Файл: Баренбойм, А. Б. Малорасходные фреоновые турбокомпрессоры.pdf

ведущим, получает принудительное движение, а все остальные звенья, называемые ведомыми, будут совершать вполне определен­ ные движения. Очевидно, что в механизме, обладающем двумя степенями свободы, ведущими должны быть 2 звена.

Г Л А В А II

ТРЕНИЕ В КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАХ И МЕХАНИЗМАХ

§2. ВИДЫ ТРЕНИЯ

Вкинематических парах, в которых существует относительное перемещение звеньев, имеет место трение, оказывающее существен­ ное влияние на работу механизмов и машин.

Трение может являться как вредным сопротивлением для дан­ ной машины, так и полезным. Так, например, возможная макси­ мальная сила тяги локомотива, трамвая, автомашины определяется величиной силы трения между колесами и рельсом или шинами автомобиля и дорогой. В то же время сила трения в подшипниках, вызывающая износ и выделение тепла, является силой вредного сопротивления.

Различают два основных вида трения: 1) трение скольжения, возникающее тогда, когда существует соприкосновение и взаимное скольжение соприкасающихся тел. Это трение всегда имеет место в низших кинематических парах; 2) трение качения, возникающее тогда, когда существует соприкосновение в точке или по линии и относительное перекатывание соприкасающихся тел. Это трение имеет место в высших кинематических парах.

Трение скольжения

Это трение подразделяется на два основных вида трения: а) трение сухих тел и б) жидкостное трение.

При сухом трении происходит относительное скольжение сухих или смазанных поверхностей.

При жидкостном трении соприкасаются и скользят друг подругу' слои жидкости. Очевидно, что явления, протекающие в этих дву'х случаях, совершенно различны, вследствие чего и аналитические зависимости, описывающие эти явления, будут также различными.

Как будет показано ниже, в тех случаях, когда скользящие поверхности покрыты смазывающей жидкостью (но не имеет место жидкостное трение), аналитические зависимости, связанные с та­ кого рода трением, исходят из законов сухого трения.

Условия возникновения жидкостного трения

Рассмотрим пластину, лежащую на неподвижной плоскости (рис. 7). Предположим, что между пластиной и опорной поверх­ ностью протекает жидкость со скоростью ѵ. Если пластину нагру­

8

зить вертикйлыюй нагрузкой, равнодействующая которой равна Q, то пластина, испытывая со стороны жидкости незначительное про­ тиводавление, опустится и придет в соприкосновение с неподвижной опорой. Если пластина будет перемещаться относительно поверх­ ности, то возникнет трение сухих или слегка смазанных тел.

гг

Т 7 Т Т 7 Т Т Т Т Т Т Т Т ~ ГГП

Рис. 7. Жидкостное трение

Совершенно другое получится, если пластину поставить под некоторым углом (рис. 8а). В этом случае жидкость, протекая со скоростью V и обладая кинетическим напором, создаст давление q нормальное к поверхности пластины. Это давление сможет уравновесить внешнюю

нагрузку Q и обеспечить взвешенное со­ стояние пластины. Таким образом, в этом случае пластина не ляжет на неподвижную

гг

Рис. 8(7. Силы, действующие в клине

поверхность и, если она будет двигаться относительно неподвиж­ ной поверхности, возникнет трение между слоями жидкости, т. е. жидкостное трение.

Здесь можно провести некоторую аналогию с механическим клином. Известно, что при действии осевой силы на клин, в опор­ ных поверхностях возникают нормальные реакции, величина кото­ рых тем больше, чем меньше угол конусности клина у (рис. 86).

Таким образом, чтобы жидкостной слой обладал грузоподъем­ ностью (часто говорят несущей способностью), необходимо наличие клинового зазора, в который должна подаваться смазывающая жидкость, и определенной скорости протекания этой смазывающей жидкости.

9

Кроме того, и сама жидкость должна обладать определенными смазывающими свойствами, как-то: вязкостью и прилипаемостью, т. е. ее сцепление со скользящими поверхностями должно быть больше, чем между частицами жидкости.

Величина грузоподъемности жидкостного слоя зависит от многих факторов. Соответствующие аналитические зависимости даются в гидродинамической теории смазки, родоначальниками которой являются известные наши ученые Н. П. Петров и Н. Е. Жу­ ковский. В настоящее время эта теория достаточно полно разрабо­ тана рядом советских ученых (И. В. Крагельский, Б. В. Дерягин и др.).

§3. ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Впрактике к чисто сухому трению прибегают тогда, когда это трение является полезным. В тех случаях, когда трение является сопротивлением для увеличения коэффициента полезного действия машины или механизма, следует стремиться к уменьшению потерь на трение, что частично достигается введением между трущимися поверхностями смазывающей жидкости. При этом весьма часто не удается обеспечить выполнение условий, необходимых для суще­ ствования жидкостного трения. В этом случае между трущимися поверхностями возникает полусухое (или полужидкостное) трение, описываемое теми же аналитическими зависимостями, что и сухое

трение.

Вопрос о природе сухого (или полусухого) трения является весьма сложным и до сих пор изучен недостаточно.

В первом приближении наличие сил трения может быть объяс­ нено тем, что при относительном движении сухих (или полусухих) тел должны быть преодолены сопротивления из-за микронеровно­ стей соприкасающихся поверхностей, а также силы молекулярного притяжения. Последние сказываются при весьма больших удельных давлениях между поверхностями. Указанные явления учитываются двучленной формулой Кулона, имеющей вид

Здесь принимается, что коэффициент трения р не зависит от давления УѴ и скорости относительного движения ѵ. В действи­

тельности, при больших удельных давлениях q = у - , где / 0—

площадь контакта, и больших скоростях скольжения ѵ, коэффи­ циент трения ;і уменьшается с увеличением q и п0.

10

Величина коэффициента трения ц (табл. 2), входящего в фор­ мулу (6), зависит от многих факторов, из которых основными являются материал и состояние трущихся поверхностей.

При больших удельных давлениях и скоростях следует пользо­ ваться другими зависимостями, приводимыми в соответствующей справочной литературе, или формулой (6), приняв значение коэф­ фициента трения, соответствующее действующему удельному давлению.

Формула (6) применяется на практике как для случаев сухого трения, так и в случаях, когда между поверхностями находится смазывающая жидкость (полусухое или полужидкостное трение). В последнем случае коэффициент трения зависит также от каче­ ства смазывающей жидкости и способа смазки.

Таблица 2

При решении практических задач необходимо помнить сле­

дующее:

1) Так как сила трения возникает между трущимися поверхно­ стями, то эта сила действует одновременно на обе скользящие друг

сопротивления и направлена против абсолютной скорости сколь­ жения.

11

Так, если тело А движется со скоростью щ, а тело В со ско­ ростью ѵ2 (рис. 9), то, если ѵі>ѵ2, направление силы трения будет

силы Р, необходимую для перемещения тела А по поверхности.

Со стороны поверхности на тело А действует реакция, в общем случае смещенная относительно G на величину «а». При скольже­

будет смещена на величину «а», как это показано на рис. 13).

Так как моменты сил Р и N друг друга уравновешивают, то для составления уравнения равновесия можно силы рассматривать приложенными в одной точке (рис. 14).

а flГ

У,!

Рис. 13. Равнодействующая реактивных сил

Очевидно, что равнодействующая R внешних сил Р и G должна быть равна и прямо противоположна равнодействующей R реактив­ ных сил N и Т.

12