Valivý odpor

fyzikální jev
(přesměrováno z Valivé tření)

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.

Rozložení reakcí na zatížený válec v klidu a při valení

Značení

editovat
  • Značka:  
  • Jednotka SI: newton, značka  

Fyzikální princip

editovat

V místě kontaktu pružného (plného) válcového tělesa s pružnou rovinnou podložkou dochází vlivem jejich deformace kolmou (normálovou) 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 na těleso působí vodorovná síla   (nebo síla vyvolaná točivým 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   (někdy také e, d nebo  ).

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

Aby se těleso valilo, musí být na něj působící vodorovná síla větší než valivý odpor ( ). Jelikož platí, že  , lze odvodit velikost valivého odporu:

 . Normálová síla na nakloněné rovině je rovna  , po dosazení je pak:

 ,[1][2] kde

  • m - hmotnost tělesa,
  • g - gravitační zrychlení (=9,81 m/s2)
  • α - úhel sklonu
  • ξ - rameno valivého odporu
  • r - poloměr tělesa

Ekvivalentní veličinou činitele smykového tření je činitel valivého odporu, což je poměr  .

Činitel valivého odporu   představuje poměr dvou délkových rozměrů, a tedy představuje veličinou bezrozměrovou, na rozdíl od ramene valivého odporu  , 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  . Proto musíme dávat velký pozor, když zjišťujeme hodnotu koeficientu pro výpočet valivého odporu, kterou veličinu ta která tabulka uvádí.

Hodnota koeficientů valivého odporu

editovat

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  , kde průměr kola   i rameno   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.

Orientační hodnoty koeficientů valivého odporu uváděné v různých zdrojích
Materiály rameno valivého odporu

  [mm]

činitel valivého odporu

 

Strojnické tabulky

[3]

Tabulky pro stř. školy

[4]

Dynamika vozidel

[5]

(Schmidt,Schlender:)

[6]

další zdroje

(výběr)

nekalená ocel – nekalená ocel 0,05 ÷ 0,06 0,05 ÷ 0,06
kalená ocel – kalená ocel (valivá ložiska) 0,001 ÷ 0,005 0,001 ÷ 0,005 0,0005 ÷ 0,0010 0,0010 ÷ 0,0015
ocelové kolo – ocelová kolejnice 0,4 ÷ 0,5 0,4 ÷ 0,5 0,0010 ÷ 0,0020 0,0010 ÷ 0,0024
tramvajové kolo – kolejnice (za provozu) 0,005
litinové kolo – ocelová kolejnice 0,0019 ÷ 0,0065
litina – litina 0,005 ÷ 0,006
pneu – beton 1,5 ÷ 2,5 0,015 ÷ 0,025 0,010 ÷ 0,020 0,010 ÷ 0,015
pneu – dlažba 0,020 ÷ 0,030 0,015 ÷ 0,030
pneu – polní cesta (suchá) 0,040 ÷ 0,050 0,050
pneu – štěrk 0,030 ÷ 0,040 0,020
pneu – hluboký písek 0,15 ÷ 0,30 0,20 ÷ 0,40 0,30
pneu – asfalt 2,5 ÷ 4,5 2,5 ÷ 4,5 0,010 ÷ 0,020
pneu – asfalt (nákladní) 0,006 ÷ 0,010
pneu – asfalt (pro návěsy) 0,0045 ÷ 0,008
pneu – asfalt (osobní) 0,011 ÷ 0,015
pneu – asfalt (motocyklové) 0,015 ÷ 0,020
galusky (8,3 bar) na válcích 0,0022 ÷ 0,0050
tvrdá pryž – ocel 7,7
tvrdá pryž – beton 10 ÷ 20

Reference

editovat
  1. DIVIŠ, Tomáš. Analýza elektrifikace vozového parku firmy United Bakeries a.s. Praha, 2020 [cit. 2004-02-16]. Diplomová práce. České vysoké učení technické v Praze - Fakulta strojní. Vedoucí práce Ing. Miloslav Emrich, Ph.D. Dostupné online.
  2. HORKÝ, Martin. Měření aerodynamických charakteristik vozidla na základě jízdních testů. Brno, 2014 [cit. 2024-02-16]. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně - Fakulta strojního inženýrství. Vedoucí práce Ing. Petr Porteš, Dr. Dostupné online.
  3. VÁVRA, Pavel et al. Strojnické tabulky. 2. vyd.. vyd. Praha: SNTL, 1984. 672 s. 
  4. MIKULČÁK, et al. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: SPN, 1988. 
  5. VLK, František. Dynamika motorových vozidel. 1.. vyd. Brno: NAKLADATELSTVÍ A VYDAVATELSTVÍ VLK, 2000. 434 s. 
  6. Schmidt, Dr. Schlender: Reifenwechsel unter technischen und klimatischen Aspekten.2003

Související články

editovat

Externí odkazy

editovat