background image

Tarcie

Wszystkie ciała poruszające się w naszym 
otoczeniu napotykają w swoim ruchu na opory. 
Siły oporu są skierowane przeciwnie do wektora 
prędkości ciał i starają się powstrzymać ruch.
Opory ruchu występują zawsze gdy ciała się 
poruszają, czyli ślizgają się, toczą.

Przyczyną tego rodzaju 
tarcia są mikroskopijne 
zadziory zaczepiające 
o siebie na trących 
powierzchniach.

Dlatego nawet pozornie gładkie 
powierzchnie nie ślizgają się swobodnie.

background image
background image

Tarcie poślizgowe - powstające podczas ruchu 
postępowego jednego ciała po powierzchni drugiego

Tarcie poślizgowe dzielimy z kolei na tarcie spoczynkowe i tarcie 
kinematyczne . 
Tarcie spoczynkowe czyli statyczne występuje pomiędzy 
wzajemnie nieruchomymi ciałami. Z powodu występowania tego 
tarcia, aby poruszyć z miejsca spoczywające ciało, należy użyć 
pewnej siły. Najmniejszą wartość tej siły, która wprawi to ciało w 
ruch nazywa się siłą tarcia statycznego 
Tarcie kinematyczne występuje pomiędzy ciałami, które już są w 
ruchu. Jako siłę tarcia kinematycznego przyjmuje się minimalną 
wartość siły, która niezbędna jest do podtrzymania ruchu.

Tarcie poślizgowe może być:
1)  suche, gdy nie ma czynnika oddzielającego 
powierzchnie ślizgające się po sobie,
2) półsuche, półpłynne lub płynne, gdy taki czynnik 
oddzielający: na to, który z tych rodzajów tarcia wystąpi, 
mają wpływ różne czynniki, jak wielkości powierzchni 
stykających się, prędkości poślizgu, rodzaju smaru, 
rodzaju materiałów stykających się itp.

background image

P – siła zewnętrzna czynna 
(obciążenie),
G – siła zewnętrzna czynna (ciężar),
R – reakcja,
N – składowa normalna reakcji,
T – siła tarcia.

CIAŁO ZNAJDUJE SIĘ W RÓWNOWADZE
GDY SIŁA P < T LUB P = T.
Gdy P > T – ciało zacznie się porusza 
(ślizgać).
Wartość siły tarcia jest ograniczona i nie 
może przekroczyć pewnej maksymalnej 
wartości.

background image
background image
background image

Wypadkowa R zataczająca 
względem kierunku działania 
siły N stożek o kącie 
wierzchołkowym  tworzy stożek 

tarcia. Zatem graniczną siłą 
tarcia spoczynkowego
 
(statycznego) nazwano taką 
maksymalną wartość siły, którą 
należy przyłożyć do ciała 
będącego w spoczynku, aby 
spowodować jego ruch (a ściślej 
równowagę chwiejną). 

Stożek tarcia – określa kierunek siły przyłożonej 
do ciała,
 która może spowodować ruch ciała. 
Jeżeli siły zewnętrzne będą mniejsze od zakresu 
obejmowanego przez stożek tarcia, to ciało 
pozostanie w spoczynku.

background image
background image

Na ciało umieszczone na równi działa siła 
grawitacji F

g

, która rozkłada się na siłę 

zsuwającą F

z

 i na siłę nacisku F

n

 = N 

Z zależności geometrycznych, możemy 
wyznaczyć kąt pomiędzy F

n

 a F

g

. Okazuje 

się, że jest on zawsze równy kątowi 
nachylenia równi. W naszym przypadku 
będzie to: α

m

.

Dzięki temu, możemy ze wzorów 
trygonometrycznych wyznaczyć zależności:
F

z

 = F

g

sinα

m

F

n

 = F

g

cosα

m

 = N 

w przypadku granicznej siły tarcia statycznego: T

g

 = μ

s

N = 

μ

s

F

g

cosα

m

Skoro ciało się jeszcze nie zsuwa, to siła zsuwająca musi być równoważona 
przez siłę tarcia granicznego. A więc: 

T

g

 = F

z

μ

s

F

g

cosα

m

 = 

F

g

sinα

m

μ

s

cosα

m

 = sinα

m

μ

s

 = tgα

m

 

współczynnik tarcia statycznego równy jest po 
prostu tangensowi maksymalnego kąta 
nachylenia równi, przy którym ciało się jeszcze z 
niej nie zsuwa. Współczynnik ten będzie różny, w 
zależności od materiałów, z jakich zrobione są 
ciało i równia oraz od stanu ich powierzchni. 

background image

Toczeniu walca po odkształcalnej powierzchni 
towarzyszą skomplikowane zjawiska tarcia. Tarcie 
toczenia lub 

opór toczenia 

powstaje przy 

usiłowaniu przetoczenia walca o ciężarze 

G

 po 

poziomej płaszczyźnie. Gdyby walec toczący się po 
podłożu i podłoże były idealnie sztywne, to styk 
występowałby tylko wzdłuż tworzącej walca, 
przechodzącej przez punkt A

background image

Zjawisko oporu toczenia jest spowodowane odkształcaniem 
się zarówno walca, jak i płaszczyzny, na której on spoczywa. 
Wtedy styk walca i płaszczyzny nie odbywa się wzdłuż 
tworzącej przechodzącej przez punkt A, lecz na ograniczonej 
powierzchni wynikającej ze wzajemnych odkształceń w 
miejscu styku walca i powierzchni. Reakcja normalna jest 
wtedy wypadkową nacisków normalnych występujących na 
płaszczyźnie styku i działających na walec i jest przesunięta 
o pewną odległość w stosunku do punktu A w kierunku 
możliwego toczenia się 

background image

Siła tarcia tocznego musi spełniać warunki 
(przy równowadze walca)

gdzie  współczynnik tarcia tocznego,

 r  promień walca

r

f

G

Aby nie mógł wystąpić poślizg 
walca po podłożu, musi być 
spełniony warunek, wynikający 
z praw tarcia 

G

N

P

T

Toczenie walca wystąpi, gdy wartość 
siły tarcia tocznego 

T

 będzie mniejsza 

od wartości siły tarcia ślizgowego 

N

 

rozwiniętego, co wyraża się 
nierównością 

G

N

G

r

f

T

p

background image

r

f

G

Współczynnik  tarcia  toczonego-  współczynnik  o 
wymiarach  długości  występujący  we  wzorze  na  siłę  tarcia 
toczonego.  Współczynnik  ten  zależy  od  rodzaju  materiału 
ciała toczącego się i podłoża, stanu ich powierzchni.

background image

Łożysko ślizgowe poprzeczne

background image

Tarcie w łożyskach ślizgowych

Ruch obrotowy wału nastąpi, gdy na korbie
będzie działać siła czynna:

background image

Łożysko ślizgowe wzdłużne

background image

Tarcie w łożyskach ślizgowych wzdłużnych

Ruch obrotowy wału nastąpi, 
gdy na korbie będzie działać siła czynna:

background image

Przykład1 
Na dwóch równiach pochyłych, tworzących z poziomem kąty 
i , ustawiono dwa ciała A i B o ciężarach G i Q połączone 

nieważkim cięgnem wiotkim przerzuconym przez krążek C
Współczynniki tarcia obu ciał o równie są równe  

i 

2

Określić, w jakich granicach może się zmieniać wartość ciężaru 
Q ciała B ( przy założeniu, że ciężar G ciała A jest stały), aby 
układ ciał A i B pozostawał w równowadze.

background image

Zacznijmy od przypadku, gdy ciężar Q ciała B ma wartość 
maksymalną, przy której możliwa jest jeszcze równowaga. Po 
przekroczeniu tej wartości ciało B zacznie zjeżdżać z równi 
pochyłej o kącie , a ciało A zacznie się poruszać do góry po 

równi pochyłej o kącie . W rozważanym granicznym przypadku 

(rys. b) siły tarcia T

1 

T

2

 osiągną maksymalne wartości i 

skierowane są przeciwnie do możliwego ruchu. 

background image

Przyjmując prostokątne układy współrzędnych Oxy, związane z 
obydwoma ciałami, w których oś Oy jest prostopadła do równi, a oś  
Ox równoległa do równi, otrzymujemy następujące równania 
równowagi dla: 
ciała A

ciała B

 

Ponadto na podstawie praw tarcia możemy 
napisać

Po rozwiązaniu otrzymanego układu równań znajdujemy 
maksymalną wartość ciężaru ciała B

background image

Postępując podobnie jak poprzednio, przy założeniu, że wartość ciężaru Q 
będzie minimalna, tzn. układ będzie miał tendencję ruchu w przeciwną stronę 
 ciało A będzie miało tendencję do zjeżdżania z równi kącie , a ciało B 

zacznie poruszać się do góry po równi pochyłej o kącie . W tym granicznym 

przypadku (rys. c), siły tarcia T

1

i T

2

są skierowane przeciwnie do możliwego 

ruchu. Pisząc odpowiednie równania równowagi i zależności między siłami 
tarcia a siłami normalnymi (korzystając z praw tarcia), otrzymamy również 
układ równań. Po rozwiązaniu równań otrzymamy minimalną wartość ciężaru 
ciała B

background image

Na podstawie otrzymanych wyników możemy stwierdzić, 
że wartość ciężaru ciała B powinna pozostawać w 
następujących granicach

background image

Przykład 2
Jednorodna belka o długości 2l i ciężarze G jest oparta 
dolnym końcem A o chropowatą poziomą płaszczyznę, a w 
punkcie C o gładki występ. W położeniu równowagi belka 
tworzy z płaszczyzną poziomą kąt , a odcinek AC = 1,5l

Znaleźć współczynnik tarcia ślizgowego statycznego  w 

punkcie A.

background image

W położeniu równowagi belki jej koniec A ma tendencję do przesuwania 
się w lewo. Siła tarcia T

jest skierowana przeciwnie do możliwego ruchu, 

a więc w prawo. Po przyjęciu prostokątnego układu współrzędnych 
otrzymuje się następujące równania równowagi belki

W przypadku poszukiwania współczynnika tarcia ślizgowego  

statycznego w położeniu granicznym równowagi belki (tarcie 
całkowicie rozwinięte) otrzymuje się

Po rozwiązaniu powyższego układu równań 
współczynnik tarcia wynosi


Document Outline