Co to jest kontakt toczny?

Kontakt toczny to zjawisko mechaniczne polegające na stykaniu się ciał, takich jak koła lub łożyska, które stykają się ze sobą, lub powierzchni, takich jak jezdnie. W punkcie, w którym się spotykają, prędkość względna wynosi zero. Jest to podstawą szerokiego zakresu procesów mechanicznych, od zębatych przekładni stosowanych w samochodach po przenośniki taśmowe. Naukowcy badają fizykę związaną z kontaktem tocznym, ponieważ dostarcza ważnych informacji o tym, jak i kiedy łożyska ulegają awarii. Jest to specjalny rodzaj zużycia mechanicznego.

W prostym przykładzie dwa łożyska mogą toczyć się ze sobą, aby umożliwić przegubowi połączenie i ruch. Kiedy zmieniają pozycję, wchodzą w ciągły kontakt. Punkt ten może mieć względną prędkość zerową, ale odkształcenie może być bardzo duże, ponieważ siła jest tam skoncentrowana. W konsekwencji zmęczenie styku tocznego ma tendencję do rozwijania się na powierzchniach łożysk. Mogą rozwijać pęknięcia, wżery i inne problemy, w zależności od wielkości obciążenia stawu.

Poziom tarcia występujący w połączeniach tocznych może zależeć od ich konstrukcji, sposobu ich użycia oraz środków smarnych, które można dodać w celu płynnego ruchu. Niskie tarcie pozwala na płynniejsze i bardziej funkcjonalne połączenie i może zmniejszyć obciążenie komponentów. Może również powodować śliskość, co może wymagać kompromisu. Na przykład w samochodach konieczne jest pewne tarcie, aby koła mogły utrzymać przyczepność na drodze, natomiast zbyt duże spowolnienie samochodu i utrudnianie obsługi.

Badania tocznych połączeń stykowych dotyczą rodzajów warunków, które muszą istnieć, aby zawiodły komponenty lub całe połączenia. Wysokie ciśnienie i wysokie tarcie zwiększają wskaźnik awaryjności, podobnie jak trudne warunki. Na przykład burze piaskowe mogą wbijać żwir w złącza, co powoduje szybsze zużycie łożysk. Te badania pomagają inżynierom określić, w jaki sposób projektować łożyska w sposób bardziej efektywny, aby stworzyć mocne, niezawodne połączenia przy minimalnych potrzebach konserwacyjnych.

Formy ciągłego kontaktu są stosowane w populacji ludzkiej od bardzo długiego czasu. Jedną z najwcześniejszych form łożyska był wałek do kłód, który pozwalał ludziom poruszać masywnymi przedmiotami, popychając je wzdłuż szeregu kłód. Ludzie układali dzienniki, ustawiali obiekty na wierzchu i pchali je. Gdy kłody obracały się pod obiektami, zmusiły je do przejścia na kłody z przodu klastra. W końcu pojedyncze dzienniki wyskakują spod spodu i można je poddać recyklingowi, umieszczając je ponownie z przodu tablicy.