Кіріспе

Бетке қатысты аударма және айналуды біріктіретін қозғалыс түрі. Дөңгелеу – бұл айналуды (көбінесе, осьтік симметриялы нысанның) және осы нысанның бетке қатысты аудармасын (бірі немесе екіншісі қозғалады) біріктіретін қозғалыс түрі. Егер жағдайлар идеалды болса, екеуі бір-бірімен сырғанамай байланыста болады. Сырғанаусыз дөңгелеу таза дөңгелеу деп аталады. Анықтама бойынша, сырғанау болмайды, егер дөңгелетін нысанның барлық жанасу нүктелері нысан дөңгелейтін беттегі сәйкес нүктелермен бірдей жылдамдыққа ие болатын координаттық жүйе болса; атап айтқанда, дөңгелек жазықтығы тыныш болатын координаттық жүйеде (анимацияны қараңыз), дөңгелетін нысанның барлық жанасу нүктелерінің (мысалы, цилиндрдің туынды сызық сегменті) жедел жылдамдығы нөлге тең болады. Іс жүзінде, жанасу аймағына жақын кішкентай деформацияларға байланысты, қозғалыс пен энергияның бір бөлігі жоғалады. Дегенмен, нәтижесіндегі дөңгелеу кедергісі сырғанау кедергісінен әлдеқайда төмен, сондықтан дөңгелетін нысандарды жылжыту үшін сырғанаумен жылжытуға қарағанда әлдеқайда аз энергия қажет. Нәтижесінде, мұндай нысандар, егер олар бетке қатысты күш компонентін сезінсе, оңай қозғалады, мысалы, еңкейген беттегі гравитация, жел, итеру, тарту немесе қозғалтқыштан айналу күші. Цилиндрлі осьтік симметриялы нысандардан айырмашылығы, конус дөңгелегенде, оның ауырлық орталығы тегіс бетте сызықты емес, дөңгелек қозғалыс жасайды. Дөңгелетін нысандар міндетті түрде осьтік симметриялы емес. Екі белгілі осьтік симметриялы емес дөңгелек – Реольон үшбұрышы және Мейснер денелері. Олоид және сферакон – жазық беттен төмен дөңгелегенде бүкіл бетін жасайтын арнайы дөңгелектер отбасының мүшелері. Бұрыштары бар нысандар, мысалы, ойыншық текшелер, бетке жанасатын жиек немесе бұрышты кезегімен айналдыру арқылы дөңгелейді. Белгілі бір беттің құрылысы тіпті толық төртбұрышты дөңгелектің центройымен эталондық жазықтықтан тұрақты биіктікте дөңгелеуіне мүмкіндік береді.

Қолданбалар

Құрлықтағы көліктердің көпшілігі доңғалақты, сондықтан олар жылжу үшін домалануды пайдаланады. Сығуды ең төмен деңгейде ұстау қажет (таза домалануға жақындату), әйтпесе басқару жоғалып, апатқа ұшырау мүмкін. Бұл жол қар, құм немесе маймен жабылғанда, жоғары жылдамдықпен бұрылыс жасағанда немесе кенеттен тежеуге немесе жылдамдықты арттыруға тырысқанда болуы мүмкін. Домалайтын нысандардың ең практикалық қолданылуларының бірі – айналу құрылғыларында доңғалақты подшипниктер, мысалы, шарлы подшипниктерді пайдалану. Металдан жасалған домалатын элементтер әдетте бір-бірінен тәуелсіз айналатын екі сақинаның арасында орналасады. Көптеген механизмдерде ішкі сақина тұрақты білікке (немесе оське) бекітіледі. Осылайша, ішкі сақина тұрақты болса, сыртқы сақина өте аз үйкеліспен еркін қозғалады. Бұл дерлік барлық моторлардың (мысалы, төбе желдеткіштерінде, автомобильдерде, бұрғыларда және т.б.) жұмыс істеуіне негіз болады. Сонымен қатар, сыртқы сақинаны бекітілген тірекке бекітуге болады, бұл ішкі сақинаның осьті ұстауына мүмкіндік береді, соның арқасында ось айналуға болады. Механизмнің бөлшектеріндегі үйкеліс мөлшері шарлы подшипниктердің сапасына және механизмдегі майлау мөлшеріне байланысты. Домалайтын нысандар көлік құралы ретінде де жиі қолданылады. Ең қарапайым жолы – бір (әдетте жалпақ) нысанды қатарластырылған доңғалақтарға немесе роликтерге орналастыру. Доңғалақтардағы нысанды тік сызықта жылжытуға болады, егер доңғалақтар алдыңғы жағынан үнемі алмастырылса (подшипниктер тарихын қараңыз). Бұл примитивті көлік құралы басқа техника болмағанда тиімді. Бүгінде доңғалақты нысандардың ең тиімді қолданылуы – автомобильдер, пойыз және басқа да адамдарды тасымалдайтын көліктер. Домалану әр түрлі процестерде қозғалатын жанасу сызығына қалыпты күштерді қолдану үшін қолданылады, мысалы, металл өңдеу, баспа, резеңке өндіру, бояу салу.

Қатты денелер

Дөңгелеудің ең қарапайым жағдайы – қатаң дененің сырғалмай дөңгелеуі, оның осі бетке параллель (немесе эквивалентті түрде: бет нормаліна перпендикуляр) болатын тегіс бетпен. Кез келген нүктенің траекториясы трохоид болып табылады; атап айтқанда, дененің осындағы кез келген нүктенің траекториясы түзу сызық, ал дененің шетінен кез келген нүктенің траекториясы циклоид. Дөңгелейтін дененің кез келген нүктесінің жылдамдығы , мұндағы – бөлшек пен дөңгелейтін дененің бетпен жанасқан нүктесі (немесе сызығы) арасындағы қашықтық, ал ω – бұрыштық жылдамдық векторы. Осылайша, дөңгелеудің белгілі бір осьтің айналасында айналудан өзгешелігіне қарамастан, дөңгелейтін дененің барлық бөлшектерінің жылдамдығы, егер ол сол бұрыштық жылдамдықпен жанасу нүктесінен өтетін осьтің айналасында айналса, бірдей болады. Дөңгелеу осінен алыс орналасқан кез келген нүкте, дөңгелеу бетінің деңгейінен төмен болғанда, жалпы қозғалыс бағытына қарсы уақытша қозғалады (мысалы, пойыз доңғалағының рельстен төменгі бөлігіндегі кез келген нүкте).

Деформацияланатын денелер

Егер деформацияланатын осьтік симметриялы дене бір бетке тисе, онда қалыпты және бағаналық күштерді өткізетін интерфейс пайда болады. Мысалы, жолға тиетін дөңгелек автомобильдің салмағын (қалыпты жүктемені) және үдеу, тежеу немесе рульді бұру кезінде туындайтын бағаналық күштерді көтереді. Тұрақты домалап келе жатқан дененің деформацияларын және қозғалыстарын қатты дененің айналуының Эйлерлік сипаттамасымен және деформацияның Лагранж сипаттамасын қолдану арқылы тиімді сипаттауға болады. Бұл тәсіл уақытқа тәуелділікті жою арқылы талдауды жеңілдетеді, нәтижесінде орын ауыстыру, жылдамдық, кернеу және деформация салалары тек кеңістікте ғана өзгереді. Тұрақты күйдегі домалаудың шекті элементтер талдауына арналған талдау процедураларын алғаш рет Падован әзірледі және қазір бірнеше коммерциялық бағдарламаларда қолданылады.