Gjendja aktuale e teknologjisë do të dukej krejtësisht ndryshe nëse njerëzimi në të kaluarën e largët nuk do të kishte mësuar të përdorte forcën e fërkimit të rrotullimit për përfitimin e vet. Çfarë është, pse shfaqet dhe si mund të llogaritet, këto çështje diskutohen në artikull.
Çfarë është fërkimi rrotullues?
Nën të kuptohet forca fizike që shfaqet në të gjitha rastet kur një objekt nuk rrëshqet, por rrokulliset në sipërfaqen e një tjetri. Shembuj të forcës së fërkimit të rrotullimit janë ngasja e një rrote karroce druri në një rrugë të dheut ose ngasja e një rrote makine në asf alt, rrotullimi i kushinetave metalike të topave dhe gjilpërave në një bosht çeliku, lëvizja e një rul bojë në një mur, e kështu me radhë.
Ndryshe nga forcat e fërkimit statik dhe rrëshqitës, të cilat shkaktohen nga ndërveprimet në nivelin atomik të sipërfaqeve të vrazhda të trupit dhe sipërfaqes, shkaku i fërkimit të rrotullimit është histereza e deformimit.
Le të shpjegojmë faktin e përmendur në shembullin e një rrote. Kur bie në kontakt meabsolutisht çdo sipërfaqe e ngurtë, atëherë në zonën e kontaktit ekziston mikrodeformimi i saj në rajonin elastik. Sapo rrota të kthehet në një kënd të caktuar, ky deformim elastik do të zhduket dhe trupi do të rivendosë formën e tij. Sidoqoftë, si rezultat i rrotullimit të rrotave, përsëriten ciklet e ngjeshjes dhe rikuperimit të formës, të cilat shoqërohen me humbje energjie dhe shqetësime mikroskopike në strukturën e shtresave sipërfaqësore të rrotës. Kjo humbje quhet histerezë. Kur lëvizin, ato manifestohen në shfaqjen e një force fërkimi rrotulluese.
Rrotullimi i trupave jo të deformueshëm
Le të shqyrtojmë rastin ideal kur rrota, duke lëvizur në një sipërfaqe absolutisht të fortë, nuk përjeton mikrodeformime. Në këtë rast, zona e kontaktit të saj me sipërfaqen do të korrespondojë me një segment të drejtë, sipërfaqja e të cilit është e barabartë me zero.
Kur lëvizni, katër forca veprojnë në timon. Këto janë forca tërheqëse F, forca mbështetëse e reagimit N, pesha e rrotës P dhe fërkimi fr. Tre forcat e para janë të natyrës qendrore (që veprojnë në qendrën e masës së rrotës), kështu që ato nuk krijojnë çift rrotullues. Forca fr vepron në mënyrë tangjenciale në buzën e rrotës. Momenti i fërkimit të rrotullimit është:
M=frr.
Këtu, rrezja e rrotës tregohet me shkronjën r.
Forcat N dhe P veprojnë vertikalisht, prandaj, në rastin e lëvizjes uniforme, forca e fërkimit frdo të jetë e barabartë me forcën e shtytjes F:
F=fr.
Çdo forcë pafundësisht e vogël F do të jetë në gjendje të kapërcejë fr dhe rrota do të fillojë të lëvizë. Kjopërfundimi çon në faktin se në rastin e një rrote jo të deformueshme, forca e fërkimit të rrotullimit është zero.
Rrotullimi i trupave të deformueshëm (realë)
Në rastin e trupave realë, si rezultat i deformimit të rrotës, sipërfaqja e saj e mbështetjes në sipërfaqe nuk është e barabartë me zero. Si përafrim i parë, ai është një drejtkëndësh, me brinjë l dhe 2d. Ku l është gjerësia e timonit, e cila nuk na intereson shumë. Shfaqja e forcës së fërkimit të rrotullimit është pikërisht për shkak të vlerës 2d.
Ashtu si në rastin e një rrote jo të deformueshme, katër forcat e përmendura më sipër veprojnë gjithashtu në një objekt real. Të gjitha marrëdhëniet midis tyre ruhen, përveç një: forca e reagimit të mbështetjes si rezultat i deformimit nuk do të veprojë përmes boshtit në timon, por do të zhvendoset në lidhje me të me një distancë d, domethënë do të marrë pjesë. në krijimin e çift rrotullues. Formula për momentin M në rastin e një rrote reale merr formën:
M=Nd - frr.
Barazimi me zero i vlerës M është kushti për rrotullimin uniform të rrotës. Si rezultat, arrijmë në barazi:
fr=d/rN.
Meqenëse N është e barabartë me peshën e trupit, marrim formulën përfundimtare për forcën e fërkimit të rrotullimit:
fr=d/rP.
Kjo shprehje përmban një rezultat të dobishëm: ndërsa rrezja r e rrotës rritet, forca e fërkimit fr.
Koeficienti i rezistencës në rrotullim dhe koeficienti i rrotullimit
Ndryshe nga forcat e fërkimit të pushimit dhe rrëshqitjes, rrotullimi karakterizohet nga dy të varura reciprokekoeficientët. E para prej tyre është vlera e d e përshkruar më sipër. Quhet koeficienti i rezistencës së rrotullimit sepse sa më e madhe të jetë vlera e tij, aq më e madhe është forca fr. Për rrotat e trenit, automobilat, kushinetat metalike, vlera e d qëndron brenda të dhjetave të milimetrit.
Koeficienti i dytë është vetë koeficienti i rrotullimit. Është një sasi pa dimension dhe është e barabartë me:
Cr=d/r.
Në shumë tabela, jepet kjo vlerë, pasi është më e përshtatshme për t'u përdorur për zgjidhjen e problemeve praktike sesa vlera e d. Në shumicën e rasteve praktike, vlera e Cr nuk i kalon disa të qindtat (0,01-0,06).
Gjend rrotullimi për trupat e vërtetë
Më sipër kemi marrë formulën për forcën fr. Le ta shkruajmë përmes koeficientit Cr:
fr=CrP.
Shihet se forma e tij është e ngjashme me atë të forcës së fërkimit statik, në të cilën në vend të Cr përdoret vlera μ - koeficienti i fërkimit statik.
Forca e tërheqjes F do të bëjë që rrota të rrotullohet vetëm nëse është më e madhe se fr. Megjithatë, shtytja F gjithashtu mund të çojë në rrëshqitje nëse tejkalon forcën përkatëse të prehjes. Kështu, kushti për rrotullimin e trupave realë është që forca fr të jetë më e vogël se forca statike e fërkimit.
Në shumicën e rasteve, vlerat e koeficientit μ janë 1-2 rend të madhësisë më të larta se vlera e Cr. Megjithatë, në disa situata (prania e borës, akullit,lëngje vajore, papastërti) µ mund të bëhet më e vogël se Cr. Në rastin e fundit, do të vërehet rrëshqitje e rrotave.
