Systems. Methods. Technologies 3 (43) 2019

Системы Методы Технологии. В.А. Коронатов. О корректном применении … 2019 № 3 (43) с. 35-43 37 N (реакции опоры), и в настоящее время принято ана- литически записывать в одной из ниже приведенных форм [2; 3]:              . fN F при ,F,F при , fNsign F 1 1 1 0 ;0 (1)               . f/ f при , f,f при , sign f f где , fN F 1 0 ;0 0 1 1 1 0 (2) Здесь 1 F — предельное значение силы трения покоя, при достижении которого тело перестает оставаться неподвижным и начинает скользить ( 0 1 f,f — соответственно коэффициенты трения покоя и сколь- жения);  — скорость скольжения тел пары относи- тельно друг друга. Если линейная скорость проскаль- зывания одного тела относительно другого равна нулю ( 0  ), то сила трения F называется силой трения покоя, если нет — силой трения скольжения. Значение коэффициента трения f , который находится экспери- ментально, зависит от физико-механических свойств материалов тел фрикционной пары и состояния тру- щихся поверхностей в пятне контакта — их чистоты, наличия пленки или смазки, температуры. В неявном виде закон Кулона выражает для силы трения F неза- висимость от контактной площади соприкасающихся тел, а также независимость от относительной скорости  скольжения тел по отношению друг к другу. F 0 F  0 F  0 F 1 F 0 F 1 F  0 F   0 Рис. 2. Закон Амонтона Рис. 3. Закон Кулона Значения коэффициентов трения f , приводимые в справочниках, соответствуют обычным, среднестати- стическим условиям эксплуатации и состоянию окру- жающей среды, а именно: 1. По чистоте поверхностей соприкосновения тел — должно быть отсутствие загрязнений, каких либо пле- нок или смазок (при соблюдении этого условия сила трения называется сухим трением). 2. По температуре нагрева — она должна находится в определенном диапазоне, в пределах которого физи- ко-механическая структура поверхностного слоя тел сильно не меняется. Наблюдения показывают, что их значения не изме- няются при небольших отклонениях от обычного тем- пературного режима и времени контакта — длитель- ность общих зон соприкосновения не должна была быть слишком продолжительной или, наоборот, крат- ковременной. Условие их на не кратковременность контакта при скольжении эквивалентно тому, что ско- рость скольжения тел относительно друг друга должна быть не столь большой. Заметим, что время контакта и скорость скольжения не могут влиять на физико- механические свойства поверхностей тел напрямую; это влияние может проявляться лишь косвенно — че- рез увеличение межмолекулярного взаимодействия при длительном контакте и повышение температуры при росте скорости проскальзывания. Приведенные замечания о коэффициенте трения оз- начают, что проводимые расчеты с использованием закона Кулона не могут претендовать на высокую точ- ность. Тем не менее, получаемые результаты, как пра- вило, являются вполне достаточными для инженерной практики. Существенное расхождение теории и прак- тики обычно проявляется тогда, когда указанные выше условия 1, 2 по отдельности или одновременно не вы- держаны, а значение коэффициента трения f берется обычное. В таких случаях для изменившихся условий следует уточнить значения коэффициентов трения, так как они могут существенно отличаться от тех значений, которые приводятся в справочниках. Заметные отличия могут наблюдаться и тогда, когда одно из тел фрикци- онной пары совершает не поступательное движение — например, при качении колеса с проскальзыванием или при торможении вращающегося цилиндра. Подчеркнем еще раз: поступательное движение тел пары относи- тельно друг друга является необходимым условием применения закона Кулона. Об экспериментальных установках. Для снятия характеристики трения было бы наиболее правильным использовать экспериментальные установки, где тела пары трения движутся поступательно относительно друг друга. Принципиальная схема работы такой уста- новки, которую будем называть установкой 1-го типа, показана на рис. 4. Рис. 4. Принципиальная схема установки 1-го типа В этом случае соблюдаются необходимые условия для применения закона Кулона. И существующее мне- ние о том, что зависимость коэффициента трения от скорости скольжения будет эквивалентна характери- стике трения, не будет вызывать сомнений при const N  . Установки 1-го типа удобны для проведения экспериментов при небольших скоростях скольжения. Именно на такой установке Кулоном была выявлена независимость силы трения от скорости скольжения [3; 4]. При больших скоростях скольжения возникают тех- нические трудности в подготовке поверхностей тру- щихся тел. Достаточно сказать, что итальянскому уче- ному Конти при проведении подобных экспериментов пришлось нанимать на месяц двух высококвалифици- рованных рабочих для обработки наклонной плоскости длиной около 4-х метров на установке, где скорость скольжения тел не могла превышать 2 м/сек [4]. По- этому установки 1-го типа обычно используются лишь в учебных целях, при проведении опытов с небольши- ми скоростями скольжения тел. Отметим также, что при таком способе экспериментального определения