Види тертя

В залежності від виду переміщення (рисунок 4.1) розрізняють тертя спокою, тертя ковзання, кочення і крутіння.

Тертя спокою являє собою опір контактуючих тіл їх відносному переміщенню, що спостерігається при прикладанні нормального і дотичного навантажень, які не викликають змін координат і руйнування плям фактичного контакту. У цьому випадку вершини контактуючих виступів не зміщуються одна відносно одної. При терті спокою можливе відносне зміщення контактуючих тіл, викликане деформацією контактуючих нерівностей і в меншій мірі об’ємною деформацією цих тіл. Цей вид тертя має місце у муфтах зчеплення, фрикційних пристроях, пасових передачах.

Тертя ковзання спостерігається при відносному переміщенню тіл і супроводжується постійною зміною виступів поверхні тертя, що вступають у контакт. При терті ковзання спряженні тіла переміщуються так, що вектори швидкостей на кожній спільній ділянці контакту різні по модулю або напрямку (рисунок 4.1 а). Реалізується цей вид тертя в парах: напрямна-супорт, вал-вкладка, поршень-втулка.

Тертя кочення – це опір взаємному переміщенню контактуючих тіл, при повороті одного з яких відносно миттєвої або постійної осі в контакт вступають нові ділянки поверхонь тертя, а відносна швидкість різних точок цього тіла визначається їх віддаллю від контактної ділянки (рисунок 4.1 б). Цей вид тертя реалізується у підшипниках кочення, парах колесо-рейка залізничного транспорту, ролик-транспортуюча стрічка конвеєрних систем, гвинтові пари кочення. Внаслідок пружності реальних тіл їх контакт являє собою не точку або лінію, а площадку кінцевих розмірів. Тому кочення супроводжується, як правило, проковзуванням.

Тертя крутіння (рисунок 4.1 в) має місце в опорах годинникових механізмів, огранювальних дисків, веретен. Характеризується тим, що площа обох поверхонь тертя однакова, а швидкості відносного переміщення різних точок цих поверхонь різні, залежать від їх відстані від центру контактної площадки і знаходяться в інтервалі 0 – V_max.

Для кількісної оцінки тертя вводиться поняття сили тертя Т. Сила тертя представляє собою рівнодійну сил тангенціальних опорів, що виникають на фактичних плямах контакту при ковзанні одного тіла по поверхні іншого. Сила тертя відноситься до числа непотенційних сил. Тертя крутіння характеризується моментом сил тертя.

Рисунок 4.1 – Різні види тертя: а – ковзання; б – кочення; в - крутіння

При переході від спокою до ковзання контактуючих тіл є ділянка попереднього зміщення (ділянка ОА, рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Залежність сили тертя від величини зміщення

Тангенціальний опір в режимі попереднього зміщення називають силою зчеплення, так як вона частково носить потенційний характер.

Повна сила тертя спокою відповідає переходу від попереднього зміщення до ковзання (точка А). Її умовно називають тертям спокою. Після попереднього зміщення починається стійке ковзання, яке характеризується силою тертя ковзання (лінія А₁В). В залежності від поставленої задачі тертя може оцінюватися не тільки силою або моментом. Тертя при ударі характеризується зміною кількості руху.

В інженерній практиці для оцінки тертя застосовуються наступні характеристики:

– коефіцієнт тертя ковзання – відношення сили тертя до норрисунокьного навантаження f = T/N;

– коефіцієнт тертя при ударі – відношення зміни кількості руху тіла, що співударяється в нормальному і тангенціальному напрямках за час співударяння;

– при енергетичній оцінці визначається коефіцієнт втрат на тертя як відношення роботи, затраченої на подолання сил тертя W_т, до загальної затраченої роботи W_Σ: f_w = W_т/W_Σ. Цією характеристикою доцільно користуватися для інтегральної оцінки втрат на тертя в машинах і механізмах.

В залежності від наявності мастила і характеру його участі в процесі розрізняють наступні режими тертя: тертя без мастильного матеріалу, граничне, рідинне (гідродинамічне, гідростатичне), газодинамічне (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Графіки розподілу тиску і температури по довжині робочої поверхні при терті: а – без мастильного матеріалу; б – з мастильним матеріалом, h = 0,1…0,5 мкм; в –h> 0,5 мкм