理论教育 滚动摩擦定律及其应用实例

滚动摩擦定律及其应用实例

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:可见,力偶将使车轮滚动,称为滚动力偶;约束反力偶将阻止车轮滚动,称为滚阻力偶。图3-47滚动摩擦由实验得知,最大滚阻力偶矩与支承面正压力成正比,即式称为滚动摩擦定律。其中,比例常数δ称为滚阻系数,它具有长度量纲,常用单位为mm。火车轨道采用钢轨、轮胎要充足气、滚动轴承采用高硬度的镜钢制造等,都是用增加硬度的方法来减小滚动摩擦的实例。

滚动摩擦定律及其应用实例

实践经验表明,滚动比滑动省力,可明显地提高效率,所以在工程中常常以滚动代替滑动,例如,搬运沉重的物体,可在重物下安放一些小滚子;轴在轴承中转动,用滚动轴承要比滑动轴承更轻快、省力等,但物体滚动时在接触处也会受到阻碍。

考察置于粗糙地面上的车轮,设车轮的半径为r,重力为W,轮心O处施加拉力FT。只有当拉力FT达到一定数值时,车轮才开始滚动,否则仍保持静止。这说明车轮滚动受到了阻碍。阻碍产生的原因是,车轮与地面在重力W的作用下,一般会产生微小的接触变形,使二者接触范围扩大,导致约束反力的分布发生改变而构成平面一般力系,如图3-47(a)所示。将该力系向A点简化,可得一作用于A点的约束反力(分解为正压力FN和摩擦力Ff)和一约束反力偶(力偶矩为Mf),如图3-47(b)所示。由平衡条件可得,FN=W,Ff=FT,Mf=FTr。可见,力偶(FT,Ff)将使车轮滚动,称为滚动力偶;约束反力偶将阻止车轮滚动,称为滚阻力偶。滚阻力偶将随滚动力偶而变化,当FT增大到某一值时,车轮处于将滚而未滚的临界平衡状态,滚阻力偶矩Mf达到最大值Mfmax,称为最大滚阻力偶矩,即有0≤Mf≤Mfmax

图3-47 滚动摩擦(www.daowen.com)

由实验得知,最大滚阻力偶矩与支承面正压力成正比,即

式(3-23)称为滚动摩擦定律。其中,比例常数δ称为滚阻系数,它具有长度量纲,常用单位为mm。滚阻系数δ的值主要与材料硬度有关,材料硬,接触面的变形就小,δ值也小些。火车轨道采用钢轨、轮胎要充足气、滚动轴承采用高硬度的镜钢制造等,都是用增加硬度的方法来减小滚动摩擦的实例。

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