Beeinflusst die Kontaktfläche die Reibungskräfte?

Ich erinnere mich, dass ich vor einigen Jahren in der Ingenieurschule ein Reibungsgesetz studiert habe. Alles, woran ich mich erinnere, ist, dass, als die erste Annäherung genommen wurde, die populäre F = k × N abgeleitet wurde.

Warum sollte eine solche Annäherung als so nützlich angesehen werden, dass sie als "technische Wahrheit" gelehrt wird? Was ist der Beweis dafür, dass die Kontaktfläche die Reibungskraft nicht wesentlich beeinflusst?

EDIT:
In dem Buch geht es also um die Konstruktion einer Reibungskupplung. Dieses Gerät besteht aus mehreren zScheibenpaaren, von denen eine mit der input shaftund die andere Scheibe des Paars mit verbunden ist output shaft.

Wenn ich die Formel und die Bedeutung der Variablen richtig verstehe, ist das maximale Drehmoment, das das Gerät übertragen kann, proportional zu F × z wo Fist die Kraft, die das Lamellenpaket zusammendrückt?

Die Reibungskraft ist proportional zur tatsächlichen, nicht scheinbaren Kontaktfläche, und die tatsächliche Kontaktfläche ist proportional zur Belastung. Dadurch hebt sich die Fläche auf und die Reibungskraft ist proportional zur Belastung.
@Danke für die Antwort. Allerdings ist mir nicht bewusst, was ist real contact areaund apparent contact area? Hat es etwas mit der Verformung weicher Körper zu tun? Mit Mikrorauheit? Uns wurde versichert, dass eine höhere Kontaktfläche die Reibung erhöht (Entwurf einer Reibungskupplung), aber die Formeln wurden nie bewiesen.
Ja, es ist die atomare Rauhigkeit. Wenn Sie die Oberflächen berühren, berühren sich nur die höchsten Punkte. Wenn Sie die Belastung erhöhen, verformen und breiten sich diese Unebenheiten aus, sodass die Kontaktfläche zunimmt. Die Kraft dividiert durch die reale Fläche ist ungefähr der Fließdruck, der eine Materialeigenschaft und ungefähr konstant ist, sodass Sie die reale Kontaktfläche erhalten, die ungefähr proportional zur Last ist. Ich bin sicher, Google kann eine strengere Behandlung für Sie finden!
@JohnRennie, Wikipedia ist fehlgeschlagen, also habe ich beschlossen, Sie zu fragen. Meine Frage scheint mindestens zwei bereits gestellte Fragen zu sein (und ohne allzu große Antworten). Ich sollte es wahrscheinlich löschen. Haben Sie dennoch eine Ahnung, warum bei der Anleitung zur Konstruktion einer Reibungskupplung für ein Automobil eine Formel für die Gesamtreibung angegeben wurde, die von der Fläche abhängt? Ich könnte die Formel zitieren und die Frage bearbeiten.
Zitieren Sie die Formel und geben Sie eine Quelle dafür an, und ich werde sie mir ansehen. Ich bin mit dem Kupplungsdesign nicht vertraut, daher weiß ich die Antwort nicht ohne weiteres.
Schauen Sie nach Kaltschweißen, um Sie umzuhauen.

Antworten (4)

Natürlich ist die einfache lineare Beziehung F=k*N nur eine grobe Annäherung.

Die Hauptreibungskraft in hauptsächlich flachen Bereichen ist die Van-der-Waals-Kraft zwischen den Molekülen in den beiden nahe beieinander liegenden Schichten, die auch von den tieferen Schichten in den Materialien beeinflusst werden.

Das Ausmaß der Reibung hängt auch davon ab, wie lange die beiden Bereiche in Kontakt waren, von ihrer Temperatur und einer Vielzahl anderer Faktoren, wobei noch viel Forschung betrieben wird .

Es wirkt und es tut nicht in verschiedenen Fällen

Fall 1: Wenn die Kontaktfläche die Reibungskraft nicht beeinflusst

Sie kennen diese Reibungskraft F Ist

F = N ∗ μ
Wo μ ist der Reibungskoeffizient der Oberfläche und N ist die auf die Oberfläche wirkende Normalkraft. Sehen Sie sich nun das Bild unten an

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Beide Blöcke haben die gleiche Masse F ich G ( 1 ) Und F ich G ( 2 ) aber die Kontaktfläche ist anders, lassen Sie den Block 1 die Fläche haben A M 2 und Block 2 haben die Are 2 A M 2 , in beiden Bildern gibt es also den gleichen Reibungskoeffizienten μ

Jetzt wird die Kraft, die der erste Block pro Quadratmeter ausübt, ausgeübt

N 1 = M G A M 2
und die vom zweiten Block ausgeübte Kraft ist
N 2 = M G 2 A M 2
da beide Blöcke den gleichen Reibungskoeffizienten haben μ so ist die Reibungskraft zwischen Block 1 und dem unteren Brett
F 1 = N 1 ∗ μ ∗ A 1
Hier A 1 ist die Kontaktfläche zwischen den Blöcken, also
F 1 = M G A M 2 ∗ μ ∗ A M 2 ⟹ M G μ
und die Kontaktkraft zwischen Block 2 und unterer Planke ist
F 2 = N 2 ∗ μ ∗ A 2
Hier A 2 ist die Kontaktfläche zwischen den Blöcken, also
F 2 = M G 2 A M 2 ∗ μ ∗ 2 A M 2 ⟹ M G μ
⟹ F 1 = F 2
Sie sehen hier also, dass die Kontaktfläche keinen Einfluss auf die Reibungskraft hat.

Fall 2: Wenn die Kontaktfläche die Reibungskraft beeinflusst

Ich weiß nicht, ob dies ein korrektes Beispiel ist oder nicht, aber hier geht es

Nehmen Sie zum Beispiel Bücher, die in einem Regal vertikal nebeneinander stehen und dicht gepackt sind. Wenn Sie also versuchen, ein großes Buch mit einer größeren Oberfläche zu entfernen, müssen Sie mehr Kraft aufwenden als beim Entfernen kleinerer Bücher mit einer kleineren Oberfläche

Hoffe, du hast es verstanden

Hier also die Bearbeitung. Ich vermute, dass ich entweder die Bedeutung der Variablen missverstehe oder etwas Einfaches vermisse, da die Scheiben separate Einheiten sind, keine große Oberfläche .
Ich habe Ihre Frage nicht richtig verstanden, aber nach dem, was ich verstehen konnte, sind Scheiben separate Einheiten, aber schließlich sind sie alle mit derselben Welle verbunden, sodass sie alle eine kombinierte Kraft auf sie ausüben
Stellen Sie sich 10 Scheiben vor. Der erste ist mit einer Welle verbunden. Der zweite ist stationär und mit dem Gehäuse der Maschine verbunden. Die dritte ist mit der gleichen Welle verbunden usw. Fist die Kraft, die diese Scheiben zusammendrückt.
Die Kraft wirkt auf jede Scheibe, die dann auf die Welle übertragen wird, wenn die Welle mit der Scheibe verbunden wird, und wir erhalten eine kombinierte Kraft jeder Scheibe auf der Welle

Für das, was sie "Trockenreibung" nennen (kein Anhaften, viskose Schmiermittel usw.), zeigen die empirischen Beweise tatsächlich, dass unter vielen möglichen Faktoren (Kontaktfläche, Gleitgeschwindigkeit usw.) nur die Last eine Rolle spielt. Dies ist als Amontons Reibungsgesetz bekannt, und ich stimme zu, es scheint sehr kontraintuitiv zu sein. Aber da es sich um eine empirische Tatsache handelt (siehe zB die Referenz unten), braucht es keine theoretischen Beweise; Was es braucht, ist eine Erklärung, und soweit ich das beurteilen kann, gibt es noch keine zufriedenstellende Erklärung (eine Hypothese, wie John Rennie erwähnt, ist, dass die tatsächliche Kontaktfläche proportional mit der Belastung wächst). Hier ist eine relativ aktuelle Übersicht zu diesem Thema: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp036362l .

Nun, mir ist keine gut publizierte Änderung in der Standardlehre bekannt, dass trockene Haftreibung flächenunabhängig ist und auf den mikroskopischen Kontakt zurückzuführen ist, wie oben von John Rennie beschrieben. Wenn es jedoch um die Kupplungskonstruktion geht, müssen andere Faktoren berücksichtigt werden. Es ist wünschenswert, einen sehr sanften Reibungsanstieg mit erhöhtem Kontaktdruck (Makro) zu haben, und dies diktiert eine Makrooberfläche, die enorm größer ist als die tatsächliche Mikrokontaktfläche. Damit das Schließen und Öffnen dieser Kontakte nicht auf der Einzelkontaktebene nachweisbar ist. Die tatsächlichen Kontakte neigen dazu, im Fall von Metall auf Metall zu schweißen, und die Reibungskraft selbst ist das Scheren dieser Mikroschweißnähte (wenn Gleitreibung auftritt). und das fließt in die Berechnung geeigneter Makrobereiche ein, so dass der Temperaturanstieg minimiert wird. Dies ist sogar noch wichtiger im Falle einer Bremsbacke, wo die Energiedissipation als Wärme das Endziel des Systems ist.

Beeinflusst die Kontaktfläche die Reibungskräfte?
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