反映接触物体的材料、粗糙度、温度和湿度等因素对滚动摩擦阻力偶矩的大小所给予的一个带有综合影响的系数。实验结果表明,最大滚动摩擦阻力偶矩M的大小与正压力N成正比,即M=δN。
简介
滚动摩擦副在工程技术中与滑动摩擦副一样被大量地采用,滚动摩擦能减少阻力这一原理早在史前古埃及金字塔的建造图像中已见使用,随着车轮的发明,人们已比较朴素地理解到它与滑动摩擦有着本质的区别。滚动摩擦不仅动摩擦系数小,
静摩擦系数也小。一般情况下,滚动摩擦系数比
滑动摩擦系数小很多。因此,用滚动代替滑动可以节省大量的能量。如将火车轮轴的
滑动轴承改为
滚动轴承,单位基本运动阻力可减少11%~22%,启动阻力可减少75%~80%。
无量纲滚动摩擦系数
无量纲滚动摩擦系数定义为:驱动力F做的功A与法向载荷W和滚轮中心位移Δι之比,即:
滚动摩擦系数较小,甚至可达10-4 数量级。
有量纲滚动摩擦系数
18世纪初,当库仑首先阐明古典滑动摩擦定理后不久,就开始了对滚动摩擦机理的探索,即在理论力学中常见的发表于1785年的滚动摩擦定理,导出了有量纲的滚动摩擦系数。这一定理可简述为当一刚性圆柱或球半径为R,在一非刚体的平面上受法向力N和切向力F的作用而滚动时(见图2-13和图2-14),引起平面在滚动前方的变形而使反力转移,此反力分解成F′。
有量纲滚动摩擦系数定义为:滚动摩擦力矩M与滚动体承受的法向载荷W的比值。
滚动摩擦力矩则等于滚动摩擦力F与滚动体半径r的乘积,称为古典滚动摩擦定理,即:
(cm)
由上式可知,滚动摩擦系数μ是有量纲的,而
滑动摩擦系数则没有。这一古典滚动摩擦的局限性包括:
(1)按理论力学对滚动的定义,当点或线接触功两物体滚动时其接触点为瞬心,因而相对速度为零,一旦发生变形,接触点或线已成平面或曲面,则不属于滚动。
(2)这一模型没有把物体的机械性质和接触性质的影响考虑进去。
实际上古典滚动摩擦定理犯了与古典滑动摩擦定理同样的毛病,即仅从力学的学科范围内去研究问题,其结论是局限的。
滚动摩擦系数试验和工程实测结果
东南大学、
山东建筑工程学院和
解放军后勤工程学院等单位进行了滚轴滚动摩擦系数试验。东南大学在试验中测得的不同竖向压力下,
钢管混凝土滚轴平均滚动摩擦系数在2%~4%之间,随着荷载增大,滚动摩擦系数略有减小。山东建筑工程学院采用不同直径的实心钢滚轴进行了对比试验,结果表明摩擦系数随滚轴直径增大而减小,随着荷载增大而增大。试验研究也表明启动摩擦系数比匀速运动摩擦系数大。解放军后勤工程学院采用长200mm的140×5mm空心钢管滚轴进行试验,测得均布荷载时的启动摩擦系数为3%~4%,其随荷载变化规律与东南大学试验测得的结论相同。
东南大学在江南大酒店平移工程现场中实测得到的滚动摩擦系数,初始移动时为0.07,运动时为0.04,
山东建筑工程学院在部分实际工程中实测的滚动摩擦系数参见表5.1,河北省建筑科学研究院在部分平移工程中实测的滚动摩擦系数参见表5.2。
上述试验结果相差较大,其主要原因是,由于试验方法和试验条件,以及滚轴种类不同而产生的。另外,试验情况和实际工程现场情况差别较大。滚动摩擦系数主要影响因素有材料特性、轨道平整度、滚轴直径、竖向荷载分布情况等。