57063 Scan011520100412

280 MATERLAŁY INŻYNIERSKIE

280 MATERLAŁY INŻYNIERSKIE

Ba# -

■'L.W

it nU

narty pozbawione takich elementów. W niskich temperaturach mechanizm tarcia jest taki sam, jak w przypadku metali: nierówności powierzchni lodu przylegają do nart i muszą ulec ścięciu w czasie poślizgu. Wartość współczynnika ju (0,4) jest tutaj zbliżona do wartości obliczonej za pomocą modelu ścinania w rozdz. 25. Wartość ta jest stosunkowo duża - wystarczająco, aby bardzo utrudnić start samolotu i zwiększyć 10-krotnie pracę potrzebną do ciągnięcia naładowanych sań. Zastanówmy się w jaki sposób można ten współczynnik tarcia zmniejszyć.

Rozwiązanie tego problemu jest banalne. Z danych zestawionych w tabl. 25.1 widzimy, że przy poślizgu pomiędzy materiałem ceramicznym i polimerem współczynnik // może wynosić tylko 0,04. Wśród polimerów wykazujących mały współczynnik tarcia znajduje się PTFE (teflon) i polietylen. Pokrywając narty lub płozy sań jednym z tych materiałów, uzyskujemy mały współczynnik tarcia, który pozostaje mały nawet jeżeli temperatura jest tak niska, że ciepło tarcia nie jest wystarczające do wytworzenia warstewki wody pomiędzy stykającymi się powierzchniami (rys. 26.5). Obecnie produkowane narty i płozy przeznaczone dla sprzętu lotniczego mają ślizgi pokryte teflonem lub polietylenem. Komitet Olimpijski sprzeciwił się zastosowaniu tych materiałów do pokrycia płóz w bobslejach, uważając że szybkości osiągane w tym sporcie są i tak już bardzo duże.

Przykład 3: Guma (kauczuk) o dużym współczynniku tarcia

Dotychczas zastanawialiśmy się, jak zmniejszyć tarcie. Jednakże w wielu zastosowaniach, jak np. okładziny hamulcowe, tarcze sprzęgła, obuwie wspinaczkowe i przede wszystkim opony samochodowe, wymagane jest możliwie największe tarcie.

Guma poddana tarciu zachowuje się inaczej niż metal. W rozdziale 25 wykazaliśmy, że przy dociskaniu do siebie dwóch powierzchni metalowych większość odkształceń w miejscach styku między tymi powierzchniami ma charakter odkształceń plastycznych, oraz że tarcie pomiędzy tymi powierzchniami jest wywołane działaniem sił ścinających na złącza utworzone w miejscach styku. Jednakże guma odkształca się w sposób sprężysty aż do bardzo dużych wartości naprężeń. A więc jeżeli zetkniemy gumę z jakąś powierzchnią, odkształcenia w punktach styku będą sprężyste. Oczywiście również pod działaniem sił sprężystych atomy w punktach styku będą zbliżane do siebie, wystąpi adhezja, a wprowadzenie powierzchni w poślizg będzie wymagało działania siły ścinającej. Dlatego opony samochodu trzymają się dobrze suchej szosy. Jeżeli szosa jest mokra, sytuacja zmienia się: cienka warstewka wody i błota pomiędzy gumą i nawierzchnią szosy działa jak smar. Warstewka ta podda się ścinaniu przy naprężeniu znacznie

niższym niż przy suchej szosie i konsekwencje tego mogą być niebezpieczne. W takich warunkach, aby zapobiec poślizgowi samochodu, musi zadziałać inny mechanizm tarcia.

Wszystkie drogi mają silnie chropowate nawierzchnie. Nierówności nawierzchni wgniatają się w oponę, powodując jej znaczne miejscowe odkształcenia (rys. 26.6). W czasie poślizgu opona przesuwa się po chropowatości nawierzchni. Obszar gumy, który został sprężyście odkształcony przez chropowatość nawierzchni, teraz ulega relaksacji, podczas gdy guma tuż za tym obszarem ulega ściśnięciu napotykając nierówność nawierzchni. Ale wszystkie gumy wykazują pewien brak elastyczności (rozdz. 8); krzywa naprężenie--odkształcenie ma postać jak na rysunku 26.7. Gdy guma jest ściśnięta, praca włożona równa się co do wartości powierzchni pod górną krzywą; lecz jeśli usuniemy naprężenie, to nie odzyskamy całej energii z powrotem. Część jej zostanie rozproszona w formie ciepła - jest to część pokazana jako obszar zakreskowany pomiędzy krzywymi. A więc, aby wprowadzić oponę w poślizg na szorstkiej nawierzchni, musi być wykonana praca, nawet jeżeli opona jest silnie zatłuszczona. Opracowano specjalne gumy o wysokiej stratności (zwane gumami o szerokiej pętli histerezy), które charakteryzują się dużą odpornością na poślizg nawet na mokrej nawierzchni.

Rys. 26.6. Poślizg na nierówności nawierzchni sprężyście odkształca materiał opony

Rys. 26.7. Praca potrzebna do cyklicznego sprężystego odkształcenia gumy

Gumy te mają jednak jedną oczywistą wadę. Również w normalnych warunkach jazdy ściany opony ulegają dużym odkształceniom sprężystym, w wyniku których wytwarzają się znaczne ilości ciepła. Wyjściem jest wykonanie opony