Трение в механизмах. Виды трения.

Способность контактирующих поверхностей звеньев сопротивляться их относительному движению называется внешним трением. Трение обусловлено неидеальным состоянием контактирующих поверхностей (микронеровности, загрязнения, окисные пленки и т.п.) и силами межмолекулярного сцепления. Трение в кинематических парах характеризуется силами трения и моментами сил трения. Силой трения называется касательная составляющая реакции в КП (составляющая направленная по касательной к контактирующим поверхностям), которая всегда направлена против вектора скорости относительного движения звеньев.

Различают следующие виды трения:

• трение покоя проявляется в момент, когда два тела находящиеся в состоянии относительного покоя начинают относительное движение (касательную составляющую возникающую в зоне контакта до возникновения относительного движения, в условиях когда она меньше силы трения покоя, будем называть силой сцепления; максимальная величина силы сцепления равна силе трения покоя);
• трение скольжения появляется в КП при наличии относительного движения звеньев; для большинства материалов трение скольжения меньше трения покоя;
• трение качения появляется в высших КП при наличии относительного вращательного движения звеньев вокруг оси или точки контакта;
• трение верчения возникает при взаимодействии торцевых поверхностей звеньев вращательных КП (подпятники).

Кроме того по наличию и виду применяемых смазочных материалов различают:

Сила трения покоя зависит от состояния контактных поверхностей звеньев, а сила трения скольжения - также и от скорости скольжения. Определение зависимости трения скольжения от скорости возможно только в некоторых наиболее простых случаях. Пример диаграммы такой зависимости дан на рис. 9.6.

Рис. 9.6

Трение скольжения согласно закону Кулона-Амонтона пропорционально нормальной составляющей реакции в КП

где f - коэффициент трения скольжения.

Силы в кинематических парах с учетом трения.

Поступательная КП (рис.9.7).

Рис. 9.7

При силовом расчете с учетом трения в поступательной КП определяются:

• реактивный момент M_ij,
• величина реакции F_ij;
• направление вектора F_ij;

известны: точка приложения силы - геометрический центр кинематической пары A_1п. и коэффициент трения скольжения f.

Полная величина реакции в КП равна векторной сумме

где - сила трения скольжения, j - угол трения, f - коэффициент трения скольжения (tg j» f, так как j мало).

Если tg j» f => 0, то F_ij => F ⁿ_ij, т.е. к решению без учета трения.

Число неизвестных в поступательной КП при силовом расчете с учетом трения увеличилось и равно n_s = 3.

Вращательная КП

Силовой расчет с учетом трения является моделью КП более высокого уровня, с большей степенью приближения модели к реальной КП. При этом известны геометрические размеры элементов КП (радиусы цапф) и коэффициент трения скольжения. Так как в реальных парах имеются зазоры, то на расчетной схеме (рис.9.8) пару представляют как высшую.

Рис. 9.8

При силовом расчете c учетом трения во вращательной КП определяются:

• направление реакции F_ij;
• величина реакции F_ij;
• величина силы трения F_{тр ij};

известно: линия действия нормальной составляющей проходит через центр КП точку B_1в., коэффициент трения скольжения, радиус цапфы r_{i »} r_j.

Момент трения в КП

Высшая КП.

В высшей паре два относительных движения - скольжение и перекатывание. Поэтому здесь имеют место два вида трения - трение скольжения и трение качения(рис. 9.9).

Рис. 9.9

При силовом расчете в высшей КП определяются:

• величина реакции F_ij;
• направление реакции F_ij;
• момент сил трения М_трij

известны:

• точка приложения силы - точка контакта рабочих профилей кинематической пары С_2вп;
• направление нормальной составляющей Fⁿ_ij - контактная нормаль к профилям (размеры и форма профилей заданы);
• направление тангенциальной составляющей F_трij - касательная к профилям в точке контакта;
• коэффициенты трения качения k и скольжения f.

Полная величина реакции в КП равна векторной сумме

Число неизвестных в высшей КП при силовом расчете с учетом трения увеличилось с n_s = 1 до n_s = 3 (так как в паре имеется два вида трения).