Сопротивление качению составляет суть эффекта трения качения. Сопротивление качению возникает в результате деформации контактирующих тел и появления момента силы реакции контакта М_тр вследствие смещения ее линии действия относительно линии действия контактной нагрузки N на плечо l (рис. 1).

Момент силы реакции относительно точки O₁ — мгновенного центра вращения — численно равен моменту сопротивления качению

где Fтр — сила трения качения; r — радиус колеса.

При расчетах используются коэффициент трения качения

и коэффициент сопротивления качению:

где A_φ = М_трΔφ — работа при повороте на угол Δφ; Δl = rΔφ — путь, пройденный колесом при этом повороте. Из определения следует

Трение качения обусловлено: потерями, связанными с несовершенством упругих деформаций в зоне кон-такта (гистерезисными потерями); проскальзыванием в зоне контакта в связи с имеющимся различием в кривизне контактирующих поверхностей.

Указанные причины сопротивления качению существенно зависят от свойств материалов пар трения.

Наименьшим сопротивлением качению обладают тела правильной геометрической формы с минимальной шероховатостью поверхности из твердых и жестких материалов.

 

 

Качение колеса по рельсу под воздействием крутящего момента М сопровождается рассогласованием фактической линейной скорости колесного центра V и этой же скорости, вычисленной по угловой скорости колесной пары относительно собственной оси вращения (окружной скорости). Это рассогласование обычно оценивается величиной, называемой относительной скоростью продольного псевдоскольжения:

где w — угловая скорость вращения колеса; r — радиус колеса; V — скорость движения колесного центра.

Рассмотрим колесо, к которому приложен крутящий момент. Под воздействием крутящего момента M и силы сцепления Т оно деформируется, причем с одной стороны от мгновенной точки опоры (по ходу движения) оно сжато, а с другой – растянуто. При качении колесо наезжает (и в дальнейшем опирается) на свою сжатую поверхность. Если сравнивать скорость углового вращения у двух одинаковых колес, к первому из которых приложен крутящий момент, а ко второму – не приложен; то первое, при том же пройденном расстоянии, повернется на больший угол. Разница угловых скоростей, характерная для проскальзывания колеса по рельсу, получается в данном случае из-за деформации колеса, при отсутствии реального скольжения, отсюда и название эффекта – псевдоскольжение.

Принципиальное отличие псевдоскольжения (от обычного проскальзывания) в том, что несмотря на рассогласование фактической линейной и окружной скоростей, проскальзывания колеса относительно рельса нет, а имеет место упругое сцепление без затрат на износ.