27-05-2023
Тре́ние каче́ния — сопротивление движению, возникающее при перекатывании тел друг по другу. Проявляется, например, между элементами подшипников качения, между шиной колеса автомобиля и дорожным полотном. В большинстве случаев величина трения качения гораздо меньше величины трения скольжения при прочих равных условиях, и потому качение является распространенным видом движения в технике.
Трение качения возникает на границе двух тел, и поэтому оно классифицируется как вид внешнего трения.
Содержание |
Пусть на тело вращения, располагающееся на опоре, действуют
Если векторная сумма этих сил равна нулю
то ось симметрии тела движется равномерно и прямолинейно или остаётся неподвижной (см. рис. 1). Вектор определяет силу трения качения, противодействующую движению. Это означает, что прижимающая сила уравновешивается вертикальной составляющей реакции опоры, а внешняя сила уравновешивается касательной составляющей реакции опоры.
Равномерное качение означает также, что сумма моментов сил относительно произвольной точки равна нулю. Из равновесия относительно оси вращения моментов сил, изображённых на рис. 2 и 3, следует:
откуда
где
Эта зависимость подтверждается экспериментально. Для малой скорости качения сила трения качения не зависит от величины этой скорости. Когда скорость качения достигает значений, сопоставимых со значениями скорости деформации в материале опоры, трение качения резко возрастает и даже может превысить трение скольжения при аналогичных условиях.
Определим для подвижного цилиндра момент, тормозящий вращательное движение тела. Рассматривая данный момент относительно оси вращающегося колеса (например, колеса автомобиля), находим, что он равен произведению тормозного усилия на оси на радиус колеса. Относительно точки контакта движущегося тела с землей момент будет равен произведению внешней силы, уравновешивающей силу трения, на радиус колеса (рис. 2):
С другой стороны, момент трения равен моменту прижимающей силы на плечо, длина которого равна коэффициенту трения качения f:
где
Из выписанного выше уравнения следует, что коэффициент трения качения может быть определен как отношение момента трения качения к прижимной силе N:
Графическая интерпретация коэффициента трения качения f дана на рис. 3 и 4.
Коэффициент трения качения имеет следующие физические интерпретации:
Катящееся тело | Подстилающая поверхность | Коэффициент трения в мм |
---|---|---|
мягкое дерево | мягкое дерево | 1,5 |
мягкое дерево | сталь | 0,8 |
твердое дерево | твердое дерево | 0,8 |
эбонит | бетон | 10—20 |
эбонит | сталь | 7,7 |
резина | бетон | 15—35 |
закалённая сталь | закалённая сталь | 0,01 |
полимер | сталь | 2 |
сталь | асфальт | 6 |
сталь | тротуарная плитка | 1,5 |
сталь | сталь | 0,5 |
железо | мягкое дерево | 5,6 |
железо | гранит | 2,1 |
железо | железо | 0,51 |
чугунное литьё | чугунное литьё | 0,8 |
Трение качения.