Valivý odpor

Rozložení reakcí na zatížený válec v klidu a při valení

Valivý odpor (nepřesně valivé tření, neboť se stýkající se povrchy navzájem netřou) je odpor, který působí na těleso kruhového průřezu při jeho valivém pohybu po podložce.

Fyzikální princip

V místě kontaktu pružného (plného) válcového tělesa s pružnou rovinnou podložkou dochází vlivem jejich deformace kolmou silou k vytvoření stykové plošky, na které je průběh kontaktního Hertzova tlaku parabolický. V klidu je tento průběh symetrický a výsledná reakce působí proti zatěžující síle. Pokud budeme na těleso působit vodorovnou silou (nebo silou vyvozenou kroutícím momentem), začne se navalovat na přední část kontaktní plošky a zadní část začne odlehčovat. Následkem hystereze je odlehčování pomalejší než stlačování. To se projeví deformací průběhu kontaktního tlaku, jehož výslednice se posune směrem dopředu o takzvané rameno valivého odporu, které se označuje ${\displaystyle \xi }$ (někdy také e, d nebo ${\displaystyle \delta }$).
Velikost tohoto ramene je dána vlastnostmi materiálu jako jsou:

• vnitřní tření – způsobuje hysterezi, která v podstatě valivý odpor zapříčiňuje
• tuhost – větší modul pružnosti → menší rameno odporu
• struktura povrchu, tj. drsnost a její charakter – menší drsnost ve směru valení → menší rameno odporu

Velikost valivého odporu ${\displaystyle F_{\mathrm {V} }}$ tělesa o poloměru ${\displaystyle r}$ vypočteme z rovnováhy momentů sil: ${\displaystyle M=F_{\mathrm {V} }\cdot r=F_{\mathrm {N} }\cdot \xi }$,
z čehož ${\displaystyle F_{\mathrm {V} }=F_{\mathrm {N} }\cdot {\frac {\xi }{r}}}$
Ekvivalentní veličinou činitele smykového tření je činitel valivého odporu, což je poměr ${\displaystyle c_{\mathrm {R} }={\frac {\xi }{r}}}$.

Činitel valivého odporu ${\displaystyle c_{\mathrm {R} }}$ představuje poměr dvou délkových rozměrů, a tedy představuje veličinou bezrozměrovou, na rozdíl od ramene valivého odporu ${\displaystyle \xi }$, který je délkovou mírou a v tabulkách bývá uváděn jeho rozměr v milimetrech nebo v metrech. V Česku je zvykem uvádět v tabulkách rozměr ramene valivého odporu, na rozdíl od jiných zemí, kde je zvykem uvádět spíš činitel valivého odporu ${\displaystyle c_{\mathrm {R} }}$. Proto musíme dávat velký pozor, když zjišťujeme hodnotu koeficientu pro výpočet valivého odporu, kterou veličinu ta která tabulka uvádí.

Hodnota koeficientů valivého odporu

Hodnoty obou koeficientů v tabulkách mají velmi veliký rozsah. Hlavním důvodem je fakt, že jejich velikost je závislá, kromě druhu materiálů a vlastnostech povrchů, také na poloměru valeného tělesa a na rychlosti. Hodnoty také ovlivňuje přítomnost maziva nebo vody na styčné ploše a také teplota. Pro některá konkrétní řešení je třeba zjistit přesnější hodnotu koeficientu. Tak například pro výpočet ramene odporu ocelových kol na kolejnici stanovil prof. Gustav Niemann empirický vzorec ${\displaystyle \xi =0{,}013\cdot {\sqrt {D}}}$, kde průměr kola ${\displaystyle D}$ i rameno ${\displaystyle \xi }$ jsou v milimetrech.
Zjišťování hodnot odporu konkrétních druhů pneumatik se musí provádět laboratorně dle standardních metod vzhledem k tomu, že jejich valivý odpor závisí na jejich konstrukci, zatížení, použité směsi, druhu a stavu dezénu, nahuštění, teplotě, atd. Proto je jednou z metod stanovení odporu pneumatiky vyhodnocení podle spotřebované energie za jízdy za stanovených podmínek.

Reference

Související články

• Tření
• Vnitřní tření

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu valivý odpor na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo odpor ve Wikislovníku