Рассмотрим силы трения возникающие в кинематических парах механизмов:
В основе всех полученных зависимостей для определения сил трения в кинематических парах лежит известный из физики закон (Кулона) о том, что сила трения пропорциональна нормальной реакции, где коэффициент пропорциональности – это коэффициент трения, получаемый экспериментально.
Другие примеры решений >
Помощь с решением задач >
Применительно к механизмам на основе этого основного закона трения получаются самые разные расчетные формулы в зависимости от конкретной конструкции и условий работы кинематических пар:
— сила трения зависит от формы направляющих и, если направляющая при поступательном движении имеет сложную форму (отличную от обычной плоскости), надо применять приведенный коэффициент трения, в частности при применении клинчатых направляющих;
— наклонная плоскость применяется для выигрыша в силе (при этом проигрываем в расстоянии и коэффициенте полезного действия). Решение задач на наклонную плоскость четко показывает, что, даже при неблагоприятных с точки зрения сил трения условиях, выигрыш в силе получается значительный;
— при определении сил трения во вращательных кинематических парах (на цилиндрической и торцовой поверхностях) необходимо учитывать способность контактирующих поверхностей к приработке. При подготовке к занятию надо проработать две соответствующие гипотезы;
— переход от трения скольжения к трению качения, как правило, обеспечивает меньшие потери мощности на трение и приводит к повышению коэффициента полезного действия. Физический смысл коэффициента трения качения – это плечо, на которое смещается нормальная реакция вперед по ходу движения катка, создавая момент, препятствующий его перекатыванию (это и есть момент трения качения).
Таким образом, коэффициент трения является размерной величиной (имеет линейную размерность), и умножение нормальной реакции на коэффициент трения качения дает не силу трения, а момент трения качения.
Решение задач на трение – это фактически решение задач статики, только с учетом сил трения. При решении рассматривается баланс сил, действующих на исследуемое звено. Если необходимо обеспечить движение звена под действием заданных сил, то движущие силы должны быть больше сил сопротивления (в которые и входят силы трения), или, в крайнем случае, равны силам сопротивления.
Если необходимо обеспечить торможение звена, то силы сопротивления должны быть больше движущих сил. Решение ведется для крайнего случая – равенства движущих сил и сил сопротивления. Это равновесное состояние звена и поэтому для решения используются обычные уравнения статики. В зависимости от условия задачи в конце ставится соответствующий знак: больше, если необходимо обеспечить движение звена под действием заданных сил; меньше, если необходимо обеспечить торможение звена.
Если в движении участвует несколько звеньев, то вместо баланса сил используют баланс мощностей: мощность движущих сил должна быть больше сил сопротивления (или равна силам сопротивления) для обеспечения движения системы; для обеспечения торможения системы мощность сил сопротивления должна быть больше движущих сил.
Контрольные вопросы
- Какая физическая зависимость используется при определении сил трения в кинематических парах? Трение в поступательных парах, угол и конус трения. Как можно использовать эти понятия для определения возможности движения тела под действием внешней результирующей силы?
- Для чего используется наклонная плоскость? Каково соотношение движущих сил и сил сопротивления, при движении тела вверх по наклонной плоскости?
- Каково влияние формы направляющих на силы трения (на примере клинчатых направляющих)? Понятие – приведенный коэффициент трения.
- Какие гипотезы рассматриваются при определении сил (моментов) трения во вращательных парах? Приведенные коэффициенты трения на цилиндрической поверхности, их сравнительная оценка для разных гипотез. Моменты трения на торцовых поверхностях, их сравнительная оценка для разных гипотез.
- Формула Л.Эйлера для определения силы трения гибкого тела о жесткую цилиндрическую поверхность. Какой дополнительный фактор по сравнению с трением твердых тел появляется в данном случае, с помощью которого можно существенно влиять на величину силы трения?
- Каков физический смысл коэффициента трения качения? Какую он имеет размерность? Как записывается условие чистого качения?
- Как определить потери на трение (мощность трения) в кинематических парах (во вращательной паре 5 класса, в поступательной паре 5 класса, в высшей кинематической паре 4 класса)?
Кинематика зубчатых механизмов. Синтез планетарных и дифференциальных механизмов >
Курсовой проект >