2020-05-12
81
При соприкосновении движущихся (или приходящих в движение) тел с другими телами, а также с частицами вещества окружающей среды возникают силы, препятствующие такому движению. Эти силы называют силами трения. Действие сил трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю и вызывает нагревание тел и окружающей их среды. Существует внешнее и внутреннее трение (иначе называемое вязкостью). Внешним называют такой вид трения, при котором в местах соприкосновения твердых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленные по касательной к их поверхностям.
Внутренним трением (вязкостью) называется вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоев жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению.
Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение. Трение покоя возникает между неподвижными твердыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места. Кинематическое трение существует между взаимно соприкасающимися движущимися твердыми телами. Кинематическое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.
Сила трения (Fтр.) направлена вдоль поверхности соприкасающихся тел в направлении противоположном их относительного перемещения. Зависит сила трения Fтр. от силы нормального давления перемещающегося тела на опору, материала и условий взаимодействия трущихся поверхностей:
Fтр = f × P, (1)
где f - безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения.
Определить значение коэффициента трения можно следующим образом. Плоский брусок массой m под действием силы F2 перемещается по наклонной плоскости (рис. 1). На него действуют сила тяжести F1, сила трения F3 , и сила реакции опоры N. Со стороны тела на поверхность наклонной плоскости действует сила нормального давления Р.
Рис. 1. Схема определения коэффициента трения
Из рис. 1:
; (2)
, (3)
Подставив эти значения в формулу 1, получим выражение для расчета коэффициента трения:
. (4)
Пластмассы и композиционные материалы на их основе находят широкое применение для изготовления деталей, работающих в узлах трения. Такие материалы обладают высокими антифрикционными свойствами – низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью.
Хорошими антифрикционными свойствами обладают как некоторые термореактивные, так и термопластичные материалы.
Из текстолита изготавливают подшипники прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов. Такие подшипники работают в тяжелых условиях, смазываются водой. Волокнистые материалы на основе фенолформальдегидной смолы с наполнителем из хлопкового волокна изготавливают направляющие втулки, кулачки, др. детали, работающие в узлах трения.
Из полимеров наиболее широко для изготовления антифрикционных деталей применяют полиамиды: капрон, анид, и, особенно, фторопласт. Достоинства полиамидов – высокая прочность при ударных нагрузках, низкий коэффициент трения, высокая износостойкость и коррозионная стойкость. Для еще большего повышения износостойкости и снижения коэффициента трения в полиамиды вводят антифрикционные наполнители – графит, дисульфид молибдена, которые снижают коэффициент трения примерно в 1,5 раза. Из полиамидов изготавливают подшипники скольжения, втулки направляющие, работающие без смазки в машинах и устройствах пищевой и текстильной промышленности, где применение смазки вредно и нежелательно.
Исключительно высокими антифрикционными свойствами обладает фторопласт, коэффициент трения которого без смазки по стали составляет 0,04 – 0,06. Недостаток фторопласта – низкая прочность, в результате чего он деформируется под нагрузкой. Применяют фторопласт в комбинации с другими материалами, используя его как наполнитель или в виде тонких пленок.
В табл. 1 приведены коэффициенты трения некоторых полимерных и древесных материалов по стали.
Таблица 1
