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1、真正的“零摩擦”能否实现？摩擦的机理两个相对滑动的固体表面摩擦只与接触表面的相互作用有关,而与固体内部状态无关,此称为外摩擦。液体或者气体中各部分之间相对移动而发生的摩擦,称为内摩擦。而边界润滑状态下的摩擦是吸附膜或其他表面膜之间的摩擦,也属于外摩擦。外摩擦和内摩擦的共同特征是:一物体或一部分物质将自身的运动传递给与它相接触的另一物体或另一部分物质,并试图使两者的运动速度趋于一致,因而在摩擦过程中发生能量的转换。外摩擦与内摩擦的不同特征在于内部运动状况。内摩擦时流体相邻质点的运动速度是连续变化的,具有一定的速度梯度,而外摩擦是在滑动面上发生速度突变
2、。此外,内摩擦力与相对滑动速度成正比,当滑动速度为零时内摩擦力也就消失,而外摩擦力与滑动速度的关系随工况条件变化,当滑动速度消失后仍有静摩擦力存在。摩擦的基本特性一般认为达·芬奇(LeonadodaVinci)(1452—1519)是第一个提出摩擦基本概念的。在他的启发下,法国科学家Amontons进行实验并建立了摩擦定律。随后,Coulomb在进一步试验的基础上,发展了Amontons的工作。由这些初期研究得出了四个经典摩擦定律如下:定律一摩擦力与载荷成正比（除了在重载荷下实际接触面积接近表观面积以外,第一定律是正确的）。它的一般形式为F=fW式
3、中,F是摩擦力;f为摩擦系数;W为正压力。上式通常称为库仑定律,可认为它是摩擦系数的定义。定律二摩擦系数与表观接触面积无关（第二定律一般仅对具有屈服极限的材料如金属是满足的,但不适用于弹性及粘弹性材料）。定律三静摩擦系数大于动摩擦系数（这一定律不适用于粘弹性材料,尽管关于粘弹性材料究竟是否具有静摩擦系数还没有定论）。定律四摩擦系数与滑动速度无关（严格地说,第四定律不适用于任何材料,虽然对金属来说基本符合这一规律,而对粘弹性显著的弹性体来说,摩擦系数则明显与滑动速度有关）。虽然根据最近的研究发现大多数经典摩擦定律并不完全正确,但是经典摩擦定律的确在一
4、定程度上反映了滑动摩擦的机理,因此在许多工程实际问题中依然近似地引用。深入的研究表明滑动摩擦还具有以下主要特性。1、静止接触时间的影响使摩擦副开始滑动所需要的切向力称为静摩擦力,而维持滑动持续进行所需要的切向力则是动摩擦力。通常工程材料的动摩擦力小于静摩擦力,粘弹性材料的动摩擦力有时高于静摩擦力。观察发现:静摩擦系数受到静止接触时间长短的影响。如下图所示,接触时间增加将使静摩擦系数增大,对于塑性材料这一影响更为显著。由于摩擦表面在法向载荷作用下,粗糙峰彼此嵌入并产生很高的接触应力和塑性变形,使实际接触面积增加。随着静止接触时间延长,相互嵌入和塑性变
5、形程度都加强,所以静摩擦系数增加。2、跃动现象精细的实验研究证明:干摩擦运动并非连续平稳的滑动,而是一物体相对另一物体断续的滑动,此称跃动现象。当摩擦表面是弹性固定时,跃动现象更为显著。跃动现象是干摩擦状态区别于良好润滑状态的特征。静摩擦系数与接触时间的关系经典摩擦理论摩擦是两个接触表面相互作用引起的滑动阻力和能量损耗。摩擦现象涉及的因素很多,因而提出了各种不同的摩擦理论。机械啮合理论早期的理论认为摩擦起源于表面粗糙度,滑动摩擦中能量损耗于粗糙峰的相互啮合、碰撞以及弹塑性变形,特别是硬粗糙峰嵌入软表面后在滑动中形成的犁沟效应。下图是Amontons
6、(1699年)提出的最简单的摩擦模型。摩擦力为：F=∆F=tan∅tan∆WF=fW在一般条件下,减小表面粗糙度可以降低摩擦系数。但是超精加工表面的摩擦系数反而剧增。另外,当表面吸附一层极性分子后,其厚度不及抛光粗糙高度的十分之一,却能巨大地减小摩擦力。这些都说明机械啮合作用并非产生摩擦力的惟一因素。分子作用理论随后,人们用接触表面上分子间作用力来解释滑动摩擦。由于分子的活动性和分子力作用可使固体粘附在一起而产生滑动阻力,这称为粘着效应。Tomlinson(1929年)最先用表面分子作用解释摩擦现象。他提出分子间电荷力在滑动过程中所产生的能量损耗是
7、摩擦的起因,进而推导出Amontons摩擦公式中的摩擦系数值。两表面接触时,一些分子产生斥力Pi,另一些分子产生吸力Pp。则平衡条件为W+ΣPp=ΣPiΣPp数值很小,可以略去。若接触分子数为n,每个分子的平均斥力为P,则得：W=ΣPi=nP在滑动中接触的分子连续转换,即接触的分子分离,同时形成新的接触分子,而始终满足平衡条件。接触分子转换所引起的能量损耗应当等于摩擦力做功,故：fWx=kQ式中,x为滑动位移;Q为转换分子平均损耗功;k为转换分子数,且k=qnxl这里,l为分子间的距离;q为考虑分子排列与滑动方向不平行的系数。将以上各式联立可以推出
8、摩擦系数为f=qQPl应当指出,Tomlinson明确地指出分子作用对于摩擦力的影响,但他提出的公式并不能解释摩擦现象。摩
