Егер адамзат алыстағы үйкеліс күшін өз игілігі үшін пайдалануды үйренбегенде, технологияның қазіргі жағдайы мүлде басқаша көрінер еді. Бұл не, ол неге пайда болады және оны қалай есептеуге болады, бұл мәселелер мақалада талқыланады.
Айналмалы үйкеліс дегеніміз не?
Оның астында бір зат сырғып кетпей, екінші заттың бетінде домалап тұрған барлық жағдайда пайда болатын физикалық күш түсініледі. Домалау үйкеліс күшінің мысалдары ағаш арба дөңгелегін қара жолда жүргізу немесе автомобиль дөңгелегін асфальтта жүргізу, металл шарикті және инелі подшипниктерді болат осьте домалату, бояу роликті қабырғаға жылжыту және т.б. болып табылады.
Дене мен беттің кедір-бұдыр беттерінің атомдық деңгейіндегі өзара әрекеттесуінен туындайтын статикалық және сырғанау үйкеліс күштерінен айырмашылығы, домалау үйкелісінің себебі деформациялық гистерезис болып табылады.
Аталған фактіні дөңгелек мысалында түсіндірейік. Онымен байланыста болған кездеабсолютті кез келген қатты бет, содан кейін жанасу аймағында оның серпімді аймақта микродеформациясы бар. Доңғалақ белгілі бір бұрыштан бұрыла салысымен бұл серпімді деформация жойылып, дене пішінін қалпына келтіреді. Осыған қарамастан, доңғалақтарды домалау нәтижесінде сығымдау және пішінді қалпына келтіру циклдері қайталанады, олар энергияның жоғалуымен және дөңгелектің беткі қабаттарының құрылымындағы микроскопиялық бұзылулармен бірге жүреді. Бұл жоғалту гистерезис деп аталады. Қозғалыс кезінде олар айналмалы үйкеліс күшінің пайда болуымен көрінеді.
Деформацияланбайтын денелерді домалау
Абсолютті қатты бетінде қозғалатын дөңгелек микродеформацияларды сезінбейтін идеалды жағдайды қарастырайық. Бұл жағдайда оның бетімен жанасу аймағы ауданы нөлге тең түзу сегментке сәйкес болады.
Қозғалыс кезінде дөңгелекке төрт күш әсер етеді. Бұл тарту күші F, тірек реакция күші N, дөңгелек салмағы P және үйкеліс fr. Алғашқы үш күш орталық сипатқа ие (дөңгелектің масса центріне әсер етеді), сондықтан олар айналу моментін тудырмайды. fr күші доңғалақ шеңберіне жанама әсер етеді. Айналмалы үйкеліс моменті:
M=frr.
Мұнда дөңгелектің радиусы r әрпімен көрсетілген.
N және P күштері тігінен әсер етеді, сондықтан бірқалыпты қозғалыс кезінде fr үйкеліс күші F күшіне тең болады:
F=fr.
Кез келген шексіз аз F күші fr күшін жеңе алады және дөңгелек қозғала бастайды. Бұлқорытынды деформацияланбайтын дөңгелек жағдайында домалау үйкеліс күші нөлге тең болады.
Деформацияланатын (нақты) денелерді домалау
Нақты денелер жағдайында доңғалақ деформациясы нәтижесінде оның беттегі тірек ауданы нөлге тең емес. Бірінші жуықтау ретінде бұл тіктөртбұрыш, қабырғалары l және 2d. Мұндағы l - дөңгелектің ені, ол бізді онша қызықтырмайды. Домалау үйкеліс күшінің пайда болуы дәл 2d мәніне байланысты.
Деформацияланбайтын доңғалақ жағдайындағы сияқты, жоғарыда аталған төрт күш нақты затқа да әсер етеді. Біреуінен басқа олардың арасындағы барлық қатынастар сақталады: деформация нәтижесінде тіректің реакциялық күші доңғалақтағы ось арқылы әсер етпейді, бірақ оған қатысты d қашықтыққа ығысады, яғни қатысады. айналу моментін құруда. Нақты доңғалақ жағдайындағы M моментінің формуласы мына пішінді алады:
M=Nd - frr.
М мәнінің нөлге теңдігі дөңгелектің біркелкі айналу шарты болып табылады. Нәтижесінде біз теңдікке жеттік:
fr=d/rN.
N дене салмағына тең болғандықтан, домалау үйкеліс күшінің соңғы формуласын аламыз:
fr=d/rP.
Бұл өрнек пайдалы нәтижені қамтиды: дөңгелектің r радиусы ұлғайған сайын, үйкеліс күші fr.
Домалуға төзімділік коэффициенті және домалау коэффициенті
Тыныштық пен сырғудың үйкеліс күштерінен айырмашылығы, домалау бір-біріне тәуелді екі күшпен сипатталады.коэффициенттер. Олардың біріншісі жоғарыда сипатталған d мәні болып табылады. Оны домалауға қарсылық коэффициенті деп атайды, себебі оның мәні неғұрлым үлкен болса, fr соғұрлым күшті болады. Пойыз доңғалақтары, автомобильдер, металл мойынтіректері үшін d мәні миллиметрдің оннан бір бөлігін құрайды.
Екінші коэффициент - жылжу коэффициентінің өзі. Бұл өлшемсіз шама және мынаған тең:
Cr=d/r.
Көп кестелерде бұл мән берілген, себебі d мәніне қарағанда практикалық есептерді шешу үшін пайдалану ыңғайлы. Көптеген практикалық жағдайларда Cr мәні бірнеше жүзден (0,01-0,06) аспайды.
Нақты денелер үшін айналу шарты
Жоғарыда біз fr күшінің формуласын алдық. Оны Cr коэффициенті арқылы жазайық:
fr=CrP.
Оның пішіні Cr орнына µ мәні – статикалық үйкеліс коэффициенті қолданылатын статикалық үйкеліс күшіне ұқсас екенін көруге болады..
Тарту күші F доңғалақты тек fr мәнінен үлкен болған жағдайда ғана айналдырады. Дегенмен, F итеру күші де сәйкес тыныштық күшінен асып кетсе, сырғуға әкелуі мүмкін. Сонымен, нақты денелердің домалау шарты fr күші статикалық үйкеліс күшінен аз болуы керек.
Көп жағдайда µ коэффициентінің мәндері Cr мәнінен 1-2 рет жоғары. Алайда, кейбір жағдайларда (қар, көктайғақ,майлы сұйықтықтар, кір) µ Cr өлшемінен кішірек болуы мүмкін. Соңғы жағдайда дөңгелектің сырғанауы байқалады.
