工程摩擦學(xué)基礎(chǔ)-第三章(已修改)
2025-03-06 15:52 本頁面
【正文】 第三章 摩 擦 FRICTION 教學(xué)目的及要求 ? 介紹摩擦的概念 、 分類及測(cè)量方法 ? 介紹古典摩擦定律及其局限性 ? 熟悉常用的摩擦理論的要點(diǎn)及其適用范圍 ? 掌握影響摩擦的各因素及其發(fā)揮作用的內(nèi)在實(shí)質(zhì) 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ? 各種摩擦理論的要點(diǎn)及其應(yīng)用范圍 ? 影響摩擦的各因素及其發(fā)揮作用的內(nèi)在實(shí)質(zhì) ? 學(xué)時(shí)分配： 4學(xué)時(shí) ? 教學(xué)手段：講授 、 提問 一、概 述 ★定義： 兩相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生 切向 的運(yùn)動(dòng)阻力叫做摩擦力，這種現(xiàn)象即為摩擦。 167。 3－ 1 摩擦的概念與分類 圖3－1 磨擦 力FPN ★摩擦的危害： ●消耗大量能量。 克服摩擦力，降低機(jī)械效率 ●摩擦副磨損。 ●產(chǎn)生熱量。 摩擦熱使機(jī)械溫度升高，降低機(jī)械強(qiáng)度、熱變形、熱疲勞、熱磨損等 說明：摩擦的有益作用是毋庸置疑的。摩擦生熱、鉆木取火、人走路、車行駛、離合器、制動(dòng)器、皮帶傳動(dòng)、 ……… 機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件統(tǒng)稱為摩擦副，如軸與軸承、齒輪嚙合、蝸輪與蝸桿、凸輪與挺桿、皮帶與皮帶輪等。 二。摩擦的類型 ▲按摩擦發(fā)生的部位分類： 外摩擦： 兩相互接觸的物體表面之間發(fā)生的摩擦 內(nèi)摩擦： 同一物體內(nèi)部各個(gè)部分之間發(fā)生的摩擦，一般發(fā)生在液體或氣體。 ▲按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類： 靜摩擦： 外力作用，但未發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 動(dòng)摩擦： 外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) ▲按摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式分類： 滑動(dòng)摩擦： 兩接觸物體相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦。 滾動(dòng)摩擦： 物體在力矩作用下沿接觸表面滾動(dòng)時(shí)的摩擦。 轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦： 物體在力矩作用下沿接觸表面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦。 復(fù)合摩擦： 同時(shí)存在滑動(dòng)和滾動(dòng)摩擦。 ▲按摩擦副的潤(rùn)滑狀態(tài)分類 干摩擦： 名義上無潤(rùn)滑劑時(shí)的摩擦 流體摩擦： 兩摩擦表面被一層 連續(xù)的流體潤(rùn)滑劑薄膜完全隔開 時(shí)的摩擦 邊界摩擦： 兩摩擦表面間的 流體潤(rùn)滑劑膜不連續(xù) ，但表面被 極薄的潤(rùn)滑膜 隔開 混合摩擦： 同時(shí)存在流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦的混合狀態(tài)下的摩擦，細(xì)分為半干摩擦和半流體摩擦。 達(dá) 芬奇 → 阿蒙頓 → 庫倫 第一定律： 摩擦力的方向與接觸表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的方向相反，其大小與接觸物體間的法向壓力成正比，即 F＝ μN(yùn) 式中： F— 摩擦力； μ — 摩擦系數(shù)； N— 法向載荷 。 第二定律 ：摩擦力大小與相接觸物體間的名義接觸面積無關(guān) 。 第三定律 ：摩擦力的大小取決于材料性質(zhì) ， 與滑動(dòng)速度無關(guān) 。 167。 3－ 2 古典的摩擦定律 二、古典摩擦定律的局限性 ? 1. 摩擦系數(shù) μ 的問題 試驗(yàn)表明：硬鋼表面對(duì)硬鋼表面在正常大氣條件下 ， μ 約為 ， 但在真空中可高達(dá) 2；石墨在正常大氣條件下摩擦系數(shù) μ 為 ， 但在很干燥的空氣中可大于 。 摩擦系數(shù)是 材料 與 各種條件 的 綜合特征 ， 而 不是 材料本身的 固有特征 。 2. 接觸面積與正壓力問題 對(duì)于很光潔的硬表面，由于接觸表面間分子引力起作用，摩擦力也將隨接觸面積增大而增大 。 對(duì)于極硬材料如鉆石或很軟材料如聚四氟乙烯 （ PTFE） 等 ， 當(dāng)壓力很大時(shí) ， 摩擦力并不與法向載荷成正比 ，而是： F＝ cNx 式中 : c— 常數(shù)； x— 指數(shù) ,其值約為2/3～ 1。 3. 滑動(dòng)速度問題 實(shí)踐表明 ， 多數(shù)材料隨著滑動(dòng)速度增加 ， 摩擦系數(shù)降低 ， 且兩者關(guān)系隨所受載荷大小而異 。 167。 3－ 3 各種摩擦理論概述 目的： 了解摩擦產(chǎn)生的原因，以便控制摩擦。 一、 機(jī)械互鎖學(xué)說 (凹凸說 ) 摩擦是表面粗糙不平的機(jī)械互鎖作用引起的。即當(dāng)兩表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由于粗糙不平的表面在不平處相互嵌入，因而產(chǎn)生阻抗物體運(yùn)動(dòng)的阻力。 V W NiθFiθ 若兩表面由許多斜角為 Θ 的微凸體所組成，則摩擦力就是爬過各微凸體需所力 Fi之和。因此摩擦系數(shù) μ 應(yīng)為 : μ= （ 32） 式中 F— 摩擦力； N— 法向載荷。 ????? tgNFNFii 回答是“ No” ， 這是“機(jī)械互鎖學(xué)說”的不足。 根據(jù)“機(jī)械互鎖學(xué)說”，表面越光滑，摩擦力越小。 說明 ：表面愈粗糙， μ愈大；提高表面粗糙度等級(jí)，可以降低 μ等現(xiàn)象。 Question: Yes or No ? 二、分子作用理 論（或分子吸引理論 ） ： 德薩古利爾：《實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教程》（ 1734） 尤因 （ 1892）、湯姆林森（ 1929)、普蘭德爾、哈迪（ 1936）等提出： 摩擦過程中接觸表面間的分子相互作用力，是產(chǎn)生摩擦的一個(gè)重要原因。 摩擦過程中接觸分子分離，又形成新的接觸分子，接觸分子轉(zhuǎn)換所引起的能量損失等于摩擦力所作的功。 F＝ μ （ N+A
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