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本帖最后由 zerowing 于 2013-4-23 16:37 编辑 8 l" ?* v: d3 t8 K
; i/ P$ K+ T. i# l$ p* {之前的一个关于小车运行中消耗功率的问题引起热议。以致众多大侠现身。5 v+ q7 W% y2 _) J8 m$ X& I
不过这个问题还是有需要研究和指名的部分的。这里谈一谈。8 Z- K1 b# |, f! q
首先,还原问题。, I, s* N4 Z( V" [0 V b( a- V
整体质量:1500kg 匀速状态运行速度:160m/min 接触形式:钢队钢滚动
9 ^9 b' |) ]# Y* b( ]其他条件:未知
: g3 T$ Y7 J Q+ Z# y: ](PS:当开始写之后,笔者才发现,光讨论摩擦形式的问题,篇幅就很长了,因此决定分开来讨论。首先是摩擦形式的讨论。) @1 d+ h( D4 X
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关于滚动摩擦和滑动摩擦
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首先,这里必须说明,滚动摩擦和滑动摩擦的性质是不一样的。因此,把滑动摩擦定义为无限大曲率半径下的滚动摩擦是不对的。而且原则上讲,我们在谈滚动摩擦的时候其研究前提就是纯滚动无滑动。这一点请大家必须明确。% Y& o7 R* Q9 k1 Q! R. E( V) [
那么分开说:1 S9 j( K. l, A. j5 x- B6 s
滑动摩擦:滑动摩擦的三个要素点分别是:相对滑动、接触面挤压、存在表面粗糙度。
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相对滑动:这里指出了滑动摩擦的性质,滑动摩擦是一种被动力,即只有先产生了相对运动,才有滑动摩擦。换句话说,滑动摩擦力永远都是一个与运动方向相反的力,也就是永远的阻力。
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接触面挤压:这里强调两点。一是两物体接触,不接触无摩擦。二是两物体因为外力作用产生挤压变形。+ f9 _) F0 X z* J8 A2 P
( y- K0 A" J4 [1 u表面粗糙度:这个不做说明了。但是这里需要强调的一点是,绝对光滑的表面不会产生滑动摩擦力。这点切忌。1 ^0 R2 o, {) C) m S; {
滑动摩擦力与接触面积大小无关、与物体运动速度无关。
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滚动摩擦:滚动摩擦力的实质是滚动体与接触面因为产生挤压变形,而形成的倾翻阻力。(但不仅限于挤压形变)。从本质上讲,我们通常研究的滚动摩擦力是静摩擦力的积分形式,必须说明,静摩擦力在这里的作用是稳定瞬心,但也是产生倾翻阻力矩的原因,这点上我与度娘百科的分歧很大。滚动摩擦的三个要素点:接触且挤压、相对滚动(倾翻)、接触面粗糙。# e9 U6 n4 n5 c. P' y# S3 G
7 |: c$ `7 F/ t: i相对滚动(倾翻):这点是滚动与滑动的最大区分点。换句话说,滚动摩擦力是一种阻碍物体翻转的力。他阻碍的是物体的滚动(翻转)趋势。而从另一个角度对比说。我们研究滑动摩擦,研究的是质点的力等效平移后的力平衡关系。我们研究滚动摩擦,研究的是物体的力等效平移后的力矩平衡关系。这是区别对待滑动摩擦和滚动摩擦的关键。% g$ b! Q6 {4 I
, ^+ v, N0 a% a# E# a接触且挤压:虽然要素相同,但是性质不同。滑动摩擦的挤压力本身不产生阻碍运动的效果(正压力与滑动摩擦力垂直);滚动摩擦的挤压产生阻碍水平运动的效果(支撑力必然产生水平分力,如附图。静摩擦力产生反扭矩)。
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/ V3 E9 [/ Y' k3 Z" D接触面粗糙:这个在前面有提到。即,滚动摩擦产生的前提是存在静摩擦,因此需要接触面粗糙。这里特别指出:在光滑表面,滚动的物体会停在原地转动(但没有水平位移),而水平移动的物体会保持速度水平移动。这就是滚动摩擦力和滑动摩擦力的表象区别。
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逍遥曾有一句话形容滚动摩擦,我认为是很贴切的。就是“滚动摩擦可以看成是无限边数的正多边形滚动。其滚动摩擦系数就是其单边边长的一半”。这里请参考我附图中的演变过程。这也从一个侧面证明,滚动和滑动的产生机理不同,不能把滑动摩擦看成是曲率半径无限大的滚动摩擦。# B$ a* I; a1 f, _
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先说这么多,欢迎大家讨论。
; b4 S( m& K/ R( [(感谢鹰大的加分和点亮) |
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