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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大于滑動摩擦力。
2、滾動摩擦產生的原因
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,推動彈力作用點面對物體的支撐物的力N從最高點向前移動,因此彈力N和重力G不在一條直線上,而是產生限制滾動的質心力矩,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δ稱為滾動摩擦系數,其數值相當于彈力對滾動物體質心的力臂,因此具有寬度的量綱; 它與滾動體和軸承表面的材質、硬度有關,與直徑無關。
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心,這就是靜摩擦質心滾動靜摩擦力。 其質心力矩隨外力矩的減小而減小,但有一個最大值,稱為最大靜摩擦質心力矩。 該質心力矩的方向與外力矩的方向相反。 最大靜摩擦質心力矩的大小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,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。
“當壓力相同時,滾動摩擦遠小于滑動摩擦”就是將滾動摩擦簡化為等效滑動摩擦來考慮問題。 當傘車勻速前進時,質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”(在車輪滾動動力學中,常稱為滾動阻力素數),是一個無量綱量。 由于δ遠大于r平均摩擦力怎么算,所以δ/r遠小于滑動摩擦系數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,雖然本質上是因為滾動摩擦系數比滑動摩擦系數小得多,而滾動軸承就是根據這一點制成的。