由实践知,使滚子滚动比使它滑动省力。所以工程中,常用滚动代替滑动。

设在水平面上有一滚子,重为P,在其中心作用一水平力F,如图4-9(a)所示。当力F不大时,滚子仍保持静止。分析滚子受力知:水平面给滚子有法向约束反力FN,它与重力P等值反向,静滑动摩擦力Fs与力F组成一力偶,力偶矩为Mf的滚动摩阻力偶,它与(F,Fs)平衡,转向与滚动趋向相反。滚子和平面实际上并不是刚体,它们在力的作用下都会发生变形,在接触面上,物体受分布力的作用,如图4-9(b)所示。向点A简化得一个力FR和一个力偶矩为Mf的力偶,如图4-9(c)所示。力分解为静摩擦力Fs和法向约束反力FN。

图4-9(www.daowen.com)

与静滑动摩擦力相似,滚动摩阻力偶矩随主动力偶矩的增大而增大,当主动力偶矩增大到某个值时,滚子处于将滚未滚的临界平衡状态,滚动摩阻力偶矩达到最大,称为最大滚动摩阻力偶矩,用Mmax表示。若F再大一点,滚子就会滚动,滚动过程中,滚动摩阻力偶矩近似等于Mmax。试验证明:Mmax=δFN,　该式为滚动摩阻定律,δ为滚动摩阻因数,单位常用mm。δ由试验测定,与滚子和支承面的材料的硬度和湿度等有关,与滚子半径无关。材料硬一些,变形就小一些,如火车车轮与钢轨都采用较硬的材料,目的是增加硬度,以减小滚动摩阻因数。

思政提示

摩擦力有利有弊,如果没有摩擦力,我们穿的衣服会滑落下来,戴的帽子会因没有摩擦力而滑掉,拿起的食物会掉下来,就算把食物放到嘴里,也会到处乱窜不能在体内停留,没有摩擦力我们将变得“寸步难行”;但摩擦力也会造成构件的磨损,影响工作的平稳性和精确性等。因此,在实际工作中,要合理利用有益摩擦,减小有害摩擦,使其为我所用。世间万物都具有两面性,当生活中遇到困难时也要看到机会,事物的发展规律就是波浪前进、螺旋式上升,即“故天将降大任于是人也,必先苦其心志,劳其筋骨,饿其体肤,空乏其身,行拂乱其所为,所以动心忍性,曾益其所不能。”