Угловое трение. Трения скольжения

Равновесие при наличии сил трения.

Зависимость между моментом силы относительно точки и оси.

Условие равновесия пространственной системы произвольно расположенных сил.

Аналитические формулы для вычисления моментов сил относительно координатных осей.

Приведение пространственной системы к простейшему виду. Главный вектор и главные моменты.

На тело действуют силы F1,2,3 надо всю систему сил перенести к центру «0». -> переносим все силы в «0», тогда на тело будет действовать система сил F1,2,3 и пар сил М1,2,3.

Если сложить F1,2,3 , то получим R или главный вектор системы сил, равный геометрической сумме всех приложенных сил.

Mо= геом. Сумме моментов всех сл, относ. Центра, и называется главным моментом .

My(F)=z*Fx-x*F*Z

По этим формулам можно определить моменты силы относительно оси, зная корд. Точки приложения и проекции силы на оси координат.

Mo=0 -> EMx(Fn)=0

Для равновесия произвольной пространственной системы сил необходимо и достаточно, чтобы сумма проекций всех сил на каждую из корд. Осей и суммы их моментов на эти оси должны равняться 0.

М силы относительно оси – проекция.

Mz(F)=F’*h=F*cosa*h=Mo(F)*cosa

Mz – момент силы относ. Оси

Mo – момент силы относ. Точки

Момент силы относ. Оси <= моменту силы относ. Точки

28 Трение - сопротивление, возникающее при перемещении одного тела по поверхности другого. Есть два рода трения: скольжение и качение.

Законы трения скольжения (Кулона):

1 Сила трения(скольжения) находится в общей касательной плоскости соприкосающихся поверхностей и направлено в сторону противоположную скольжению тела.Сила трения (покоя) зависит от активных сил и ее модуль заключен между рулем и максимальным значением, которое достигает в момент выхода тела из положения равновесия.

2 Максимальная сила трения скольжения при прочих равных условиях не зависит от площади соприкосновения поверхностей. Этот закон приближенный при очень малых площадях соприкосновения сила трения увеличивается.

3 Fтр max=fN пропорциональна нормальному давлению

4 Коэффициент трения скольжения зависит от материала и состояния трущихся поверхностей. Коэффициент f определяется экспериментально и дается в справочной литературе.

При решении задач решение сводится к рассмотрению предельного положения равновесия.

Fтр=Fтр.макс

Угол трения – (фи) наибольший угол между полной (R) и нормальной (N) реакцией.

Конус трения – конус, описанный полной реакцией, построенный на макс. Fтр вокруг направления N.

31 Трение качения – это сопротивление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого.

УГОЛ ТРЕНИЯ угол, образующийся при отклонении сил реакции двух тел от общей нормали к их поверхности контакта из-за наличия сил трения

(Болгарский язык; Български) - точке их соприкосновения

(Болгарский язык; Български) - ъгъл на триене

(Чешский язык; Čeština) - úhel tření

(Немецкий язык; Deutsch) - Reibungswinkel

(Венгерский язык; Magyar) - súrlódási szög

(Монгольский язык) - үрэлтийн өнцөг

(Польский язык; Polska) - kąt tarda

(Румынский язык; Român) - unghi de frecare

(Сербско-хорватский язык; Српски језик; Hrvatski jezik) - ugao trenja

(Испанский язык; Español) - ángulo de rozamiento

(Английский язык; English) - angle of friction

(Французский язык; Français) - angle de frottement

Строительный словарь .

Смотреть что такое "УГОЛ ТРЕНИЯ" в других словарях:

    угол трения - Угол, образующийся при отклонении сил реакции двух тел от общей нормали к их поверхности контакта из за наличия сил трения [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики науки технические другие EN angle …

    угол трения

    угол трения - angle of friction Наибольший возможный угол, образованный реакцией двух контактирующих тел и общей нормалью к их поверхностям в точке контакта. Шифр IFToMM: 3.5.51 Раздел: ДИНАМИКА МЕХАНИЗМОВ … Теория механизмов и машин

    угол трения покоя - Угол отклонения от нормали равнодействующей силы, полученной графическим суммированием сил трения покоя. Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика

    угол трения на границе раздела грунт-конструкция - d — [Англо русский словарь по проектированию строительных конструкций. МНТКС, Москва, 2011] Тематики строительные конструкции Синонимы d EN structure ground interface friction angle … Справочник технического переводчика

    приведённый угол трения - Угол трения при контакте деталей с наклонными поверхностями, равный арксинусу приведённого коэффициента трения. Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика

    предельный угол трения - trinties kampas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. angle of friction; angle of repose; limiting angle; limiting angle of friction vok. Gleitwinkel, m; Grenzwinkel, m; Grenzwinkel der Reibung, m; Reibungswinkel, m rus. предельный угол, m; … Fizikos terminų žodynas

    Угол внутреннего трения - параметр прямой зависимости сопротивления грунта срезу от вертикального давления, определяемый как угол наклона этой прямой к оси абсцисс. Источник: ГОСТ 30416 96: Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

    Угол естественного откоса угол, образованный свободной поверхностью рыхлой горной массы или иного сыпучего материала с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внутреннего трения». Частицы мате … Википедия

    Угол естественного откоса Угол естественного откоса угол, образованный свободной поверхностью рыхлой горной массы или иного сыпучего материала с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внутреннего трения». Частицы… … Википедия

Книги

  • Совершенствование методов определения прочностных свойств пород и их деформируемости при применении в проектах новых технологических процессов на карьерах и поддержания устойчивости выработок , Г. М. Еремин. Приведены основные положения существующих методов определения прочностных свойств пород. Указаны на некоторые недостатки этих методик, приведены способы их устранения. Показано, что главные…

Реакция реальной шероховатой связи будет слагаться из двух составляющих: из нормальной реакции N и перпендикулярной к ней силы F. Следовательно, полная реакция R будет отклонена от нормали к поверхности на некоторый угол. При измерении силы трения от нуля до сила R будет меняться от N до , а её угол с нормалью будет расти от нуля до некоторого предельного значения . Наиюольший угол , который полная реакция шероховатой связи образует с нормалью к поверхности, называется углом трения. . Так как , то отсюда находим следующую связь между углом трения и коэффициентом трения . При равновесии полная реакция R, в зависимости от сдвигающих сил, может проходить где угодно внутри угла трения. Когда равновесие становится предельным, реакция будет отклонена от нормали на угол . Если ктелу, лежащему на шероховатой поверхности, приложить силу Р, образующую угол с нормалью, то тело сдвинется только тогда, когда сдвигающее усилие будет больше . Но неравенство > , в котором , выполняется только при т.е. при . Следовательно, никакой силой, образующей с нормалью угол , меньший угла трения , тело вдоль данной поверхности сдвинуть нельзя.

Трение качения. Коэффициент трения качения. Момент сил трения качения.с.102.

Трением качения называется сопративление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого. - момент сил. Пока , каток находится в покое; при начинается качение. Входящая в формулу линейная величина k называется коэффициентом трения качения. Измеряют величину k обычно в сантиметрах. Значение коэффициента k зависит от материала тел и определяется опытным путём. Отношение для большинства материалов значительно меньше статического коэффициента трения . Трением качения называется сопротивление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого. Представим себе колесо, стоящее на горизонтальной плоскости. Пусть P – вес колеса и его линия действия проходит через центр О колеса. Приложим в этой точке горизонтальную силу T . При действии сдвигающего усилия T в месте контакта катка и поверхностивозникает сила трения скольжения Fтр, препятствующая проскальзываниюкатка.Этидверавныепо модулюсилы T и Fтробразуют пару, которая стремится повернуть каток. Под действием силы P происходит деформация в месте контакта, и нормальнаяреакция N сдвигается всторонудействиясилы T на некоторое расстояние h. В результате силы Pи N образуют другую пару, препятствующую действию пары (T ,Fтр). Максимальную величину h = k, соответствующую предельному положению равновесия, называют коэффициентом трения качения. В отличие от безразмерного коэффициента трения скольжения f коэффициент трения качения k имеет размерность длины. Значение T , соответствующее случаю предельного равновесия, T=k/r. При T > Nk / r каток начнет катиться. Отметим, что трение качениявозникает только при перекатывании упругих тел. Если же соприкасающиеся тела абсолютно твердые, то деформации нет и Т = 0, то есть для качения абсолютно твердого катка по абсолютно твердой поверхности не по- требуется никакой силы. Обычно сила Т, определенная по уравнению, значительно меньше максимальной силы трения скольжения. Поэтому тела преодолевают трение качения значительно раньше, чем начнется скольжение. Благодаря малому сопротивлению движению подшипники качения и получили большое применение в технике. Скольжение возможно при Т > fN, а качение начинается приT > Nk / r . Таким образом,если f > k / r ,то скольжение не возможно; еслиf = k / r ,то происходит одновременно и качение, и скольжение; если жеf < k / r.– качение невозможно.При решении задач действие трения качения учитывается моментом сил сопротивления качению Мс. Его величина, как и величина силы трения скольжения, изменяется от нуля до предельного значения: 0 ≤ M c≤ M пред, где M пред= Nk . Своегопредельного значения момент сил сопротивления качению достигает в состоянии движения, то есть при перекатывании колеса.

Явления трения скольжения впервые экспериментально изучались в конце XVII в. французским физиком Амонтоном (1663-1705), законы трения были сформулированы почти сто лет спустя Кулоном (1736--1806).

1. Сила трения лежит в плоскости касательной к соприкасающимся поверхностям трущихся тел.

2. Сила трения не зависит от площади соприкосновения тел.

3. Максимальное значение силы трения пропорционально нормальному давлению N тела на плоскость (в рассматриваемом случае N=P ):

F max= fN

К телу веса P , лежащему на горизонтальном столе (рис.13), будем прикладывать горизонтальное усилие S . Размерами тела пренебрегаем, рассматривая его как материальную точку (случай тела конечных размеров рассмотрен ниже). Если S =0 , тело будет в равновесии (в данном случае в покое по отношению к столу); если силу S начнем увеличивать, то тело все же будет оставаться в покое; следовательно, горизонтальная состав­ляющая реакции стола, называемая силой трения Fтр уравновешивает приложенную силу S и воз­растает вместе с нею до тех пор, пока равно­весие не нарушится. Это произойдет в тот момент, когда сила трения достигнет своего максимального значения.

F max= fN (1.17)

причем коэффициент пропорциональности f , называемый коэффици­ентом трения скольжения, определяется экспериментально и ока­зывается зависящим от материала и состояния (шерохова­тости) поверхностей трущихся тел. Численное зна­чение коэффициента трения скольже­ния для различных материалов можно найти в справочниках. Наряду с коэффициентом трения f введем в рассмотрение угол трения φ, определяя его соотношением . Происхождение этого равенства и наименование «угол трения» будут объяснены ниже. Когда Р достигнет значения Fmах , наступит критический (пуско­вой) момент равновесия; если S останется равным Fmax , то равновесие не нарушится, но достаточно самого ничтожного приращения усилия S , чтобы тело сдвинулось с места. Можно заметить, что как только тело сдвинется с места, сила трения сразу несколько умень­шится; опыты показали, что трение при взаимном движении тел не­сколько меньше трения при взаимном покое их. Важно отметить, что до наступления критического момента, т. е. пока тело находится в покое, сила трения равна приложенному усилию и можно лишь утверждать, что F≤ N. Знак равенства относится к критическому моменту равновесия. Направление силы трения при покое противоположно направле­нию силы S и меняется с изменением направления этой силы.

Коэффициент трения f зависит от скорости тела, уменьшаясь для большинства материалов при увели­чении скорости. (Как на исключение, можно указать на случай трения кожи о металл; здесь f увеличивается при увеличении относительной скорости.). Соотношение (17) достаточно хорошо отвечает наблюдениям при трении сухих или слабо смазанных тел; теория трения при наличии слоя смазки, созданная Н. П. Петровым и О. Рейнольдсом, представляет специальный раздел гидродинамики вязкой жидкости.

Угол трения, конус трения.

Рассматривая трение покоя, предположим, что к телу, покоящемуся на горизонтальной шерохо­ватой плоскости, приложена сила Q , составляющая угол α с нор­малью к плоскости (рис. 14). Составим уравнения равновесия. Для сходящейся системы сил достаточно написать два уравнения

.

Написанные уравнения определяют силу трения и нормальную реакцию. Для того чтобы тело под действием приложенного усилия не могло быть сдвинуто с места, необходимо, чтобы или . Разделив полученное неравенство на , имеем , или вводя угол трения, получаем α ≤φ . Следовательно, в зависимости от материала и характера поверх­ности трущихся тел можно по заданному коэффициенту трения определить такой угол φ , что если приложенная к телу сила будет наклонена к нормали на угол, меньший угла φ, то как бы ни была велика эта сила, тело останется в равновесии. Это и объясняет наименование угла φ углом трения. Область внутри отрезков с углом 2φ («область трения») представляет область, обладающую замечатель­ным свойством: как бы ни была велика по интенсивности сила, линия действия которой расположена внутри этой области, эта сила не приведет в движение тело, опирающееся на плоскость.

Если мы рассматриваем тело, имеющее возможность передвигаться в любом направлении вдоль плоскости, то область трения будет ограничена поверхностью конуса с углом растворения, рав­ным 2φ (так называемым конусом трения). Наличием области трения объясняется явление заклинивания или, как говорят, «заедания» частей машин, когда никакой силой, приложенной внутри конуса, не удаётся сдвинуть соответствующую часть машины. Коэффициент трения может иметь различные значения для различных направлений на плоскости (например, при трении по дереву вдоль и поперек волокон, при трении по прокатному железу по направлению и перпендику­лярно к направлению прокатки). Поэтому конус трения не всегда представ­ляет прямой круглый конус.

В действительности абсолютно гладких поверхностей не бывает. Все поверхности тел в той или иной степени шероховаты. Поэтому сила реакции шероховатой поверхности при равновесии тела зависит от активных сил не только по числовой величине, но и по направлению.

Разложим силу реакции шероховатой поверхности на составляющие: одну из которых направим по общей нормали к поверхности соприкосновения, а другую направим в касательной плоскости к этим поверхностям.

Силой трения скольжения (или просто силой трения) называется составляющая силы реакции связи, которая лежит в касательной плоскости к поверхностям соприкасающихся тел.

Силой нормальной реакцией связи называется составляющая силы реакции связи, которая направлена по общей нормали к поверхностям соприкасающихся тел.

Природа силы трения очень сложная и Мы ее не касаемся. В теоретической механике предполагается, что между поверхностями соприкасающихся тел нет смазывающего вещества.

Сухим трением называется трение, когда между поверхностями соприкасающихся тел нет смазывающего вещества.

Будем рассматривать два случая: трения при покое или равновесии тела и трение скольжения при движении одного тела по поверхности другого с некоторой относительной скоростью.

При покое сила трения зависит только от активных сил. При выбранном направлении касательной в точке соприкосновения поверхностей тел сила трения вычисляется по формуле:



Аналогично при выбранном направлении нормали нормальная реакция выражается через заданные силы:

При движении одного тела по поверхности другого сила трения является постоянной величиной.

В инженерных расчетах обычно исходят из ряда установленных опытным путем закономерностей, которые с достаточной для практики точностью отражают основные особенности явления сухого трения. Эти закономерности называются законами трения скольжения или законами Кулона.

Законы Кулона

1. Сила трения скольжения находится в общей касательной плоскости соприкасающихся поверхностей тел и направлена в сторону, противоположную направлению возможного скольжения тела под действием активных сил. Сила трения зависит от активных сил, и её модуль заключён между нулём и максимальным значением, которое достигается в момент выхода тела из положения равновесия, то есть:

Называется предельной силой трения .

2. Предельная сила трения скольжения при прочих равных условиях не зависит от площади соприкосновения трущихся поверхностей. Из этого закона следует, что для того чтобы сдвинуть, например кирпич, надо приложить одну и туже, силу, независимо, от того, какой гранью он положен на поверхность, широкой или узкой.

3. Предельная сила трения скольжения пропорциональна нормальной реакции (нормальному давлению), то есть

где безразмерный коэффициент называют коэффициентом трения скольжения; он не зависит от нормальной реакции.

4. Коэффициент трения скольжения зависит от материала и физического состояния трущихся поверхностей, то есть от величины и характера шероховатости, влажности, температуры и других условий. Коэффициент трения устанавливается экспериментально.

Считается, что коэффициент трения не зависит от скорости движения.

Угол трения. Условия равновесия.

Многие задачи на равновесие тела на шероховатой поверхности, т.е. при наличии трения, удобно решать геометрически. Для этого введем понятие угла и конуса трения.

Реакция реальной (шероховатой) связи слагается из двух составляющих: нормальной реакции и перпендикулярной ей силы трения . Следовательно, реакция связи отклоняется от нормали к поверхности на некоторый угол. При изменении силы трения от нуля до максимальной, сила реакции меняется от нуля до , а ее угол с нормалью растет от нуля до некоторого предельного значения j .

Углом трения называется наибольший угол между предельной силой реакции шероховатой связи и нормальной реакцией .

Угол трения зависит от коэффициента трения.

Конусом трения называют конус, описанный предельной силой реакции шероховатой связи вокруг направления нормальной реакции.

Пример.

Если к телу, лежащему на шероховатой поверхности, приложить силу Р, образующую угол с нормалью, то тело сдвинется только тогда, когда сдвигающее усилие  будет больше предельной силы трения  (если пренебречь весом тела, то но неравенство

Выполняется только при , т.е. при ,

Следовательно, ни какой силой, образующей с нормалью угол , меньший угла трения  тело вдоль данной поверхности сдвинуть нельзя.

Для равновесия твёрдого тела на шероховатой поверхности необходимо и достаточно, чтобы линия действия равнодействующей активных сил, действующих на твёрдое тело, проходила внутри конуса трения или по его образующей через его вершину.

Тело нельзя вывести из равновесия любой по модулю активной силой, если её линия действия проходит внутри конуса трения.


Пример.

Рассмотрим тело имеющее вертикальную плоскость симметрии. Сечение тела этой плоскости имеет форму прямоугольника. Ширина тела равна 2a.

К телу в точке С, лежащей на оси симметрии, приложена вертикальная сила и в точке А, лежащей на расстоянии h от основания, горизонтальная сила . Реакция плоскости основания (реакция связи) приводится к нормальной реакции и силе трения . Линия действия силы неизвестна. Расстояние от точки С до линии действия силы обозначим x. (). Составим три уравнения равновесия:


Согласно закону Кулона , т.е. . (1)

Так как , то (2)

Проанализируем полученные результаты:

Будем увеличивать силу .

1) Если , то равновесие будет иметь место до тех пор, пока сила трения не достигнет своей предельной величины, условие (1) превратится в равенство. Дальнейшее увеличение силы приведет к скольжению тела по поверхности.

2) Если , то равновесие будет иметь место до тех пор, пока сила трения не достигнет величины , условие (2) превратится в равенство. Величина x будет равна h. Дальнейшее увеличение силы приведет к тому, что тело станет опрокидываться вокруг точки B (скольжения не будет).


Трение качения

Трением качения называется сопротивление, возникающее при качении одного тела по поверхности другого.

Рассмотрим цилиндрический каток радиуса r на горизонтальной плоскости. Под катка и плоскости в месте их соприкосновения могут возникнуть реакции, препятствующие действием активных сил каток может катиться по плоскости. Из-за деформации поверхностей не только скольжению, но и качению.

Активные силы, действующие на катки в виде колес, обычно состоят из силы тяжести , горизонтальной силы , приложенной к центру катка, и пары сил с моментом , стремящейся катить колесо. Колесо в этом случае называется ведомо-ведущим . Если , а , то колесо называется ведомым. Если , а , то колесо называется ведущим .



Похожие статьи