|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Трение при ультразвуковых воздействиях |
 | |
Анимация
Описание
Трение - механическое сопротивление, возникающее тангенциально к поверхности касания двух соприкасающихся тел при их относительном перемещении. Сила сопротивления F, направленная противоположно относительному перемещению данного тела называется силой трения; она зависит от коэффициента сухого трения m, силы Р, с которой одно тело прижимается к другому и других факторов. На преодоление силы трения затрачивается определенная работа.
Если каким-либо способом в одном из соприкасающихся тел возбудить ультразвуковые колебания с частотой f, то сила трения уменьшится; соответственно за счет ультразвуковых колебаний уменьшается и работа на преодоление трения. Возможны два случая преодоления колебаний. Первый (рис. 1а) - когда колебательные смещения x ориентированы перпендикулярно к плоскости соприкосновения тел, а следовательно, и направлению скорости их относительного перемещения u.
Схема, иллюстрирующая направление перемещения тела и ориентацию ультразвуковых колебаний
Рис. 1а
По мере увеличения амплитуды ультразвуковых колебаний xm возрастает амплитуда колебательного ускорения (2pf)2xm, а также колебательная сила, амплитуда которой Nm. Если величина Nm превосходит силу Р, то возникает периодический отрыв соприкасающихся тел друг от друга. Сила трения при этом действует не все время, а только в те доли периода колебаний Т=1/f, когда тела соприкасаются. Можно считать, что в этих условиях имеет место эффективная сила трения F ', величина которой меньше F. Если Nm >>Р, то эффективная сила трения стремится к нулю.
Во втором случае (рис. 1б) колебания ориентированны параллельно плоскости соприкосновения тел и постоянной скорости u, поэтому контакт тел не прерывается.
Схема, иллюстрирующая направление перемещения тела и ориентацию ультразвуковых колебаний
Рис. 1б
Направление ультразвукового смещения в течение одной половины периода совпадает с направлением движения тела, а в течение другой половины - противоположно ему. Если амплитуда колебательной скорости xm<u (где xm = 2pf), то при сложении скоростей (рис. 2а) вектор суммарной скорости uс все время совпадает с направлением движения тела и сила трения сохраняет свое направление и величину такими же, как и в отсутствие ультразвука.
Сложение колебательной скорости x и постоянной скорости u и происходящее при этом изменение силы трения FТ между соприкасающимися телами при x<u
Рис. 2а
При x>u в течение части периода , равной 1/2Т-2t1 (рис. 2б), вектор uс направлен в сторону, противоположную движению тела, и, следовательно, сила трения оказывается направленной в ту же сторону, что и вызывающая движение тела внешняя сила.
Сложение колебательной скорости x и постоянной скорости u и происходящее при этом изменение силы трения FТ между соприкасающимися телами при x>u
Рис. 2б
Таким образом, сила трения способствует движению тела, уменьшая необходимую для этого внешнюю силу. Здесь также можно ввести эффективную силу трения F'<F, причем F'»F/n, где n=p/2Чx/u при x>u.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Эффект влияния ультразвуковых колебаний на трение используется для уменьшения сопротивления при вращении валов, устранения заедания в осях приборов и т.д. Снижением трения под воздействием ультразвука обеспечивается эффективная промышленная реализация технологических процессов, связанных с пластической деформацией твердых тел. Например, прокатка, резание (сверление, фрезерование, шлифование и т.п.) металла.
Реализации эффекта
Техническая реализация трения при ультразвуковых воздействиях
Тело лежит на наклонной плоскости, угол которой близок к предельному углу соскальзывания. Ультразвук возбуждается в теле контактным пьезоизлучателем, закрепленным на его поверхности. При этом тело соскальзывает вниз.
Литература
1. Ультразвук. / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.
2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
