YUVARLANMA SÜRTÜNMESİ

Şekil-1

Şekil-1

Yuvarlanma sürtünmesi, yuvarlanma hareketine karşı temas yüzeylerinde oluşan dirençtir. Teorik bakımdan tam rijit ve yüzeyi pürüzsüz olan tam silindirik veya küre şeklinde bir elemanın, rijit pürüzsüz bir düzlem üzerinde serbest yuvarlanmasında (Şekil-1 a), hiçbir sürtünme kuvveti meydana gelmez. Aslında bu tür elemanların temas yüzeylerinde Hertz tipi elastik ve daha az olarak ta plastik deformasyonlar oluşur (Şekil-1 b). Ayrıca hareket yönüne doğru temas alanında bir dalga meydana gelir  (Şekil-1 c). Dolayısıyla Fn kuvvetine karşı basınçların tepkisi f değeri ile ileri kayar (Şekil-1 d). Bu durumda, elemanın yuvarlanmasında meydana gelen yuvarlanma sürtünme momenti (Şekil-1 e),

Msr = Fn x f

ve yuvarlanmayı gerçekleştiren kuvvet Fh = Fn x f bağıntısından h ≈ R değeri ile;

F = (f/h) x Fn ≈ (f/R) x  Fn = µr x Fn

olarak bulunur. Burada f mm veya cm cinsinden yuvarlanma sürtünmesinin kolu ve µr = f/R yuvarlanma sürtünmesi katsayısıdır. Yukarıdaki denkleme göre yuvarlanmada harekete karşı direnci simgeleyen sürtünme kuvveti;

Fsr = µr x Fn

Şeklinde ifade edilebilir. Bu kuvvet Fso = µo x Fn statik sürtünme kuvveti ile karşılaştırılırsa Fsr < Fso yani µr = f/R < µo olduğu durumda eleman kaymaksızın sadece yuvarlanır Fsr > Fso yani µr = f/R > µo olduğu halde eleman yuvarlanmaz sadece kayar. Yuvarlanma hareketi ve buna bağlı olan yuvarlanma sürtünmesi, yukarıda gösterilen olaylardan daha karışıktır. Harekete karşı direnç, temas yüzeylerinde oluşan kayma, yüzey enerji kayıpları, histeresiz, geometrik düzgünsüzlükler gibi olaylara bağlıdır.

Yuvarlanan yüzeyler arasında yeterli yağ bulunduğu durumda, bir hidrodinamik sıvı sürtünmesi oluşabilir (Şekil-2 a); ancak Hertz basıncı ve şekil değiştirmeler de dikkate alınırsa burada esasen Elastohidrodinamik denilen bir sıvı sürtünmesi meydana gelir (Şekil-2 b). Pratikte yuvarlanma hareketi dişli, kam (yürek) mekanizmalarında ve rulmanlarda rastlanır. Bu nedenle yukarıda gösterilen olaylar bu sistemlerde önemlidir.

Şekil-2

Şekil-2