Mat W-7.pdf
(
553 KB
)
Pobierz
Microsoft PowerPoint - W-7
2008-11-03
Tarcie, ścieranie i zużycie materiału spowodowane tarciem
W skali światowej ok.
30 – 50 % energii
produkowanej corocznie
pochłaniają opory tarcia
występujące w ruchomych częściach maszyn. Wskutek zużycia
corocznie eliminowane
są setki
tysięcy różnych maszyn.
Omówimy teraz dwie właściwości ujawniające się
w warunkach tarcia występującego
pomiędzy materiałami
, oraz
zużycie materiałów spowodowane tarciem
. Właściwości te są
niezwykle istotne w większości konstrukcji.
Tarcie
na powierzchni łożyska
jest niekorzystne
, ponieważ
zużywa się na jego pokonanie
dodatkową energię,
a
zużycie materiału
zmienia
niekorzystnie tolerancje z jakimi zostało
ono wykonane
.
Natomiast na
okładziny hamulcowe
lub
na tarczę sprzęgła
wybieramy taki materiał, aby
tarcie było jak największe
; ale i w tych przypadkach
zużycie materiału jest z oczywistych
powodów niepożądane
.
Przy pewnych
obróbkach materiału
, jak np.
mielenie
lub
szlifowanie
, celem jest
uzyskanie
jak największego zużycia przy minimum energii wydatkowanej na tarcie
.
Tarcie pomiędzy materiałami
Jeżeli powierzchnie dwóch materiałów stykają się ze sobą,
próby przemieszczenia jednego
z nich względem drugiego napotykają na opór sił tarcia
(rys. 7.1).
Siła potrzebna
do rozpoczęcia poślizgu
F
s
zależy od
siły P normalnej do powierzchni
styku
w sposób następujący:
gdzie:
m
s
-
bezwymiarowy statyczny
współczynnik tarcia.
1
2008-11-03
Rysunek 7.1
Bezwymiarowe współczynniki tarcia
statycznego i kinetycznego.
Po
zapoczątkowaniu poślizgu
,
siła graniczna tarcia maleje nieznacznie
i możemy napisać:
gdzie:
m
k
<
m
s
-
bezwymiarowy kinetyczny
współczynnik tarcia.
Wynik ten wydaje się przeczyć intuicji - jak to możliwe, żeby
tarcie pomiędzy stykającymi
się materiałami zależało jedynie od siły dociskającej je do siebie
, a
nie w sposób
oczywisty od powierzchni styku
? Aby zrozumieć ten mechanizm, musimy zastanowić się jak
wygląda geometria typowej powierzchni metalu.
Jeżeli
zbadamy powierzchnię dokładnie
toczonego pręta miedzianego, wycinając z niego
ukośny plasterek, lub jeżeli zbadamy profil nierówności powierzchni tego pręta za pomocą
urządzenia zwanego "Talysurf”, rejestruje wszystkie zagłębienia i wypukłości na niej
występujące), okaże się,
że powierzchnia takiej próbki wygląda
jak pokazano na rys. 7.2.
Rysunek 7.2
Wygląd powierzchni metalu dokładnie obrobionej
przez obróbkę skrawaniem (wysokości nierówności
są w wyolbrzymionej skali w stosunku do skali
odległości między nimi).
2
2008-11-03
Widać wyraźnie, że powierzchnia ta
ma wiele wypukłości
("chropowatości"). Po
wypolerowaniu powierzchni metalu bardzo drobnym papierem ściernym, wymiary tych
wypukłości maleją ok. 10-krotnie, lecz są one wciąż dobrze widoczne. Pozostają nawet po
długotrwałym polerowaniu za pomocą środka polerującego o najdrobniejszym ziarnie.
Jeżeli dwie powierzchnie, które
uważamy za płaskie
(rys. 7.3), stykają się, nie ma
znaczenia jak starannie były one obrabiane i wypolerowane; będą się one
stykały tylko w
miejscach styku wypukłości
.
Każde obciążenie dociskające do siebie powierzchnie będzie przenoszone jedynie w
miejscach
, gdzie
stykają się ich wypukłości
, a więc
jedynie mały ułamek powierzchni
przeniesie to obciążenie
.
Rysunek 7.3
Schematyczne przedstawienie styku pomiędzy dwiema powierzchniami.
3
2008-11-03
Początkowo, przy bardzo małym obciążeniu,
stykające się wypukłości odkształcają się
sprężyście
. Jednakże
przy rzeczywistych obciążeniach
, na wierzchołkach wypukłości
występują
znaczne odkształcenia plastyczne
. Jeżeli na wszystkich wypukłościach wystąpi
odkształcenie plastyczne, tak że utworzy się lepszy styk pomiędzy powierzchniami, całkowite
obciążenie przenoszone przez te powierzchnie będzie dane wzorem:
gdzie:
a
- rzeczywista powierzchnia styku,
R
e
- naprężenie ściskające wywołujące
odkształcenie plastyczne materiału.
Rzeczywista powierzchnia styku wyniesie
:
Widać, że jeżeli
podwoimy wartość siły P
,
rzeczywista powierzchnia styku a zwiększy
się dwukrotnie
.
4
2008-11-03
Rozważmy teraz jak
geometria powierzchni styku
wpływa na
tarcie pomiędzy stykającymi
się powierzchniami metalu.
Jeżeli w
ywołamy poślizg jednej powierzchni po drugiej
, to
ruchowi temu
przeciwdziałają
naprężenia ścinające tna wypukłościach
.
Naprężenia te
są
największe w tych miejscach
,
w których
przekrój wypukłości jest najmniejszy
, czyli
w obszarze rzeczywistego styku
.
Siłę przeciwdziałającą tarciu
można wyrazić jako:
W wyniku
znacznych odkształceń plastycznych w miejscach styku
, wierzchołki wypukłości
zostają w
obszarze styku a dociśnięte do siebie tak silnie
,
że powstaje bezpośrednie
zbliżenie poszczególnych atomów
. Takie złącze
może przeciwstawić się naprężeniu
ścinającemu o wielkości k
, przy którym następuje odkształcenie plastyczne materiału. Stąd siła
F
s
, przy której rozpoczyna się poślizg jednej powierzchni po drugiej, wynosi:
Podstawiając
R
s
= P/a
otrzymujemy:
Prawo tarcia
podane równaniem:
Nasz model uwzględniający
styk wypukłości przewiduje
, że
m
s
ok.
1/2
, co jest
prawidłowym
rzędem wartości
dla statycznego współczynnika tarcia pomiędzy
powierzchniami metalowymi
.
Dlaczego
m
k
jest
mniejsze
? Ponieważ w
trakcie ślizgania się powierzchni czas
, w ciągu
którego mogą
utworzyć się zbliżenia atom-atom
w miejscach kontaktu między wypukłościami
powierzchni,
jest krótszy
i odpowiednio
mniejsza jest powierzchnia styku
, na której
zachodzi
ścinanie
. Po zatrzymaniu poślizgu
powierzchnie punktów styku zwiększają się nieco
,
wskutek pełzania materiału, a
proces dyfuzji wzmacnia połączenie
. W konsekwencji wartość
m
wzrasta do wartości
m
s
.
5
Plik z chomika:
ozizu
Inne pliki z tego folderu:
[APC] Zbiór Zadań z Podstaw Automatyki - Holejko, Kościelny, Niewczas.pdf
(135923 KB)
[Lis] Tablice Informatyczne - PHP.rar
(4641 KB)
Zatorski Metrologia.rar
(169757 KB)
Suwmiarka.zip
(310 KB)
Sprawdziany.zip
(125 KB)
Inne foldery tego chomika:
archeologia
filmy
ksiazki
muzyka
muzyka dla dzieci
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin