Трение качения

Угол и конус трения

Допустим, что силы, действующие на тело, опирающееся на плоскость, сводятся к силе трения, силе нормальной реакции и силе F. В предельном состоянии равновесия полная реакция, равная сумме сил трения и нормальной реакции, отклонена от вертикали на угол называемый углом трения. Вращая полную реакцию вокруг нормали к поверхности, получим коническую поверхность, называемую конусом трения.

Если равнодействующая активных сил проходит внутри конуса трения, то выполняется неравенство и тело находится в состоянии покоя. Знак равенства соответствует предельному равновесию. Если сила располагается вне конуса трения, то тело движется.

При качении тела цилиндрической формы также возникает сопротивление движению, называемое трением второго рода или трением качения. Поверхность катка и опорная поверхность деформируются, и реакция опорной поверхности представляет собой систему распределённых сил, равнодействующая которых при равновесии проходит через центр катка.

При увеличении силы расстояние от центра катка до линии действия силы, чтобы уравновесить систему, должно увеличиваться. Но это смещение имеет известный предел, зависящий от материала соприкасающихся тел. Предельное значение силы

Если , то каток находится в состоянии покоя, а при каток движется. Входящий в эту формулу размерный коэффициент называется коэффициентом трения качения. Он имеет размерность длины, Для шарикоподшипников . При качении вагонного колеса по рельсу . Отношение для большинства материалов меньше, чем коэффициент трения скольжения . Поэтому в технике, где это возможно, трение скольжения заменяют трением качения.

Наибольший момент пары сил, препятствующих качению, в довольно широких пределах не зависит от радиуса катка.