什么是径向力?
从技术上讲,径向力是沿直线作用的任何力。在物理学中,它通常用于描述垂直(以直角)对沿轨道运行的物体的中心线或轴施加的影响。简而言之,一个球在一根绳子的末端以弧线摆动时会受到这种力,从而使绳子保持绷紧。其他几个可预测的力在不同的方向上起作用,以使球在圆弧内旋转,但径向力会导致球远离握着绳子的手。
尽管径向力的确切来源和性质非常复杂,但它们可以在许多日常过程中看到,例如电动工具钻头、旋转的汽车轮胎和轴承。在机加工中,这种力被解释为将切削工具推离被切削表面的影响。正确计算径向力参数是设计带有旋转部件的工具和其他物体的关键步骤。
径向力有什么作用?
径向力是保持任何物体在圆形轨道上运行的过程的重要组成部分。当一个已知的质量(例如球)以恒定的速度在距中心点设定距离(半径)的圆周上旋转时,径向力将质量推出,远离中心。该力使质量保持在与中心点相同的距离处旋转,从而保持均匀的轨道路径——圆形或椭圆形。如果没有这股力量的作用,道路就会变得飘忽不定。
轨道上的所有物体都是如此,无论它们是否物理地附着在中心。围绕桶内旋转的松散球也被径向力推向容器的内壁。例如,径向力也负责在轮子旋转时将轮盘赌球保持在轮槽边缘。
为什么径向力很重要?
径向力的准确计算是任何具有轨道运动特征的关键设计考虑因素。例如,准确确定此变量的范围对设备的整体效率、安全性和使用寿命起着重要作用。它还允许设计师计算出任何给定项目的实际限制。
例如,轴承广泛用于许多不同类型的设备中,以支撑、引导和减少固定和移动机器部件之间的运动摩擦。它们经常暴露于产生内部材料应力的径向力,如果力和相关应力变得过大,可能导致磨损和最终失效。轴承需要足够坚固,以承受经常施加在它们身上的压力。出于这个原因,有一些类型的轴承专门设计和额定用于具有高径向力的机械应用。
这种现象在工作中的另一个例子是切削工具从工件表面去除材料时所承受的力。力作用在工具上以将其推离被切割的工件。作用在切割装置上的力的大小将取决于工具本身的特性和被加工材料的特性。如果工具设计不当并承受过大的径向力,则可能很难将切削刃推入工件,导致结果不合格,甚至可能在工具被推开时伤害操作员。
径向力变化
当运动物体的动量在运行过程中发生变化或演变时,就会出现这种现象的变化。称为径向力变化,可以用汽车轮胎的例子来说明。轮胎将在垂直于车轮轴的方向上承受径向力,如果轮胎是完美的圆形并且路面完全光滑,那么在车轮旋转时该径向力将保持不变。然而,情况并非如此,因此施加在轮胎上的径向力在每次旋转时都会发生变化。这给设计人员在设计设备时提出了挑战,因为它必须能够在不断变化的环境条件下安全运行。
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