Scopul lucrării: să se familiarizeze cu fenomenul de frecare la rulare, pentru a determina coeficientul de frecare la rulare a unui camion cu patru roți.
Echipamente. cărucior ca model al mașinii, cale ferată orizontală cu un set de fotocelule, cronometru, set de sarcini.
Forța de frecare a unei rulouri este o forță de rezistență la mișcarea tangențială la suprafața de contact, care apare atunci când se rotesc corpuri cilindrice.
Când roata se rotește de-a lungul șinei, există o deformare a roții și a șinei. Datorită elasticității imperfecte a materialului din zona de contact, deformarea plastică a microbugului are loc în straturile superioare ale roții și ale șinei. Din cauza deformarea permanentă a nivelului de roată este mai mică decât roata din față și roata mișcându-se rostogoli în mod continuu pe tuberculosi. În partea exterioară a zonei de contact, apare o alunecare parțială a roții de-a lungul șinei. În toate aceste procese se lucrează prin forța de frecare a rulourilor. Lucrarea acestei forțe duce la disiparea energiei mecanice, la trecerea ei la căldură, astfel încât forța de frecare a laminării este disipativă.
În partea centrală a zonei de contact, există o altă forță tangențială - forța de frecare a restului sau forța de aderență a materialului roții și ale șinei. Pentru roata motoare a locomotivei, forța de tracțiune este forța de tracțiune, iar la frânarea frânei de frânare, forța de frânare. Deoarece nu există nici o mișcare a roții în raport cu șina în centrul zonei de contact, operația nu forțează forța de cuplare.
Distribuția presiunii pe roată din partea laterală a șinei este asimetrică. Presiunea din față este mai mare, iar spatele este mai mică (figura 1). Prin urmare, punctul de aplicare a forței rezultante asupra roții este deplasat înainte de o distanță mică b față de axă. Imaginați-vă forța șinei pe roată sub forma a două componente. Una este direcționată tangențial spre zona de contact, este forța cuplării cuplajului. Celălalt component Q este direcționat de-a lungul suprafeței normale la suprafața de contact și trece prin axa roții.
În schimb, descompunem forța presiunii normale Q în două componente: forța N care este perpendiculară pe șină și compensează gravitația și forța Fk. care este îndreptată de-a lungul șinei împotriva mișcării. Această forță împiedică mișcarea roții și este forța de frecare la rulare. Forța de presiune Q a cuplului de putere nu creează. Prin urmare, momentele forțelor sale în raport cu axa roții trebuie să se compenseze reciproc :. Locație. Forța de frecare a laminării este proporțională cu forța N. care acționează asupra roții perpendiculare pe șină:
Aici este coeficientul de frecare la rulare. Depinde de elasticitatea materialului șinei și a roții, de starea suprafeței și de dimensiunile roții. După cum se poate observa, cu cât roata este mai mare, cu atât forța de frecare este mai mică. Dacă forma șinei a fost restabilită în spatele roții, diagrama de presiune ar fi simetrică și nu a existat o fricțiune de rulare. Rulare a roților de oțel pe șină din oțel de rulare coeficient de frecare este suficient de mic: 0.003-0.005, de sute de ori mai mic decât coeficientul de frecare de alunecare. Prin urmare, este mai ușor să se rostogolească decât să se tragă.
Determinarea experimentală a coeficientului de frecare la rulare este efectuată pe o instalație de laborator. Lăsați carul, modelul mașinii, să se rostogolească de-a lungul șinelor orizontale. Pe partea laterală a șinelor se află forțele de frecare orizontale de rulare și strângere (fig.2). Se scrie ecuația celei de-a doua legi a lui Newton pentru mișcarea lentă a unui cărucior cu o masă m în proiecție pe direcția accelerației:
Deoarece masa roților reprezintă o parte semnificativă a greutății căruciorului, nu putem ignora mișcarea rotativă a roților. Reprezentăm rularea roților ca sumă a două mișcări: mișcarea translațională împreună cu căruciorul și mișcarea de rotație în raport cu axele perechilor de roți. Mișcarea de translație a roților este combinată cu mișcarea de translație a căruciorului cu masa totală m în ecuația (1). Mișcarea de rotație a roții are loc sub influența doar timpul PSFP R. ecuația forțelor de coeziune legea fundamentală a dinamicii mișcării de rotație (produsul din momentul de inerție al roților pe accelerația unghiulară este egală cu momentul de forță) are forma
În absența alunecării roții față de șină, viteza punctului de contact este zero. Prin urmare, vitezele mișcărilor translaționale și rotaționale sunt egale și opuse :. Dacă această egalitate este diferențiată, obținem relația dintre accelerația de translație a căruciorului și accelerația unghiulară a roții :. Apoi, ecuația (3) ia forma. Adăugăm această ecuație cu ecuația (2) pentru a elimina forța de coeziune necunoscută. Ca rezultat, ajungem
Ecuația obținută coincide cu ecuația celei de-a doua legi a lui Newton pentru mișcarea translațională a unui cărucior cu o masă efectivă :. în care contribuția inerției de rotație a roților la inerția căruciorului a fost deja luată în considerare. În literatura tehnică, ecuația mișcării de rotație a roților (3) nu este utilizată, dar rotația roților este luată în considerare prin introducerea masei efective. De exemplu, pentru o mașină încărcată, coeficientul de inerție # 947; este egală cu 1,05, iar pentru o mașină goală influența inerției roților este mai mare: # 947; = 1,10.
Înlocuind forța de fricțiune de rulare în ecuația (4), obținem pentru coeficientul de frecare al formulei de rulare formula calculată
Pentru a determina coeficientul de frecare al laminării folosind formula (5), este necesară măsurarea experimentală a accelerației căruciorului. Pentru a face acest lucru, împingeți căruciorul cu o anumită viteză V0 de-a lungul șinelor orizontale. Ecuația cinematică a mișcării la fel de încetinită are forma.
Calea S și timpul t pot fi măsurate, dar viteza inițială a mișcării V0 nu este cunoscută. Totuși, instalația (figura 3) are șapte cronometre, măsurând timpul de deplasare de la fotocelulele de pornire la următoarele șapte fotocelule. Acest lucru face posibilă fie compilarea unui sistem de șapte ecuații și excluderea vitezei inițiale de la acestea, fie rezolvarea grafică a acestor ecuații. Pentru o soluție grafică, rescriem ecuația de mișcare uniformă încet, împărțind-o cu timpul :.
Viteza medie de mișcare a fiecărei fotocelule depinde linear de timpul de mișcare la fotocelule. Prin urmare, graficul de dependență
Momentul de inerție al celor patru roți ale căruciorului, care au forma de cilindri cu raza R cu masa totală mkol, poate fi determinat de formula. Apoi, corecția pentru inerția de rotație a roților va lua forma.
1. Determinați greutatea căruciorului împreună cu o anumită greutate. Măsurați raza roților de-a lungul suprafeței patinei. Înregistrați rezultatele măsurătorilor în Tabel. 1.
Tabelul 1 Tabelul 2
Greutatea roților mkol, kg
2. Verificați dacă șinele sunt orizontale. Așezați căruciorul la începutul șinelor astfel încât bara de cărucior să fie în fața deschiderilor fotocelulei de pornire. Porniți sursa de alimentare la rețeaua de 220 V.
3. Împingeți coșul de-a lungul șinelor astfel încât să ajungă în capcană și să cadă în el. Fiecare cronometru va arăta momentul mișcării căruciorului de la fotocelula de pornire la fotocelula sa. Repetați experimentul de mai multe ori. Înregistrați citirile a șapte cronometre într-unul din experimentele din tabel. 2.
4. Faceți calculele. Determinați viteza medie a căruciorului pe traseu de la început până la fiecare fotocelulă
5. Construiește un grafic al dependenței vitezei medii de mișcare de fiecare fotocelula în momentul mișcării. Dimensiunea graficului nu este mai mică decât jumătate din pagină. Pe axele de coordonate, specificați o scară uniformă. În jurul punctelor trage o linie dreaptă.
6. Determinați valoarea medie a accelerației. Pentru a face acest lucru, construiți un triunghi dreptunghiular pe linia experimentală ca pe hypotenuse. Folosind formula (6), găsiți valoarea medie a accelerației.
7. Calculați corecția pentru inerția de rotație a roților, considerându-le a fi discuri omogene. Determinați valoarea medie a coeficientului de frecare de rulare prin formula (5) <μ>.
8. Estimați eroarea de măsurare prin metoda grafică
Rezultatul înregistrării # 956; = <μ>± # 948; # 956; P = 90%.
1. Explicați cauza declanșării fricțiunii de rulare. Ce factori afectează valoarea forței de frecare?
2. Scrieți legea pentru forța de frecare a laminării. Ce determină coeficientul de frecare al laminării?
3. Notați ecuațiile dinamicii mișcării de translație a căruciorului de-a lungul șinelor orizontale și mișcarea de rotație a roților. Obțineți ecuația mișcării căruciorului cu o masă eficientă.
4. Derulați formula pentru determinarea coeficientului de frecare al laminării.
5. Explicați esența metodei grafice pentru determinarea accelerației căruciorului la rulare pe șine. Derivează formula de accelerare.
6. Explicați efectul rotirii roților asupra inerției căruciorului.
Trimiteți-le prietenilor: