5.4. Трение в кинематических парах

Трение возникает при относительном смещении звеньев,

составляющих кинематические пары механизма. В зависимости от вида относительного движения звеньев различают трение скольжения и качения. Пусть звено 1 поступательно перемещается по звену 2 со скоростью v (рис. 5.3). В этом случае трение в точке А называется трением скольжения.

Если звено 1 перекатывается по звену 2, поворачиваясь с угловой скоростью относительно мгновенной оси вращения, проходящей через точку А, то возникающее трение будет трением качения (рис. 5.3 б). Трение скольжения обусловлено в основном деформациями микронеровностей и межатомным взаимодействием материалов соприкасающихся поверхностей и разделяющего их слоя смазки. Оно может быть сухим, жидкостным и граничным. При сухом трении между движущимися поверхностями нет смазки, а при граничном - толщина слоя смазки меньше суммарной высоты микронеровностей соприкасающихся поверхностей. Для жидкостного трения слой смазки разделяет трущиеся поверхности. Сила трения скольжения F_f направлена противоположно относительной скорости скольжения, значение ее зависит от многих факторов. Однако для сухого и граничного трения можно использовать следующее соотношение

, (5.25)

где f- безразмерный коэффициент трения скольжения, который часто принимается постоянным, а F_n – сила нормального давления между соприкасающимися поверхностями.

Рис. 5.3. Трение скольжения (а) и качения (б, в)

При сухом трении, когда микронеровности элементов кинематической пары соприкасаются друг с другом, коэффициент трения равен f =0.1-0.2. При граничном трении эта величина равна f =0.05 - 0.08, а затем трение переходит в жидкостное с коэффициентом трения, равным f =0.005 - 0.02. Однако при жидкостном трении формулой (5.25) можно пользоваться в первом приближении, а более точно силу трения F можно определить из выражения

, (5.26)

где - динамическая вязкость смазки, A- площадь сдвигаемого слоя, -градиент скорости по высоте смазочного слоя. В отличии от сухого и граничного трения при жидкостном трении величина f зависит от динамической вязкости смазки. При трении качении, возникающем при перекатывании диска (рис. 5.3 б), под действием силы F диск и плоскость деформируются и в результате в зоне контакта образуется миниатюрная площадка. Эпюра распределения давлений q на площадке контакта при относительном покое тел имеет симметричный вид (рис. 5.3 б). Однако при перекатывании диска происходит деформация поверхностных слоев, вследствии чего симметричное положение эпюры давлений не сохраняется. Если в состоянии покоя суммарная реакция опорного элемента совпадает с линией действия нагрузки F, то при качении эта реакция смещается в сторону движения на небольшую величину k, а эпюры давлений принимают несимметричный характер (рис. 5.3 в). Тогда движущийся момент при равномерном качении диска связан с выражением

, (5.27)

где параметр k условно называется коэффициентом трения качения и выражается в единицах длины. Его значение зависит от материалов контактирующих тел, твердости и условий нагружения. Потери энергии при качении значительно меньше (почти на два порядка), чем при скольжении. Поэтому при проектировании механизмов РЭС стремятся заменить трение скольжения на трение качения, используя подшипники качения.