24 luty 07 (14)

3.4. ANALIZA SIŁ W PARACH KINEMATYCZNYCH Z UWZGLĘDNIENIEM TARCIA

Podczas ślizgowego przemieszczania się jednego ciała po drugim powstaje opór przeciwko ruchowi zwany siłą tarcia o kierunku stycznym do trących powierzchni, a zatem o kierunku równoległym do prędkości względnej w punkcie styku tych ciał. Siły tarcia występują zawsze we wszystkich mechanizmach i maszynach, gdyż ruchowi mechanizmu towarzyszy nieodłącznie ruch względny członów tworzących pary kinematyczne.

W poprzednim podrozdziale pominięto zjawisko tarcia w parach kinematycznych, przyjmując dla uproszczenia, że idealne smarowanie trących powierzchni minimalizuje siły tarcia. Uproszczenie takie jest dopuszczalne i czasem konieczne przy wstępnej analizie istniejących lub opracowywanych konstrukcji. Najczęściej jednak pominięcie sił tarcia prowadzi do grubych błędów jakościowych, gdyż może się okazać, że ruch mechanizmu nie jest w ogóle możliwy. Jest to tzw. zjawisko samohamowności mechanizmu. W niektórych mechanizmach występuje nawet zjawisko samohamowności trwałej. Przykładem mechanizmu trwale samohamow-nego jest przekładnia ślimakowa, w której napęd może być przekazywany tylko od ślimaka do ślimacznicy. Próba napędzania tego mechanizmu od strony ślimacznicy jest trwale niemożliwa. W większości mechanizmów dźwigniowych samohamowność występuje tylko w pewnych szczególnych położeniach członów. Przykładem samohamowności chwilowej jest mechanizm korbowo-suwakowy pracujący jako silnik spalinowy, tzn. gdy członem napędzającym jest tłok (suwak) silnika. Ruch takiego mechanizmu w obszarze samohamowności chwilowej (położeniach zwrotnych) odbywa się kosztem nagromadzonej energii kinetycznej w mechanizmie. Zagadnienie sprawności mechanizmów, które zostanie omówione w podrozdziale 3.5, związane jest również nieodłącznie ze zjawiskiem tarcia.

Tarcie zależy od bardzo wielu czynników, takich jak: własności mechaniczne, geometryczne, chemiczne i termiczne trących ciał i dlatego w praktyce mamy do czynienia z wieloma modelami (prawami) tarcia. Tarcie w bardzo dużym stopniu zależy od sposobu smarowania trących powierzchni, dlatego rozróżniamy tarcie:

-    suche (występujące na nie smarowanych powierzchniach),

-    tarcie graniczne (powierzchnie pokryte cienką warstwą cieczy smarnej),

-    tarcie płynne (powierzchnie trące oddzielone są całkowicie od siebie warstwą

cieczy smarnej).

W ostatnim przypadku mówimy najczęściej o modelu tarcia wiskotycznego, dla którego siła tarcia jest proporcjonalna do prędkości względnej. Ponadto wprowadza się również modele tarcia półsuchego i półpłynnego.

164