Эффект прерывистого скольжения

Эффект прерывистого скольжения (от англ. Stick « to stick» и slip « to slip» ) или также эффект прерывистого скольжения или (самовозбуждающаяся) фрикционная вибрация описывает рывковое скольжение твердых тел, движущихся друг относительно друга . Хорошо известные примеры являются генерацией звука струнных инструментов , то стрекотание насекомых, то скрип стеновых панелей , скрип дверей, визг тормозов и шин, грохочущим стеклоочистителя и латекс - шар rubbelnde или обод из стакана в вибрации versetzende, мокрый кончик пальца (см. стеклянную арфу ).

первопричина

Эффект может возникнуть, когда трение покоя заметно больше, чем трение скольжения :

${\ displaystyle {\ begin {align} F_ {HR} \ gg F_ {GR} \\\ Leftrightarrow \ mu _ {HR} \ gg \ mu _ {GR} \ end {align}}}$

С участием

• ${\ displaystyle F}$ для соответствующей силы
• ${\ displaystyle \ mu}$для соответствующего коэффициента трения .

В то же время демпфированные, сцепленные части поверхности совершают быструю последовательность движений: заедание, натяжение, разъединение и скольжение ( см. Ниже: механизм ).

Эффект исчезает, как только партнеры трения полностью разделены смазкой ( гидродинамическое трение скольжения ).

Вязкоупругие материалы (например, расплавы полимеров ) демонстрируют аналогичный эффект, когда их вязкий поток превращается в скольжение под действием высоких сил сдвига на инструмент (например, сопло).

механизм

Модель с эффектом прерывистого скольжения

V - это линейный привод (кривошип с резьбовым шпинделем ), R символизирует жесткость пружины, а M - массу, лежащую на пластине .

Привод V приводит к тому, что пружина  R натягивается до тех пор, пока сила пружины не превысит силу статического трения массы M на пластине (немедленно отсоединяется ) и приводит ее в движение (скольжение вниз на столько ). ${\ Displaystyle F_ {F} \ geq F_ {HR}}$${\ Displaystyle F_ {F} \ geq F_ {GR}}$

Вскоре скорость массы превышает скорость привода, в результате чего пружина снова расслабляется и сила пружины уменьшается. Из-за своей инерции масса перемещается немного дальше точки, в которой сила пружины равна силе трения скольжения, а затем останавливается (сразу же заедает ). После остановки привод сначала захватывает эту деталь, а затем снова увеличивает натяжение пружины до предела статического трения (натяжение на столько же ). Затем цикл начинается заново. ${\ Displaystyle F_ {F} \ leq F_ {GR}}$${\ Displaystyle F_ {F} \ leq F_ {HR}}$

см. также: двухпозиционный регулятор с гистерезисом

Диапазон вариации

В тектонике плит относительно короткие фазы скольжения ( землетрясения ) разделяются длинными паузами, потому что трение велико по сравнению с жесткостью пружины, а привод медленный.

В струнном инструменте трение невелико, а пространственно распределенная масса и пружина - струна и то и другое одновременно - способны колебаться с собственной частотой . Чистый звук создается, когда фаза скольжения относительно длинная.

Нестабильность, приводящая к такому эффекту , увеличивается, когда деформация динамически прижимает поверхности, трущиеся друг о друга при натяжении пружины, в то время как релаксация снижает давление. Пример - проталкивание вилки над тарелкой.

В случае эффекта выдвижного ящика преобладает влияние геометрии ; в чистом виде оно не имеет ничего общего с эффектом прерывистого скольжения.

Эффекты и контрмеры

Эффект прерывистого скольжения часто нежелателен в технических приложениях. Он генерирует шум и корпусный шум , который часто воспринимается как неприятный (см. Шум, Вибрация, Жесткость ) и может привести к повышенному износу и усталости материала . Он также может выполнять мельчайшие движения, например. Б. в точных станках , полностью предотвратить.

Включите контрмеры

• уменьшение разницы между трением скольжения и статическим трением, часто за счет уменьшения общего трения, например, за счет смазки
• увеличение жесткости привода или самого кузова
• Уменьшение вовлеченных масс
• большее затухание
• геометрия, уменьшающая нестабильность.

литература

• Ф. П. Боуден, Д. Табор: трение и смазка твердых тел , Oxford University Press, 2001, 424 стр., ISBN 0-19-850777-1 .
• Н.М. Кинкайд, О.М. О'Рейли, П. Папаклопулос: Визг автомобильного дискового тормоза - Журнал звука и вибрации, 2003, т. 267, выпуск 1, стр. 105-166.
• К. Магнус, К. Попп: Вибрации: введение в физические принципы и теоретическое рассмотрение проблем вибрации . Штутгарт, Тойбнер, 2005, 400 с.
• Бо Н.Дж. Перссон: Скользящее трение. Физические принципы и приложения . Springer, 2002, ISBN 3-540-67192-7 .
• Валентин Л. Попов: Контактная механика и трение. Текст и книга по применению от нанотрибологии до численного моделирования , Springer-Verlag, 2009, 328 стр., ISBN 978-3-540-88836-9 .
• Эрнест Рабинович: трение и износ материалов . Wiley-Interscience, 1995, ISBN 0-471-83084-4 .

Индивидуальные доказательства

1. ↑ CD Han, RR Lamonte: Исследование нестабильности течения полимерного расплава при экструзии в Polymer Engineering & Science 1971 , том 11, выпуск 5, стр. 385-394 doi : 10.1002 / pen.760110507