Гистерезисные потери при качении металлов
Вернемся теперь к рассмотрению качения металлов в упругом диапазоне, в частности к поведению шариков, катящихся в установившемся режиме по таким же шарикам. В этом случае поверхностными эффектами можно пренебречь.
Пренебрегая небольшой пластической деформацией шариков, предшествующей достижению равновесия, мы можем применить выражение (976) и написать для работы упругой деформации обеих сфер на единицу пути имеется два фактора, позволяющие объяснить приведенные данные. Во-первых, то, что в опытах с резиной потери при качении обычно в 2 или 3 раза превышали потери при простой деформации.
Во-вторых, при деформации металлов циклы, включающие положительные и отрицательные деформации, например возвратно-поступательный сдвиг, характерный для качения, приводят к большим гистерезисным потерям (эффект Баушингера). Однако даже в этом случае значения а, превышающие, например, 10%, слишком велики для подобных объяснений.
Значительно более подходящим объяснением служит то, что, несмотря на постоянство ширины дорожки трения при установившемся режиме в области, расположенной ниже зоны контакта, наблюдается пластический сдвиг. Элементарные объемы претерпевают сдвиг сначала в одном, затем в противоположном направлении, в результате чего поглощается большое количество энергии пластической деформации.
Этот механизм обрел количественную форму в теоретическом исследовании Мервина и Джонсона (1963 г.). Они исследовали качение жесткого цилиндра по плоской пластичной металлической поверхности. Рассматривались только упругие и пластические деформации, а гистерезисные эффекты не учитывались.
Таким образом, если напряжения были ниже предела упругости металла, то пластическая деформация не имела места. Поэтому количество рассеянной энергии считалось равным нулю.
Все это относилось к цилиндру на плоскости, когда среднее давление не превышало 3,106, где к — критическое сопротивление сдвига металла.
При более высоких нагрузках наступала пластическая деформация и происходило рассеяние энергии.
