Определяне на коефициента на триене (триене на сцепление/плъзгане)

Коефициентът на триене е фундаментално понятие във физиката, което измерва доколко две повърхности се съпротивляват на плъзгането една спрямо друга. Това е безразмерно (безразмерно) число, което представлява съотношението на силата на триене към нормалната сила, притискаща повърхностите една към друга.

Има два основни вида коефициенти на триене:

• Коефициент на статично триене: Това се отнася, когато повърхностите не се движат една спрямо друга (в покой). Обикновено е по-висок от кинетичната стойност. Силата на статично триене не е постоянна; тя се регулира на максимална стойност. Следователно, за да се започне движението на тежка кутия, е необходима по-голяма сила, отколкото за да се поддържа движението ѝ.
• Коефициент на кинетично (или плъзгащо) триене: Това се отнася, когато повърхностите вече се плъзгат една спрямо друга. Силата на триене е приблизително постоянна. Обикновено кинетичният (или плъзгащ) коефициент на триене е по-нисък от статичния коефициент на триене (обикновено с 10-30 процента), така че обектите са склонни да ускоряват малко по-лесно, след като движението е започнало.

Коефициентите варират в зависимост от грапавостта на повърхността, чистотата, смазването, температурата и скоростта. Стойностите са приблизителни и могат да варират значително при реални условия. Ето типичните диапазони (сухи повърхности, освен ако не е посочено друго):

• Лед върху лед или тефлон върху тефлон: Коефициент на триене 0,04-0,1 (много хлъзгаво)
• Стомана върху стомана (суха): Коефициент на статично триене 0,7-0,8, коефициент на кинетично триене 0,4-0,6
• Сух бетон върху гума (като автомобилни гуми): Коефициент на статично триене 0,8-1,0, коефициент на кинетично триене 0,6-0,8
• Дърво върху дърво: Коефициент на статично триене 0,4-0,6, коефициент на кинетично триене 0,2-0,4
• Метал върху метал (смазан): Коефициентът на кинетично триене може да бъде намален до 0,05-0,15.

Триенето е изненадващо сложно на микроскопично ниво (включващо грапавост на повърхността, адхезия и понякога смазочни филми), така че стойностите от реалния свят често изискват експериментално измерване, вместо да се разчита единствено на таблици.

Коефициентът на триене обяснява ежедневните явления, от това как обувките се сцепват със земята и как работят спирачките, до това как смазочните материали намаляват износването в двигателите и защо някои материали създават добри неплъзгащи се повърхности.

Коефициентът на триене се измерва с помощта на различни експериментални методи в прецизни, стандартизирани лабораторни процедури. Изборът зависи от материала (напр. пластмаси, метали, хартия, подови настилки, гума), дали са необходими статични или кинетични стойности и необходимата точност.

• Метод на наклонена равнина (често срещан в лабораториите): Този метод е един от най-простите и класически начини за измерване на коефициента на статично триене. Блок или предмет се поставя върху равна равнина (напр. дърво, метал или материала, който ни интересува). Ъгълът на равнината постепенно се увеличава, докато предметът започне да се плъзга. В момента, в който плъзгането започне, гравитационният компонент, успореден на равнината, е равен на максималната сила на статично триене. При кинетично триене ъгълът може да се регулира така, че предметът да се плъзга с постоянна скорост (изисква внимателен контрол или лека вибрация, за да се преодолее ефектът „stick-slip“).
• Метод с хоризонтално влачене/шейна (най-разпространеният индустриален метод): Този метод е в основата на много стандарти и използва претеглена шейна (или блок), влачена по повърхност. Единият материал е прикрепен към фиксирана хоризонтална равнина, а другият към шейна с известно тегло. С помощта на силомер, датчик за натоварване или универсална изпитвателна машина шейната се влаче хоризонтално с постоянна скорост. Измерват се пиковата сила, необходима за започване на движението (статично триене), и постоянната сила по време на плъзгане (кинетично триене). Скоростта обикновено се контролира (напр. 150 мм/мин в много стандарти). В тестовете се използват машини за изпитване на коефициента на триене, устройства за изпитване на триене или универсални изпитвателни машини с приспособления за измерване на коефициента на триене. Този метод се използва в два от най-често цитираните международни стандарти:
• Стандартът „ASTM D1894 Стандартен метод за изпитване на статични и кинетични коефициенти на триене на пластмасови фолиа и листове“ се използва често за опаковъчни фолиа, ламинати и листове. Плъзгачът се издърпва по фиксирана равнина или в обратна посока. Този стандарт по-късно е отменен, но продължава да се използва като позоваване.
• Стандартът „ISO 8295 Пластмаси - Филми и листове - Определяне на коефициенти на триене“ е подобен на стандарта ASTM D1894, но има някои разлики в размера на пробата, използването на пружини и процедурата. Резултатите не са пряко сравними между двата.
• Стандартът „TAPPI T 549 Определяне на статични и кинетични коефициенти на триене на непокрити хартии за писане и печат, използвайки метода на хоризонталната равнина“ описва процедура, прилагана в хоризонтална равнина за определяне на статичните и кинетични коефициенти на триене, измерени при плъзгане на хартията върху себе си.
• Метод с пружинен баланс/силомер: Това е практичен вариант на хоризонтално дърпане. Към обекта се прикрепя пружинен баланс или цифров силомер. Той се дърпа с постоянна скорост, успоредна на повърхността. Силата се отчита непосредствено преди началото на движението (статично) и по време на постоянното плъзгане (кинетично). Тя се разделя на нормалната сила (обикновено тегло), за да се получи стойността на коефициента на триене. Този метод е често срещан при полеви инспекции.
• Методи, базирани на трибометри (усъвършенствани/персонализирани): Съвременните трибометри осигуряват висока точност, контрол върху натоварване, скорост, среда (суха, маслена, температура) и понякога многократно преминаване. Те имат механизми с щифт-диск, сачмена равнина или линейно възвратно-постъпателно движение (напр. за метали, покрития, полимери). Преносими трибометри се използват за земни/пътни повърхности. За съпротивление на срязване се следва стандартът "ASTM E303 Стандартен метод за изпитване за измерване на свойствата на повърхностно триене с помощта на английски махалообразен тестер". За мокро/сухо срязване се следва стандартът "ASTM C1679 Стандартна практика за измерване на кинетиката на хидратация на хидравлични циментови смеси с помощта на изотермален калориметър".

За промишлени приложения се спазват стандартите ASTM D1894 или ISO 8295, като се използва специализирано устройство за изпитване на коефициента на триене, за да се получат надеждни и повтаряеми данни.

В продължение на много години нашата организация, със своя компетентен и опитен персонал, разбира нуждите на своите клиенти, предоставяйки им необходимите съвременни услуги за тестване и съдействайки за установяването, внедряването и подобряването на системите за управление. В тази рамка, ние също така предоставяме услуги за определяне на коефициента на триене (сцепление/плъзгащо триене) на бизнеса.