На каждый день | Геометрическая статика

Трением скольжения называется сопротивление, возникающее при попытке сдвинуть тело по шероховатой поверхности. Основными причинами трения являются силы сцепления неровностей соприкасающихся поверхностей (уменьшаются при улучшении качества обработки) и силы взаимодействия молекул пограничных слоев соприкасающихся тел (увеличиваются с улучшением качества обработки). Полное устранение трения таким образом невозможно.

Наличие трения проявляется в возникновении силы трения, приложенной в точке контакта к сдвигаемому телу и направленной в сторону, противоположную направлению движения. При этом к поверхности, по которой происходит движение, со стороны сдвигаемого тела прикладывается равная по величине и противоположная по направлению сила. В первом приближении силы трения (при сухих и слабо смазанных поверхностях) подчиняются законам Кулона:

1) сила трения не зависит от размеров соприкасающихся поверхностей;

2) максимальная сила F_макс трения пропорциональна нормальному давлению N соприкасающихся тел

где f - коэффициент трения, зависящий от материала, качества обработки и физического состояния (температура, влажность) соприкасающихся поверхностей. Коэффициенты трения определяются экспериментально (табл. 1).

Таблица 1. Коэффициент трения скольжения f_ст для некоторых веществ

В состоянии покоя и при малых скоростях движения имеет место статический коэффициент трения f_ст. При больших скоростях движения для некоторых веществ динамический коэффициент трения f_дин может значительно изменяться и в общем случае является функцией от скорости.

Углом трения φ_тр называется предельный угол между полной реакцией R шероховатой поверхности и нормалью к ней (рис. 1).

Рисунок 1.

Угол трения и коэффициент трения связаны зависимостью tg φ_тр=f. Конус с углом раствора 2φ_тр, ось которого является общей нормалью соприкасающихся поверхностей, называется конусом трения. Если соприкасающиеся поверхности неизотропны (т. е. коэффициент трения при перемещении в различных направлениях неодинаков), конус трения не является круговым. Свойство конуса (угла) трения: полная реакция шероховатой поверхности в состоянии покоя проходит в пределах конуса (угла) трения, а при взаимном движении соприкасающихся тел - по границе конуса (угла) трения. Например, равновесие тела (см. рис. 1) возможно под действием равнодействующей активных сил а не , так как сила может быть уравновешена реакцией , лежащей в пределах угла трения, а сила нет. Таким образом, при наличии трения возможна некоторая область положений равновесия, в то время как при связях без трения возможно только одно положение равновесия.

Трением качения называется сопротивление, возникающее при попытке катить колесо по поверхности. Трение качения проявляется в возникновении момента трения качения М_тр, стремящегося повернуть колесо в сторону, противоположную движению. В состоянии покоя M_тр

На рис. 2, а показана система сил, приложенных к ведущему колесу, получающему вращающий момент М от двигателя, а на рис. 2,б - система сил, приложенных к ведомому колесу, приводимому в движение силой тяги . Здесь - нормальная нагрузка на колесо, N=Р - нормальная реакция основания, - сила трения, - сила тяги, развиваемая ведущим колесом. Качение без проскальзывания возможно при соотношении M≤(k+fR)N для ведущего колеса и при для ведомого.

Рисунок 2.