Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Wyznaczanie współczynników tarcia poślizgowego i tocznego ..., Publikacje z Geometria

statycznego, ciało spoczywa nieruchomo. Ze wzrostem siły F siła tarcia statycznego wzrasta do wartości maksymalnej FTS, przy której ciało m zacznie się poruszać ...

Typologia: Publikacje

2022/2023

Załadowany 24.02.2023

Grzegorz
Grzegorz 🇵🇱

4.5

(103)

516 dokumenty

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Wyznaczanie współczynników tarcia poślizgowego i tocznego ... i więcej Publikacje w PDF z Geometria tylko na Docsity! ĆWICZENIE 3 Wyznaczanie współczynników tarcia poślizgowego i tocznego z wykorzystaniem równi pochyłej Obowiązkowa znajomość zagadnień Mikro i makroskopowa istota zjawiska tarcia. Rodzaje tarcia (statyczne i kinetyczne oraz poślizgowe i toczne). Własności siły tarcia. Kąty tarcia oraz współczynniki tarcia poślizgowego i tocznego. Istota pomiaru współczynników tarcia za pomocą równi pochyłej. Zasady dynamiki Newtona. Zadania do wykonania I. Poznanie podstaw teoretycznych zjawiska tarcia poślizgowego i tocznego. II. Poznanie zasady wyznaczania współczynników tarcia poślizgowego i tocznego poprzez pomiar kątów tarcia. III. Pomiar kątów tarcia dla różnych par materiałów ciernych z wykorzystaniem równi pochyłej. IV. Zestawienie wyników i obliczenie wartości współczynników tarcia poślizgowego i tocznego dla różnych materiałów. Wiadomości wprowadzające Tarcie jest to zjawisko fizycznej zamiany energii kinetycznej na ciepło. W skali globalnej duża część produkowanej energii (ok. 30 — 50 %) zużywana jest na pokonanie oporów tarcia. Niejednokrotnie zależy nam na jak najwyższej jego wartości np. w hamulcach, sprzęgłach. Generalnie jednak dążymy do zniwelowania oporów tarcia w urządzeniach typu łożysko ślizgowe, toczne itp. W związku z tym wiele wysiłku poświęca się na opracowanie metod pozwalających zmniejszyć tarcie. Z drugiej jednak strony, gdyby nie było tarcia, nie moglibyśmy chodzić, pisać, nie byłoby transportu kołowego. Z mikroskopowego punktu widzenia tarcie jest zjawiskiem bardzo skomplikowanym. Co dzieje się na poziomie atomowym dokładnie nie wiadomo. Przypuszcza się, że może dochodzić do zbliżenia atomów należących do wypukłości obydwu oddziaływujących powierzchni, co prowadzi do tworzenia się „wiązań” pomiędzy atomami (oddziaływania sił elektrostatycznych). Przesuwanie obiektu wzdłuż ĆWICZENIE 3 powierzchni jest często nierównomierne, być może z powodu tworzenia i zrywania tych „wiązań”. Nawet, gdy okrągłe przedmioty toczą się po powierzchni nadal istnieje tarcie, nazywane £arciem tocznym, które jest zdecydowanie mniejsze od tarcia poślizgowego (powstającego podczas ruchu postępowego jednego ciała po powierzchni drugiego). Struktura makroskopowa (geometria obszarów rzeczywistego styku, chropowatości i mikronierówności) decyduje o występowaniu tzw. składowej mechanicznej oporów tarcia. Związana jest ona z odkształcaniem powierzchni trących i ze wzajemnym wnikaniem kontaktujących się materiałów w mikroszczeliny powierzchni. Wygładzanie powierzchni początkowo powoduje zmniejszenie siły tarcia, jednak po przekroczeniu pewnego stopnia gładkości siła tarcia ponownie wzrasta. Wynika to ze zwiększenia się składowej adhezyjnej oporów tarcia wraz ze wzrostem obszarów rzeczywistego styku. Niejednorodność powierzchni sprawia, że pomiary siły tarcia są słabo powtarzalne i dlatego dla wyznaczenia siły tarcia dla danej pary trących się powierzchni konieczne jest wielokrotne powtórzenie pomiarów i uśrednienie uzyskanych wyników. Siła tarcia w bardzo dużym stopniu zależy od atmosfery otaczającej połączenie. Metale oczyszczone i pracujące w próżni ulegają bardzo szybko zatarciu ze względu na brak tlenków metali na ich powierzchni, które zmniejszają współczynnik tarcia (tarcie suche). Nieznaczne nawet ilości wody zmniejszają w sposób znaczący tarcie pomiędzy elementami współpracującymi (tarcie półsuche). Duży wpływ na opory tarcia mają wysokości nierówności powierzchni współpracujących elementów. Siły występujące przy przesuwaniu ciała o masie m po poziomej powierzchni przedstawione są na rys. 1. Gdy przyłożona siła F' jest mniejsza od krytycznej siły tarcia statycznego, ciało spoczywa nieruchomo. Ze wzrostem siły F' siła tarcia statycznego wzrasta do wartości maksymalnej F'rs, przy której ciało m zacznie się poruszać. Rys. 1. Siły działające na klocek przesuwany po powierzchni poziomej pod wpływem siły zewnętrznej F' przy występowaniu siły tarcia Fr F'rs jest maksymalną wartością siły tarcia statycznego, która określa współczynnik tarcia statycznego Hs zgodnie z zależnością: Frs = Hs*Fy 0) > ĆWICZENIE 3 Odmienny typ tarcia stanowi żarcie toczne. Występowanie tarcia tocznego wiąże się z plastycznym odkształceniem powierzchni, po której toczy się ciało cylindryczne lub kuliste i samej powierzchni toczącego się ciała. Spoczywający walec lub walec idealnie sprężysty toczący się po idealnie sprężystym podłożu powoduje symetryczne odkształcenia (rys. 4), a więc wypadkowe siły F,, F> działające na obie stykające się z podłożem części kuli są równe i działają symetrycznie względem pionowej płaszczyzny przechodzącej przez oś obrotu. Siły te tworzą wypadkową siłę R reakcji podłoża na nacisk, która przechodzi przez oś obrotu. Zatem moment tej siły jest równy zeru i nie może ona zmienić prędkości obrotowej toczącego się ciała, (bo przyspieszenie kątowe równe jest zeru). > v — Rys. 4 Brak tarcia tocznego — działające siły F,, F są równe — symetria układu. W rzeczywistości nie ma tak do końca idealnie sprężystych odkształceń. Wtedy siły reakcji podłoża F> od strony, na którą naciera toczące się ciało są większe od sił działających z przeciwnej strony, a co więcej nie działają one symetrycznie (rys. 5). Rys. 5 Asymetryczna reakcja podłoża. ĆWICZENIE 3 Z tych powodów wypadkowa siła R (reakcji podłoża na nacisk) nie przechodzi przez oś obrotu i wywiera na toczące się ciało niezerowy moment siły. Moment ten zmniejsza prędkość kątową, a więc prędkość toczenia się ciała. O ile więc przy ruchu posuwistym hamujący wpływ na ruch ma siła wynikająca z nacisku ciała na podłoże, o tyle przy toczeniu istotne znaczenie ma moment siły związany z tą siłą. Rzeczywiste toczące się ciała nigdy nie stykają się tylko jednym punktem z powierzchnią, po której toczą się, niemniej powierzchnia ich styku z podłożem jest na ogół bardzo niewielka. Siła R jest więc na ogół "prawie" pionowa. Kąt między tą siłą a kierunkiem pionu (oznaczmy go a) jest więc niewielki, bliski zera. Na rysunku 6 poniżej, dla uzyskania większej przejrzystości, jest on nieproporcjonalnie duży. Rys. 6 Asymetryczna reakcja podłoża. Jeśli wypadkową siłę R rozłożymy na składowe otrzymamy siłę pionową N równoważącą siłę nacisku ciała na podłoże oraz siłę poziomą F,, której moment jest właśnie przyczyną hamowania ruchu obrotowego. Rozważmy przypadek skrajnie małego tarcia tocznego, gdy kula toczy się "prawie" ruchem jednostajnym (jej przyspieszenie kątowe równe jest zero) pod wpływem pewnej zewnętrznej siły F. Wówczas moment siły F, i moment siły N muszą być równe (toczenie nie jest hamowane). Moment siły tarcia F, wynosi: M, =F-r (8) Moment siły N wynosi: M; = N* ir 0) Porównując momenty otrzymamy: F:T=N'ur (10) Zatem: —AB.p HT=qg ĆWICZENIE 3 (1) gdzie: ur — jest tutaj ramieniem działania siły N i równocześnie pełni rolę współczynnika tarcia tocznego. Współczynnik tarcia tocznego ma wymiar długości. Im większy promień walca, tym mniejszą siłę trzeba przyłożyć by wywołać jego toczenie. Wartość współczynnika tarcia tocznego wynosi więc: qr =rtga Własności siły tarcia tocznego można podsumować następująco: jest wprost proporcjonalna do nacisku normalnego przetaczanych materiałów, (12) zależy od rodzaju przetaczanych materiałów i fizycznych właściwości powierzchni, jest odwrotnie proporcjonalna do promienia toczącego się ciała, jest znacznie mniejsza od siły tarcia poślizgowego. Wykonanie ćwiczenia i opracowanie wyników 1. 2. Podłączyć zasilanie do zacisków stanowiska (12V) oraz uruchomić kątomierz cyfrowy — nacisnąć przycisk ON/OFF. Korzystając z przełącznika i przycisku na panelu sterowania równią pochyłą — ustawić ruchomą płaszczyznę równolegle do podstawy (kąt 0,09). Zamontować na ruchomym ramieniu równi płytę tarciową oraz położyć na niej badaną próbkę — materiały obu elementów wskaże prowadzący zajęcia. Ustawić przełącznik w pozycję podnoszenie i uruchomić mechanizm zmiany kąta nachylenia równi, poprzez wciśnięcie przycisku. Trzymać przycisk do momentu, aż próbka zacznie się zsuwać z równi. Z wyświetlacza kątomierza cyfrowego odczytać wskazanie kąta nachylenia równi pochyłej — wyniki zebrać w tabeli, wykonując 15 powtórzeń. Nr Materiał - „1;: | Wyznaczony pomiaru | powierzchni równi Materiał próbki kąt tarcia [7] 1. 2. 6. Procedurę pomiarową powtórzyć dla innej pary materiałów wskazanych przez prowadzącego zajęcia. ZAŁĄCZNIK NR 3 Wartości współczynników tarcia poślizgowego ĆWICZENIE 3 Tarcie statyczne Tarcie kinetyczne Materiał I | Materiał II 2 Na sucho Smarowane Na sucho Smarowane olejem olejem stal stal 0,15 — 0,17 0,1 0,1 — 0,15 0,009 stal "ora. 0,18 0,1 0,16 0,01 stal glin 0,47 — — — stal drewno | 0,5—0,6 0,1 0,2—0,5 | 0,22—0,26 stal teflon 0,04 — 0,014 — stal szkło 0,5 — 0,7 0,25 0,25 0,12 stal plexiglas | 0,4— 0,5 — — -— stal polistyren | 0,3 — 0,35 — — — stal guma 0,6 0,25 0,25 0,12 stal skóra 0,4 — 0,6 — — — stal grafit 0,1 — — - żeliwo żeliwo | 0,16 — 0,45 0,25 0,1 — 0,2 0,05 drewno drewno | 0,4—0,7 0,2 0,2 — 0,4 | 0,04— 0,16 drewno skóra 0,3 — 0,47 — — — glin glin 1,05 — 1,35 0,3 - - szkło szkło 0,9—1,0 | 0,09 — 0,12 — — plexiglas plexiglas 0,8 — — — ĆWICZENIE 3 ZAŁĄCZNIK NR 4 Wartości współczynników tarcia tocznego [mm] rez Materiał podłoża r stal szyna stalowa 0,005 stal granit 15 stal asfalt 0,6 stal droga polna 15-30 pko aji | 09005-000 polimer stal 2 drewno stal 0,3—0,8 drewno drewno 0,06—1,5 ebonit stal 7,7 ebonit beton 10—20 guma beton 15—35 żeliwo żeliwo 0.05 koło ogumione (opona) zaorane pole 150- 180 [Uniwersytet Rolniczy Wydział Leśny IKatedra Mechanizacji Prac Leśnych ILaboratorium Fizyki — instrukcja do ćwiczeń |Rok akademicki 2012/2013