Основные законы трения качения

1. Момент сопротивления качению всегда направлен в сторону противоположную, тому направлению, в котором приложенные к телу силы стремятся его повернуть, или действительному повороту под действием этих сил (реактивный характер).

2. Момент сопротивления качению изменяется от нуля до своего максимального значения.

Максимальный момент сопротивления качению пропорционален коэффициенту трения

качения и силе нормального давления.

3. Коэффициент трения качения есть величина постоянная для данного вида и состояния соприкасающихся поверхностей (f к = const).

4. Момент сопротивления качению в широких пределах не зависит от радиуса катка.

Если коэффициент трения скольжения является безразмерной величиной, то коэффициент трения качения измеряется единицами длины и равен по величине указанному смещению равнодействующей нормального давления. В силу малости деформаций коэффициент трения качения имеет очень малую величину и составляет, например, для стального бандажа по стальному рельсу 0.0005 м.

Рис. 1. — реакция опоры; — прижимающая сила; — сила трения качения, — внешняя сила (приложена к центру тела и направлена вправо, на рисунке не показана);

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, следует: откуда где

— сила трения качения;

f — коэффициент трения качения, имеющий размерность длины (следует отметить важное отличие от коэффициента трения скольжения, который безразмерен);

R — радиус катящегося тела;

N — прижимающая сила. Момент трения равен моменту прижимающей силы на плечо, длина которого равна коэффициенту трения качения f: где, R — радиус тела качения; P — внешняя сила; — сила трения качения; f — коэффициент трения качения в [м]. Коэффициент трения качения может быть определен как отношение момента трения качения к прижимной силе N: