Особенности жидкостного трения во вращательной паре.

X. Трение

Трение в поступательной паре

Геометрические элементы поступательных пар могут быть плоскостями и цилиндрами.

Линии действия внешних сил обычно не совпадают с направлением движения ползуна. Пусть ползун под действием силы, собственного веса и силы трения находится в предельном состоянии покоя.

Условие равновесия в проекциях сил на вертикальную ось

G+Fsinα=N

Если заменить силу нормального давления N и силу трения F_Т их равнодействующей R, тогда перед началом скольжения

F+G+R=0

Угол между равнодействующей R силой нормального давления N обозначим . Из этого следует

Сравним и увидим, что

Поэтому угол называется углом трения и считается мерой трения скольжения.

Трение во вращательной паре.

В механизмах вращательные пары могут состоять из двух звеньев: подвижного вала (оси) и подвижной опоры, подвижного вала и неподвижной опоры. Конец вала называют шипом, а опору – подшипником. Сила давления шипа (цапфы) на подшипники в покое распределена симметрично относительно оси. Закон её изменения установить трудно, в не приработавшейся паре давление распределяется почти равномерно.

В процессе эксплуатации механизма неравномерность распределения давления увеличивается, закон распределения становится близким к закону косинуса

q=q₀cosα

Сила нормального давления

Несмазанные поверхности нельзя считать абсолютно сухими: они покрыты адсорбированными частицами газов и жидкостей, что приводит к снижению коэффициента трения. Сила трения без слоя смазки между шипом и подшипником определяются по закону Амонтона

Сила трения создаёт момент трения

препятствующий вращению.

Особенности жидкостного трения во вращательной паре.

Без смазки при вращении вал за счёт силы трения как бы набегает на подшипник.

Если в зазоре между шипом и подшипником имеется масло, оно вовлекается во вращение с разными скоростями по ширине зазора. Скорость равна нулю у неподвижной поверхности подшипника и максимальна у поверхности вала.

Вследствие неразрывности потока масла профили скорости в различных сечениях не могут быть одинаковыми, не может быть одинаковым и давление масла в них.

Из-за неравномерности распределения давления и сил внутреннего трения вал смещается влево и всплывает над нижней поверхностью подшипника, располагаясь эксцентрично относительно подшипника.

Линия центров поворачивается на угол так, что равнодействующая сила давления и трения уравновешивает действующую на вал силу F. Образуется криволинейный канал, заполненный маслом. Давление на границах этого канала равно нулю. Из конфузорной части канала масло перетекает через сечение с минимальной величиной зазора h min (минимальной высотой канала) в диффузорную (расширяющуюся) часть.

Градиент давления dq/dx и само давление обратно пропорциональны квадрату величины . Касательное напряжение обратно пропорционально hmin. Доля касательных сил по сравнению с нормальным давлением во столько раз меньше, во сколько раз зазор hmin меньше радиуса шипа r.

Влиянием сил трения на несущую способность подшипника пренебрегают, однако при увеличении сил трения вследствие нагрева масла его вязкость снижается.

Сильный нагрев может привести к такому снижению несущей способности масляного слоя, что жидкостное трение сменится граничным трением – вершины неровностей поверхностей шипа и подшипника начнут соприкасаться.

При большой угловой скорости вала и малой силе F эксцентрицицет е стремится к 0. В этом случае зазор станет практически одинаковым всюду и сила трения на шипе

Здесь к- коэффициент пропорциональности

А- площадь смазанной части вала

- скорость точек поверхности вала

h- зазор между шипом и подшипником

- коэффициент динамической вязкости

Коэффициент трения f, как отношение силы трения к нагрузке на подшипник,

Здесь l- длина подшипника

- угловая скорость

Удобна графическая зависимость

Протяжённость слоя смазки в подшипнике зависит от соотношения размеров подшипника h/r и l/d, давления, масла и его вязкости, места подачи масла в зазор, конструктивных особенностей подшипника.

Угол охвата шипа маслом всегда меньше 360 гр, так как давление в нём не может быть меньше упругости паров масла, т.е. давление не может быть отрицательным во всей области несущего масляного слоя независимо от угла охвата шипа, когда несущая часть масла по течению простирается дальше минимального зазора.