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1.什么是滾動摩擦力
滾動摩擦力是物體滾動且接觸面始終變化時作用在物體上的摩擦力。 它本質(zhì)上是靜摩擦力。 接觸面越軟、形狀變化越大,滾動摩擦就越大。 通常,物體之間的滾動摩擦力遠(yuǎn)大于滑動摩擦力。
2、滾動摩擦產(chǎn)生的原因
滾動摩擦是由于物體與平面接觸變形而形成的。 物體受重力作用壓入支撐面,同時受到壓縮變形,因此向前滾動時,其前方的支撐面凸起,推動彈力作用點(diǎn)面對物體的支撐物的力N從最高點(diǎn)向前移動,因此彈力N和重力G不在一條直線上,而是產(chǎn)生限制滾動的質(zhì)心力矩,這就是滾動摩擦。 滾動摩擦力的大小是用力偶力矩來衡量的,它與正壓力成反比。 比值系數(shù)δ稱為滾動摩擦系數(shù),其數(shù)值相當(dāng)于彈力對滾動物體質(zhì)心的力臂,因此具有寬度的量綱; 它與滾動體和軸承表面的材質(zhì)、硬度有關(guān),與直徑無關(guān)。
3. 滾動摩擦力的估算
兩個相對靜止且相互接觸的物體中,當(dāng)一個物體受到外力矩而相對另一個物體有滾動傾向時,就形成了限制相對滾動的質(zhì)心,這就是靜摩擦質(zhì)心滾動靜摩擦力。 其質(zhì)心力矩隨外力矩的減小而減小,但有一個最大值,稱為最大靜摩擦質(zhì)心力矩。 該質(zhì)心力矩的方向與外力矩的方向相反。 最大靜摩擦質(zhì)心力矩的大小Mmax與兩個物體法向壓力的大小成反比,即Mmax=δ0N,其中δ0稱為滾動靜摩擦系數(shù),具有厚度的量綱,近似取決于兩個物體的材料,并且與接觸表面的粗糙度有關(guān)。
“當(dāng)壓力相同時,滾動摩擦遠(yuǎn)小于滑動摩擦”就是將滾動摩擦簡化為等效滑動摩擦來考慮問題。 當(dāng)傘車勻速前進(jìn)時,質(zhì)心矩與推力與支撐面輪靜摩擦力的滾動摩擦扭矩平衡,即fr=δN。
F=f=(δ/r)N
這意味著必須通過輪子中心施加力F=f才能使輪子勻速滾動,所以,。
如果將滾動摩擦視為等效的滑動摩擦,則δ/r可稱為“滾動摩擦素數(shù)”(在車輪滾動動力學(xué)中,常稱為滾動阻力素數(shù)),是一個無量綱量。 由于δ遠(yuǎn)大于r平均摩擦力怎么算,所以δ/r遠(yuǎn)小于滑動摩擦系數(shù)μ。 因此平均摩擦力怎么算,在相同的壓力下,滾動摩擦比滑動摩擦小得多,雖然本質(zhì)上是因?yàn)闈L動摩擦系數(shù)比滑動摩擦系數(shù)小得多,而滾動軸承就是根據(jù)這一點(diǎn)制成的。