Исследование коэффициента качения между разнородными материалами посредством движения конического маятника

Явление роллингового трения встречается во множестве применений, и при контакте двух различных материалов необходима количественная характеристика. Параметром, подлежащим определению, является коэффициент качения; для его оценки предложена методика, основанная на затухающих колебаниях конического маятника. Чистый контакт качения между шаром и плоскостью достигается, когда стальной шар является грузом маятника и катится по наклонной пластине, изготовленной из второго материала контактной пары. Разработана математическая модель движения конического маятника, собранного из тела вращения, опирающегося на наклонную плоскость при наличии роллингового трения. Применены уравнения динамики твердого тела с неподвижной точкой, получено дифференциальное уравнение движения маятника вместе с выражениями реакций сил в точке контакта. Для различных пар материалов проведены испытания на лабораторном стенде. Затухающие колебания конического маятника фиксировались на видео для оценки изменения угловой амплитуды. Разработана программа для обработки изображений, позволяющая измерять угловые перемещения по анализу каждого кадра видео; в итоге определяется коэффициент качения. Для всех протестированных материалов обнаружено линейное уменьшение угловой амплитуды, и угол наклона зависимости амплитуды по времени может рассматриваться как характеристический параметр, связанный с коэффициентом качения между двумя материалами.