Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

2 Model Charlesa Coulomb a (1785) Charles Coulomb ( ) pierwszy pełny matematyczny opis, (tzw. elastyczne odginanie nierówności połączone z koncepcją piłokształtnych nierówności Eulera), tarcie statyczne nie jest stałe, zmienność tarcia kinematycznego. 2

3 Rodzaje tarcia Tarcie zewnętrzne (TARCIE): obszar styku dwóch ciał stałych, będących w ruchu lub wprawianych w ruch bez udziału czynnika smarnego, w przypadku styku dwóch ciał idealnie sztywnych i pozbawionych błędów kształtu lub chropowatości, opory tarcia zewnętrznego są wynikiem oddziaływań sił powierzchniowych (adhezji (przyleganie) łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał stałych lub faz), w przypadku tarcia elementów maszyn, oddziaływanie ma charakter adhezyjny, oddziaływanie mechaniczne wywołane jest nierównościami współpracujących powierzchni. Tarcie wewnętrzne: opór powstający między elementami jednego ciała dla ciał stałych uzależnione od tłumiących materiałów a w płynach od ich lepkości, opory wynikają z istnienia sił kohezji (sił wzajemnego przyciągania się ciała/zjawisko stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzielaniu na części) oraz zależą od swobody przemieszczania się tych cząsteczek (tarcie płynne). 3

4 Rodzaje tarcia Tarcie toczne: występuje siła oporu, gdy jedno ciało toczy się po drugim (opona na drodze, kula na równi, łożyska), siła oporu jest zazwyczaj dużo mniejsze od siły tarcia kinetycznego (poślizgowego), szerokie zastosowanie w technice, toczenie jest ZAWSZE związane z odkształceniem powierzchni (nawet b. małym), tarcie toczne zależy od promienia toczącego się ciała. 4

5 Rodzaje tarcia Tarcie ślizgowe (tarcie suwne): występuje na styku dwóch ciał stałych (jest tarciem zewnętrznym), gdy ciała poruszają się względem siebie lub gdy ciała spoczywają względem siebie, występuje siła dążąca do przesunięcia ciał. Wyróżniamy: tarcie spoczynkowe (statyczne), tarcie ruchowe (kinetyczne. 5

6 Rodzaje tarcia Tarcie spoczynkowe (statyczne): dwa ciała nie przemieszczają się względem siebie, tarcie jest równe sile, jaką należy użyć aby wprowadzić w ruch jedno ciało względem drugiego. Tarcie ruchowe (kinetyczne): dwa ciała ślizgają się lub toczą po sobie, siła tarcia przeciwstawia się ruchowi tworząc opory tarcia, których pokonanie wymaga odpowiednich sił, zawsze wywołuje zużycie elementów trących. toczne (potoczyste): łożyska toczne, przekładnie zębate, układ koło-szyna ślizgowe (posuwiste): ruch postępowy, postępowo-zwrotny, wiertny. 6

7 Rodzaje tarcia Rodzaje tarcia Ze względu na rodzaj styku Ze względu na rodzaj ruchu Ze względu na cechy ruchu Suche Spoczynkowe Ślizgowe Płynne Ruchowe Toczne Graniczne Mieszane 7

8 Tarcie Tarcie (kinetyczne) zwrot wektora siły tarcia jest przeciwny do zwrotu wektora prędkości, siła tarcia jest wprost proporcjonalna do siły nacisku 8

9 Tarcie Tarcie kinetyczne gdzie: siła tarcia kinetycznego, współczynnik tarcia (kinetycznego) (wielkość niemianowana), siła nacisku (prostopadła do powierzchni). 9

10 Tarcie Tarcie statyczne ciało nie porusza się siła tarcia statycznego ( działającą na ciało (F), ) równoważy siłę maksymalna wartość, jaka może osiągnąć siła tarcia statycznego równa jest wartości siły aby poruszyć to ciało. 10

11 Tarcie model tarcia 11

12 Równia pochyła 12

13 Tarcie toczne - siła tarcia (F=T) f - współczynnik tarcia tocznego - moment tarcia [cm] r - promień N - siła nacisku

14 Tarcie przykład współczynników tarcia skojarzenie współczynnik tarcia ruchowego skojarzenie współczynnik tarcia ruchowego stal - żeliwo 0,18 guma beton 1,0 stal - stal 0,1 szkło - szkło 0,94 stal - mosiądz 0,15 lód - lód 0,1 żeliwo - żeliwo 0,16 stal - teflon 0,04 stal - drewno 0,2 stal - granit 0,08 współczynnik tarcia jest zależny od rodzaju materiałów z których wykonane są trące się powierzchnie i ich chropowatości 14

15 Tarcie przykłady współczynników momentu tarcia tocznego f [cm] skojarzenie współczynnik tarcia f[cm] kula stalowa twarda, po twardej stali (jak w łożysku) 0,0005 0,001 kula stalowa po stali 0,003 koło (walec) stalowe po stalowej szynie 0,005 koło (walec) drewniane po stali 0,03 koło (walec) drewniane po drewnie 0,06 0,15 współczynnik tarcia jest zależny od rodzaju materiałów z których wykonane są trące się powierzchnie i ich chropowatości 15

16 Zależności zużywanie mechaniczne części maszyn w skutek tarcia, zależy od: właściwości stykających się powierzchni, rodzaju tarcia (kinetyczne, statyczne), kształtu geometrycznego powierzchni tnących, zastosowania lub nie smarowania (suche, płynne, mieszane, graniczne), wartości siły docisku powierzchni, obciążenia wywołującego naprężenia wewnętrzne materiału części tnących, prędkości poślizgu lub toczenia, temperatury otoczenia, obecności środowiska agresywnego korozyjnie, wnikania między trące powierzchnie niepożądanych ciał obcych, jakości procesu eksploatacji (używania i obsługiwania). 16

17 Zależności W urządzeniach mechanicznych podstawowymi częściami trącymi są: łożyska ślizgowe poprzeczne pracujące w ruchu obrotowym: tarcie ślizgowe, łożyska ślizgowe poprzeczne pracujące w ruchu obrotowo zwrotnym (wahadłowym): tarcie ślizgowe, prowadnice pracujące w ruchu postępowo zwrotnym: tarcie ślizgowe, przekładnie zębate pracujące z reguły przy tarciu ślizgowo- tocznym, łożyska toczne o różnym profilu elementu toczonego i różnym kierunku przenoszenia sił (wzdłużne, poprzeczne): tarcie ślizgowe, napędy krzywkowe pracujące przy tarciu tocznym lub ślizgowym. Trwałość elementów maszyn zależy od wpływu tarcia tocznego lub ślizgowego. 17

18 Łożysko toczne 18

19 Główne typy łożysk tocznych kulkowe zwykłe, kulkowe skośne, kulkowe dwu rzędowe, nastawne wałeczkowe, stożkowe, baryłkowe, wzdłużne kulkowe, igiełkowe, walcowe. 19

20 Łożysko ślizgowe łożyska suche (smarowane okresowo lub wcale): teflon, łożyska powietrzne (dystans tworzy poduszkę powietrzną dostarczoną przez sprzężone powietrze), łożyska olejowe (korpus jest wypełniony olejem): hydronamiczne i hydrostatyczne. 20