92825

Laboratorium Materiałów konstrukcyjnych i Eksploatacyjnych - P.Wr. - YVME_

drugiego sprowadza się do obrotu ciała wokół osi przechodzącej przez punkty styku i leżącej na płaszczyźnie stycznej do obu ciał. Taka geometria tarcia jest spotykana w takich elementach maszyn jak łożyska kulkowe, przekładnie cierne itp. Ponieważ przedmiotem tego ćwiczenia jest tarcie zewnętrzne stąd dalej pod pojęciem tarcia będzie rozumieć się tarcie zewnętrzne czyli poślizgowe lub toczne.

Tarcie ślizgowe

Istniej wiele hipotez wyjaśniających mechanizm tarcia. Według nich jest ono wynikiem: odkształcania materiału (spęcznianie spotęgowane powstawaniem fal odkształceniowych) w pobliżu powierzchni (teoria Kragielskiego); oddziaływaniem molekularne, wywołanym koniecznością pokonania sił adhezji atomów powierzchniowych stykających się ciał (teoria Tomilsona); pokonywania nierówności na powierzchni trących ciał (teoria Dieragina) lub powstawaniem i zrywaniem mikrospoin, występujących w punktach styku mikronie-równości (teoria Bowdena-Tabora). W tej dziedzinie wciąż prowadzi się badania a nauka, która się tym zajmuje się nazywa się trybologią.

Niezależnie o przyjętego mechanizmu tarcia rządzi się ono prawami, które odkryto doświadczalnie już w XIV/XVIII wieku, a które stwierdzają, że tarcie poślizgowe pomiędzy dwoma ciałami:

-    nie zależy od wielkości przylegających powierzchni,

-    jest proporcjonalne do siły nacisku

-    zależy od materiałów i stanu powierzchni trących,

-    dla małych prędkości względnych, siła tarcia nie zależy od prędkości,

-    kierunek siły tarcia jest przeciwny do wektora prędkości.

Te obserwacje podsumowuje prawo Amontonsa-Coulomba (znane już Leonardo da Vin-ci), które wiąże siłę tarcia T oraz nacisku N następującym wzorem:

T = //N    (1)

Wielkość // zwana jest współczynnikiem tarcia. Jest ona bezwymiarowa i zależy tylko od rodzaju materiałów i stanu powierzchni (chropowatość, czystość, wilgotność itp.). Jak wynika z (1) wielość ju jest współczynnikiem proporcjonalności pomiędzy siłą tarcia T a siłą nacisku N i jest parametrem charakteryzującym parę materiałów dla określonego stanu powierzchni ich styku. W zależności od tego czy ma miejsce tarcie statyczne czy kinetyczne wyróżnia się współczynniki tarcia statycznego lub kinetycznego //*. Dla tych samych materiałów oraz stanu powierzchni zachodzi //, > //*.

Tarcie toczne

Opór toczenia jest spowodowany innymi zjawiskami niż w tarciu ślizgowym. Jego przyczyną są zjawiska ściskania oraz rozdzielania podłoża i toczącego się ciała. Styk między nimi nie zachodzi w jednym punkcie lecz na pewnym obszarze zwanym kontaktem Hertza. Tam dochodzi do odkształcenia zarówno toczącego się ciała jak i podłoża (Rys.2.). Jeśli ciało jest w spoczynku rozkład naprężeń w miejscu styku jest symetryczny i siła reakcji R pokrywa się z siłą nacisku N a dokładnie R - - N. Jeżeli ciało toczy się rozkład naprężeń w

2