3.6.2 Пластичний контакт

Розрахунок контактних дотичних деформацій має важливе значення при проектуванні точних приладів, станків та інших прецезійних пристроїв. Зв’язок між зусиллям зсуву і дотичної деформації у загальному випадку має вигляд, показаний на рис.31

Рис.31. Схематизована залежність питомої тангенційної сили від зміщення, яка приймається в розрахунках дотичної піддатливості стиків.

Ділянка OA являє собою пружний зсув, а білянка AB – пластичний. В пружній області виконується співвідношення

;

де k_τ – коефіцієнт дотичної піддатливості. Цей коефіцієнт залежить від нормального навантаження, стану контактуючих поверхонь (змащення, шорсткість). Зі збільшенням нормального навантаження й чистоти обробки поверхонь він зменшується. Для зміщуваних поверхонь він вищий, ніж для сухих. В пластичної області питомі тангенційні зусилля і деформації пов’язані співвідношенням

Заслуговує уваги встановлення зв’язків між коефіцієнтами зчеплення Ψ і коефіцієнтом ковзання f.

Вона може бути описана параболічною функцією в області зміни f від 0,28 до 0,6:

3.6.3 Сухе і граничне тертя

Зовнішнє тертя– явище обумовлене формозмінами лише поверхневого шару контактуючих тіл й подолання молекулярно-атомарних зв’язків, які виникають в точках реального контакту, і залежать від прикладеного навантаження, шорсткості і механічних властивостей цих тіл.

Внутрішнє тертя– явище, яке охоплює об’єм деформованого тіла і обумовлене формозмінами усього об’єму.

Сухимтертям називається тертя при наявності між двома твердими тілами прошарку з пониженим опором, який знаходиться в твердій фазі, граничним – в рідкій.

Зовнішнє тертя– процес дисипації енергії, протікаючий при відносному тангенційному переміщенні доторкуваних твердих тіл, здійснюваний в зонах реального контакту цих тіл, утвореного під дією зовнішніх навантажень.

В залежності від виду переміщення розрізняють тертя ковзання, верчення і кочення.

Рис.32. Різні види тертя (схема): а – ковзання, б – кочення, в – верчення

Для якісної оцінки тертя вводиться поняття сили тертя. Сила тертя являє собою рівнодіючу сил тангенційних опорів, які виникають на реальних плямах контакту при ковзанні одного тіла по поверхні іншого. Сила тертя відноситься до числа непотенційних сил. Тертя верчення характеризується моментом сили тертя.

При переході від спокою до ковзання є ділянка попереднього зміщення (OA, рис.33)

Тангенційний опір в режимі попереднього зсуву називають неповною силою тертя. Краще її називати силою щеплення.

Повна сила тертя спокою відповідає переходу від попереднього зміщення до ковзання (точка A). Її умовно називають тертям спокою. Після попереднього зміщення починається стале ковзання, яке характеризується силою тертя ковзання (A, B). Тертя може оцінюватися не тільки силою або моментом. Так, тертя при ударі характеризується зміною кількості рухів.

В інженерній практиці для оцінки тертя використовують 3 безрозмірних величини :

Коефіцієнт тертя ковзання– відношення сили тертя до нормального навантаження:

.

В обробці металів тиском, коефіцієнт тертя називають відношення тангенційного опору в зоні контакту 2-х тіл до межі текучості більш слабкого із матеріалів. В цьому випадку у відповідності з теорією пластичності коефіцієнт тертя на може перевищувати 0,5.

Рис.33 Залежність сили тертя від величини зсуву

Коефіцієнт тертя при ударі– відношення зміни кількості рухів тіла, які співударяються в нормальному і тангенційному напрямку за час співудару

;

При енергетичній оцінці визначається коефіцієнт втрат на тертя як відношення роботи, затраченої на перемогу сил тертя W_т, до загальної затраченої роботи

, ;

Цією характеристикою раціонально користуватися для інтегральної оцінки витрат на тертя в машинах і механізмах.