO
Przykłady
TARCIE TOCZNE
ZAGADNIENIA RÓWNOWAGI Z UWZGLĘDNIENIEM
TARCIA TOCZNEGO
Przykłady
TARCIE CIĘGIEN
Przykłady
TARCIE ŚLIZGOWE
F
n
x
T F
R
F
0
y
0
N G
oraz
N

Stąd:
F
T
R 
N T
2
tg  
G
2
T
N
PRAWA TARCIA ŚLIZGOWEGO
Na podstawie wyników badań ustalono prawa,
które rządzą zjawiskiem tarcia ślizgowego:
1. Wartość siły tarcia nie zależy od wielkości stykających się powierzchni, (natomiast
istotny wpływ ma rodzaj stykających się powierzchni)
2. Maksymalna wartość siły tarcia (wartość siły tarcia rozwiniętego) jest wprost
proporcjonalna do wartości nacisku normalnego; zwrot tej siły jest przeciwny do
zwrotu zamierzonego poślizgu
3. W przypadku ruchu (poślizgu) siła tarcia jest zawsze zwrócona przeciwnie do
prędkości względnej poślizgu, a jej wartość nie ma określonego związku z wartością
prędkości względnej ślizgających się powierzchni, jest jednak mniejsza od
maksymalnej wartości siły tarcia dla stanu spoczynku.
Z powyższych praw wynikają następujące zależności:
n
w spoczynku:
T  N
R
N
w przypadku ruchu:


T  k N
statyczny
współczynnik
tarcia ślizgowego
F
T
k


G
k 
kinematyczny
współczynnik tarcia
ślizgowego
n
N

w spoczynku:
=
tg  
T
N

R
kąt tarcia
kąt tarcia
tg   
Ft
T
F
Siła F nie spowoduje ruchu jeżeli jej prosta działania leży
w obszarze zakreskowanym
Fn
stożek tarcia
n
w ruchu:

N
n

R
N

R
F
Ft
w spoczynku:
T
T
=
Fn
Fn
F
Siła F spowoduje ruchu ponieważ jej prosta działania nie
leży w obszarze zakreskowanym
Na wartość tarcia ślizgowego wpływają trzy czynniki:
1. Chropowatość stykających się powierzchni
2. Rodzaj materiału i własności mechaniczne warstwy
powierzchniowej stykających się ciał
3. Zastosowany sposób smarowania i własności przeciwcierne
czynnika smarowego
W dziedzinie budowy maszyn tarcie ślizgowe w pewnych
przypadkach
jest zjawiskiem nie pożądanym gdyż powoduje straty energii i
trudności eksploatacyjne (ŁOŻYSKA),
a niekiedy spełnia zadania pożądane (HAMULCE)
Rodzaj stykający powierzchni
Współczynnik
tarcia

żeliwo po żeliwie, bez smarowania
0,22
stal po żeliwie, bez smarowania
0,16
stal po żeliwie, dokładnie obrobione, smarowanie
0,10
stal po żeliwie, szlifowane, dokładnie smarowanie
0,02
ZAGADNIENIA RÓWNOWAGI Z UWZGLĘDNIENIEM TARCIA ŚLIZGOWEGO
y
x
Fmax

N
0

 < 


T

2
y
x
N
G
Fmin
0
T
Fmin  F  Fmax
Wyznaczyć wartości graniczne siły F

 < 
G




2
y
x
N
0

 < 
sin(    )  sin  cos   sin  cos 
Fmax


T
G


2
cos(    )  cos  cos   sin  sin 
F
ix
0
Fmax cos   T  G sin   0
iy
0
Fmax sin   N  G cos   0
i
F
i
T  N
Fmax  G
sin    cos 
cos    sin 
  tg 
G
sin(    )
cos(    )
Siła Fmax osiągnęła wartość graniczna po przekroczeniu której rozpoczyna się
poślizg ciała w górę równi pochyłej
y
x
N
Fmin
0

 < 
G
cos(    )  cos  cos   sin  sin 

T

sin(    )  sin  cos   sin  cos 


2
F
ix
0
Fmin cos   T  G sin   0
0
Fmin sin   N  G cos   0
i
F
iy
i
  tg 
T  N
Fmin  G
sin    cos 
cos    sin 
G
sin(    )
cos(    )
Siła Fmin osiągnęła wartość graniczna po przekroczeniu której rozpoczyna się
poślizg ciała w dół równi pochyłej
sin(    )  sin  cos   sin  cos 
y
cos(    )  cos  cos   sin  sin 
x
F
=0
0
Fmax  G (sin    cos  )
Fmin  G (sin    cos  )

G
Fmax  G
y
sin    cos 
x
cos    sin 
Fmax  G  tg (    )
Fmin  G
=-
0
sin    cos 
cos    sin 
Fmin  G  tg (    )

G
F
Warunek samohamowalności równi pochyłej
y
N
x
F
=0
0

Fmin  G (sin    cos  )  0
sin    cos   0
tg     tg 
G

 

Wykorzystując ten związek można zbudować dość prosty
przyrząd umożliwiający określenie kąta tarcia, a tym
samym – współczynnika tarcia ślizgowego.
Przykład: Określić Fmin powodującą poślizg ciała i kąt , przy którym ta wartość jest najmniejsza
F
y
ix
0
F cos   T  0
iy
0
N  G  F sin   0
i
N
F
i
F
T
T  N

x
  0 ,1
cos(    )  cos  cos   sin  sin 
G=6kN
F
G
cos    sin 

G sin 
cos(    )
Poślizg nastąpi kiedy:
F
y
cos(    )
Prawa strona nierówności osiąga minimum kiedy
= :
N
Fmin  G sin 
F
T
G sin 

x
  0 ,1
G=6kN
Fmin  6  0 , 0987  0 , 592 kN  592 N
Koniec przykładu
Przykład:
  0 ,3
  min
AB  l
y
TA
RA

F
ix
0
N A  TB  0
iy
0
TA  G  N B  0
i
NA
F

i
M
io
0
i
G
2
cos   N A l sin   0
TA    N A
RB
TB    N B
NB

0
N B l cos   G
l
TB
x
  0 ,3
y
TA
RA
  min

NA
tg  

1 
2
  56 40

G
2

1  0 ,3
2
2  0 ,3
 1,52
'
RB
NB
Koniec przykładu

0
AB  l
TB
x
TARCIE TOCZNE
d
F
G
d
T
N
N
A
f- współczynnik tarcia tocznego (cm)
f
y
M
iA
0
N f  F
F
x
F
iy
0
2
i
d
d
0
NG 0
i
G
T
A
Warunek toczenia się krążka:
N
f
FG 
2f
d
y
M
F
iA
0
N f  Fd  0
i
d
x
F
iy
0
NG 0
i
G
T
Warunek toczenia się krążka:
A
N
f
FG 
f
d
Rodzaj stykający powierzchni
f
(cm)
Rolka (koło)
podłoże
koło ogumione
droga polna
1÷1,5
drewno
drewno
0,05÷0,06
drewno
stal
0,03÷0,04
miękka stal
miękka stal
0,005
kulka z twardej stali
twarda stal
0,001
Przykład:

F
ix
0
T  G sin   0
0
N  G cos   0
i
F
iy
i
T  G sin 
N  G cos 
Zakładamy, że rozpatrujemy stan na granicy równowagi
   graniczne
G  r sin   Nf  0
N  G cos 
G  r sin   G  f cos   0

tg  
f
r
Aby możliwa była
równowaga, musi być
spełniony następujący
warunek
tg  
f
r

Koniec przykładu
Przykład:
Wyznaczyć wartość poziomej siły F, którą należy przyłożyć do pomostu w celu przetoczenia
ładunku.
Ile razy większej siły należy użyć do przesunięcia tego pomostu z ładunkiem, jeżeli spoczywa
on bezpośrednio na podłodze, a współczynnik tarcia ślizgowego wynosi =0,3 ?
F
B
D
Q
d
d
A
C
f2
y
TA   TB
NB
B
NA  NB
TB
TB  d  N B ( f 1  f 2 )  0
d
01
x
TA
A
TB  N B
f1
NA
f1  f 2
d
(1)
f2
y
TC   T D
ND
D
NC  ND
TD
TD  d  N D ( f1  f 2 )  0
d
02
x
TC
C
TD  N D
f1
NC
f1  f 2
d
(2)
Q
Fmin
D
B
TD
TB
NB
a
F
ix
ND
0
T B  T D  Fmin  0
(3)
0
NB  ND  Q  0
(4)
i
F
iy
i
Z równań (1), (2), (3), (4): wyznaczamy wartość siły Fmin:
Fmin  T A  T D 

0 ,15
f1  f 2
d
 (N B  N D ) 
f1  f 2
d
 5  0 , 0938 kN  93 ,8 N
8
W przypadku przesuwania pomostu po podłodze wartość siły wynosi Fmin:
    Q  0 , 3  5  1, 5 kN
Fmin

Fmin
Fmin

1500
 16
93 ,8
Koniec przykładu
Q 
TARCIE CIĘGIEN
d

A2

A1
0
S2
S1
y
dN
x
dT
d/2
d/2
S
S + dS
d
0
F
ix
 ( S  dS ) cos
2
i
F
iy
d
 dN  S sin
d
2
i
 s cos
d
 dT  0
2
 (S  dS ) sin
d
0
2
Ponieważ d jest kątem elementarnym, możemy przyjąć:
sin
d
2

d
2
cos
d
2
1
dS ( d  / 2 ) - możemy pominąć
Stąd po uproszczeniach:
dN  S  d   0
dT    dN
dS  dT  0
czyli:
dS   Sd   0
dS
d

 S
dS
S
   d  A
ln S    A
S  C e
 
czyli:
C  e    0  S  S1
A
ostatecznie mamy więc:
S 2  S1e

 
A2
A1
0
S2
S1
Występujące ,  muszą być wyrażane w mierze łukowej tj. w radianach.
Przykład:
G=100N
0
P
G
=0,2
S 2  P max
S1  G
0
 
Pmax  G  e
P
 
 100  e
Pmax  187 , 4 N
G
0 , 628
N
S2  G
S 1  P min
  
0
G  Pmin e
 
Pmin  Ge
  
P min  53 , 4 N
P
G
53 , 4 N  P  187 , 4 N
Koniec przykładu