Efeito stick-slip

O efeito stick-slip (do inglês stick ' to stick' e slip ' to slide') ou também efeito stick-slip ou vibração de fricção ( autoexcitada ) descreve o deslizamento repentino de corpos sólidos movendo-se uns contra os outros . Exemplos bem conhecidos são a geração de sons de instrumentos de cordas , o chilrear de insetos, o rangido de painéis de parede , portas que rangem, freios ou pneus que rangem , limpador de pára-brisa e um látex - balão de borracha ou a borda de um copo em vibração versetzende, ponta do dedo molhada (ver harpa de vidro ).

causa raiz

O efeito pode ocorrer quando o atrito estático é visivelmente maior do que o atrito de deslizamento :

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

Com

• ${\ displaystyle F}$ para a respectiva força
• ${\ displaystyle \ mu}$para o respectivo coeficiente de atrito .

Ao mesmo tempo, partes amortecidas e acopladas da superfície exercem uma rápida sequência de movimentos: aderência, tensionamento, separação e deslizamento ( ver abaixo: mecanismo ).

O efeito desaparece assim que os parceiros de fricção são completamente separados pelo lubrificante ( fricção de deslizamento hidrodinâmico ).

Os materiais viscoelásticos (por exemplo , fundidos de polímero ) mostram um efeito semelhante quando seu fluxo viscoso muda para deslizamento sob as altas forças de cisalhamento na ferramenta (por exemplo, um bocal).

mecanismo

Modelo com efeito stick-slip

V é uma unidade linear (manivela com fuso roscado ), R simboliza uma constante de mola e M a massa que está em uma placa .

O acionamento V leva ao fato de que a mola  R é tensionada até que a força da mola exceda a força de atrito estático da massa M na placa (desconecte assim que ) e a coloque em movimento (deslizando para baixo por quanto tempo ). ${\ displaystyle F_ {F} \ geq F_ {HR}}$${\ displaystyle F_ {F} \ geq F_ {GR}}$

Logo a velocidade da massa excede a velocidade do impulso, pelo que a mola relaxa novamente e a força da mola diminui. Devido à sua inércia , a massa se move um pouco além do ponto em que a força da mola é igual à força de fricção de deslizamento e para (aderindo assim que ). Após a parada, o acionamento primeiro pega essa peça e, em seguida, aumenta a tensão da mola novamente até o limite de atrito estático (tensionamento por tanto tempo ). Então, o ciclo começa tudo de novo. ${\ displaystyle F_ {F} \ leq F_ {GR}}$${\ displaystyle F_ {F} \ leq F_ {HR}}$

veja também: controlador de duas posições com histerese

Faixa de variação

Nas placas tectônicas , fases de deslizamento relativamente curtas (os terremotos ) são separadas por longas pausas, pois o atrito é alto em relação à rigidez da mola e o acionamento é lento.

Com um instrumento de cordas , o atrito é pequeno e a massa e a mola espacialmente distribuídas - a corda é ao mesmo tempo - são capazes de vibrações em sua frequência natural . Um som limpo é criado quando a fase de deslizamento é relativamente longa.

A instabilidade que leva ao efeito é aumentada quando a deformação pressiona dinamicamente as superfícies esfregando uma contra a outra quando a mola é tensionada, enquanto o relaxamento reduz a pressão. Um exemplo é empurrar o garfo sobre o prato.

No caso do efeito gaveta , a influência da geometria predomina , na sua forma pura nada tem a ver com o efeito stick-slip.

Efeitos e contramedidas

O efeito stick-slip é frequentemente indesejável em aplicações técnicas. Ele gera ruído e ruído proveniente da estrutura , que muitas vezes é percebido como desagradável (consulte Ruído, Vibração, Aspereza ) e pode levar a um maior desgaste e desgaste e fadiga do material . Ele também pode realizar os menores movimentos, como. B. em máquinas-ferramentas de precisão , evite completamente.

Incluir contramedidas

• reduzindo a diferença entre o atrito estático e deslizante, muitas vezes reduzindo o atrito geral, como por meio de lubrificação
• um aumento na rigidez da unidade ou do próprio corpo
• Redução das massas envolvidas
• maior atenuação
• uma geometria que reduz a instabilidade.

literatura

• FP Bowden, D. Tabor: The Friction and Lubrication of Solids , Oxford University Press, 2001, 424 p, ISBN 0-19-850777-1 .
• NM Kinkaid, OM O'Reilly, P. Papaclopoulos: guincho de freio a disco automotivo - Jornal de som e vibração, 2003, v. 267, Edição 1, pp. 105-166.
• K. Magnus, K. Popp: Vibrações: uma introdução aos princípios físicos e o tratamento teórico dos problemas de vibração . Stuttgart, Teubner, 2005, 400 pp.
• Bo NJ Persson: Fricção Deslizante. Princípios físicos e aplicações . Springer, 2002, ISBN 3-540-67192-7 .
• Valentin L. Popov: Mecânica de contato e fricção. Um livro de texto e aplicação de nanotribologia à simulação numérica , Springer-Verlag, 2009, 328 p., ISBN 978-3-540-88836-9 .
• Ernest Rabinowicz: Fricção e Desgaste de Materiais . Wiley-Interscience, 1995, ISBN 0-471-83084-4 .

Evidência individual

1. ↑ CD Han, RR Lamonte: Um estudo de instabilidades de fluxo de fusão de polímero em extrusão em Polymer Engineering & Science 1971 , Volume 11, Edição 5, pp. 385-394 doi : 10.1002 / pen.760110507