這三天忽然對磨擦力感興趣了，經多方查閱，有的太假象，如用彈簧拉力計先后帶動物體做滑動、滾動以觀察拉力大小，有些講的看不懂如哪些質心矩、形變支點等，總算找到下邊一篇文章，把滾動磨擦講的很科學，轉發(fā)下來供你們參考。
滾動磨擦的機理及定量預測(下?文??來?源?于）
滾動磨擦是因為接觸表面間不同方式的能量耗散所形成的一種制約相對滾動的現象，其特點是消耗動能并將其轉化為熱能或其他不可恢復的能[1]。滾動磨擦能降低阻力這一原理早在史前古希臘金字塔的壁畫上已有描述。
隨著工業(yè)技術的發(fā)展，滾動磨擦的應用也更為廣泛。諸如，工業(yè)設備的滾動軸承中球與滾道間的磨擦、交通運輸中各類車輪與軌道間的磨擦、傳動系統(tǒng)中磨擦輪之間的磨擦、納米制造中納米顆粒與表界面之間的磨擦等。但是，滾動磨擦過程非常復雜，近代磨擦學雖對滾動磨擦的形成機理及其估算作了一些研究，但還遠遠不能滿足工程技術的須要，非常是對于不同滾動方式(如自由滾動、具有牽引力的滾動和伴隨滑動的滾動)、不同工況以及不同尺度的滾動磨擦機理及預測方式還缺少統(tǒng)一認識[2-4]。
目前關于滾動磨擦的機理主要緣于以下實驗。19世紀，基于[5]關于橡膠的實驗研究，學界普遍覺得滾動磨擦是由滾動體與表面之間的界面滑移造成的。但1955年Tabor[6]通過實驗否認:當兩表面之一為橡膠時，滾動磨擦的主要起因不是界面滑移，而是橡膠體內的彈性滯后損失。此后，等[7]通過對硬鋼球在金屬平面上滾動的實驗發(fā)覺，鋼球最先發(fā)生的塑性變型是導致滾動磨擦的主要誘因。以后滾動摩擦力的方向圖解，[8]對光滑橡膠與玻璃之間的滾動實驗發(fā)覺，滾動磨擦為粘著滯后的結果，其中能量耗散來自于形成接觸和分離的不可逆過程。
通過上述實驗研究，滾動磨擦的機理可解釋為:當物體在平面上做滾動運動時，如圖1所示，接觸區(qū)域前部的面積降低，后部的面積增大。在此過程中，可能存在界面微滑移、材料塑性變型、彈性滯后以及表面粘著的作用，造成接觸表面間形成能量耗散，由此導致滾動磨擦，妨礙物體往前滾動。
圖1滾動磨擦示意圖
但是，目前對于不同的材料、接觸狀態(tài)和幾何形狀，還未給出系統(tǒng)剖析哪種誘因在滾動磨擦中起主導作用的方式，并且已有些推論尚存在矛盾之處。諸如，等[7]強調，界面滑移可能對表面銹蝕起一些作用，但對滾動磨擦的影響很小；潤滑劑可能會增加銹蝕率，但對滾動磨擦幾乎不起作用。而在實驗中發(fā)覺，僅加入一滴水潤滑劑都會立即增加滾動磨擦。
關于滾動磨擦的預測主要包括以下模型:①等[9]構建的考慮微滑的滾動磨擦模型，強調滾動磨擦問題的解由材料常數和滑動磨擦系數共同決定；②等[10]提出的考慮彈性滯后損失的滾動磨擦模型，但前提是必須給定材料的粘性系數;③等[7]給出的考慮塑性變型的滾動磨擦近似估算模型，提出抵抗?jié)L動的切向力在本質上等于滾道的橫截面減去一個近似于材料的靜態(tài)屈服硬度或強度相等的壓力;④Krijt等[11]提出的考慮粘著效應的滾動磨擦模型，但須要提早預知裂縫閉合及伸開的能量釋放率。上述理論模型存在的主要問題是:難以評價何種誘因在滾動磨擦中起主導作用;在估算公式中的許多參數，如滑動磨擦系數、黏性系數和能量釋放率等尚缺少確切的數據，因而它們在應用上還存在局限。
綜上所述，滾動磨擦是一個十分復雜的過程，即使已歷經百年探求，但不同條件下影響滾動磨擦的主導誘因仍不清楚滾動摩擦力的方向圖解，且尚無普適的滾動磨擦預測模型，須要人們繼續(xù)探求。
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撰稿人：王曉力
上海理工學院