摩擦学原理第7章备课讲稿.ppt

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1、第七章摩擦学系统与摩擦学设计主讲：高诚辉目录近几年来，应用总的系统理论和工程系统分析的原理来综合研究摩擦学的对象，引起了人们的重视。对这门学科的综合研究将具有重要意义。一、系统的基本概念二、系统的静态和动态分析三、系统分析的应用四、减少磨损与抗磨设计一、系统的基本概念系统科学或系统理论是近三十年发展起来的一门涉及基础科学、技术科学和社会科学的综合性学科。目前，它不仅在理论研究方面取得了一定成果，而且应用范围也在不断扩大，已成为解决综合性的复杂科技问题的一门行之有效的科学。但是，将系统理论应用于摩擦学的研究只是近20多年才开始的。荷兰萨拉姆(O.

2、Salamon)教授较早提出系统设想在摩擦学的应用，而西德契可斯(H.Oslohg)教授则是第一次用系统分析的数学方法来研究摩擦学系统，他们的研究初步论述了摩擦学系统的基本原则。一般说来，摩擦学系统的基本概念是指系统的定义，系统的类型，系统的数学描述以及研究系统的基本方法。1.系统的定义什么是摩擦学系统呢?要回答这一问题，首先要明确“系统”这一概念。它是表示由相互作用和相互依赖的若干组成部分(可以是环节、元素或部件)结合成具有特定功能的有效机体，而且这个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。换句话说，“系统”即是“有一定关系的元素的集

3、合”或者“用结构和功能来相互联系的一组元素”。系统有大有小，有简有繁，任何复杂的大系统都可以按功能或工序流动情况及信息逐级分解成若干小系统。这样，要组成一个“系统”必须具备两个条件：（1）有特定的功能；（2）由相互有联系的若干元素构成。2.系统的结构如图所示是表示一种典型的摩擦学系统的结构(它是常见的齿轮传动)，它由四个元素构成：摩擦副齿轮1和2，中间材料3和周围介质4。其特定的功能是传递扭矩和角速度。齿轮1和2具有“相对运动”，并且是“相互作用的表面”。因此，是符合我们所讨论的摩擦学系统的定义的。由元素A、其性质P和相互作用R组成的摩擦学系统的

4、结构，通常以S表示。S＝{A，P，R}3.系统的分类目前，系统的分类方法比较多，通常可以分为开式和闭式系统。当物质和能量与周围介质等出现相互变化时，系统是开式的；当互相变化不大时，则系统是闭式的。在开式系统中，当动能转变为热能或其它形式的能量时，通过确定不变的过程，则称为“离散系统”。当输入和输出随时间而变，则系统处于“动态”。在某些情况下，当系统处于动力平衡状态时，就叫“静态”或“稳态”。根据系统理论，摩擦学系统是属于“开式、离散、动态系统”，因为在摩擦过程中，将引起能量损失和材料损失，摩擦学的结构和功能都将随之发生变化。4.系统的数学描述下图

5、是系统的数学描述。这是采用在物理、化学中使用的从系统中分离出方框的方法而得的，和在力学中采用取“脱离体”的方法一样。由图不仅可看出系统的结构，即S＝{A，P，R}，而且表示了输入、输出和功能的关系。4.系统的数学描述每一个系统都可以从它周围的区域中分离出一个假设的系统方框，用方框分离出来的小系统与周围区域之间的联系可以分为输入{x}和输出{y}。系统的功能是将输入{x}转换为输出{y}。转换可以用任何一个数学方程、物理的相似、词的描述等来表示。下图是用词的描述表达输入到输出关系。必须指出：系统分析常常选取“建立模型”的形式，即以图解或分析的方式来

6、表示系统，可以容许利用该“模型”来研究系统的功能。但是，目前摩擦学系统的研究还不能完全采用数学分析的方法，因为许多因素的数学函数关系尚未建立，故多以图解方式来研究。二、系统的静态和动态分析摩擦学系统一般是属于“开式、离散、动态系统’。为了便于分析，可先从静态时摩擦学系统入手，以理想的齿轮传动作为一个例子来分析静态时的情况。齿轮传动是以半径r1和r2的两个齿轮组成，齿轮的传动比为i=r2/r1。这一对齿轮传动将转换扭矩M1M2，和角速度ω1ω2。这是从机械能到机械能量的转换。（1）系统结构S={A,P,R}齿轮传动系统的元素组A是由齿轮l和2，润滑

7、剂和周围环境所组成。作为元素组的性质P是与齿轮1和2所选用的材料几何参数等有关；与润滑剂的化学成分、粘度等因素有关；与周围环境的化学成分、温度等有关。（1）系统结构S={A,P,R}元素间的相互作用以及表示：齿轮1和2之间的相互作用可以用“接触”这一术语来描述，而齿轮表面与润滑剂或介质之间的相互作用特征是“摩擦化学反应”，润滑剂与介质之间的相互作用是属于“扩散”性质的。（2）输入、输出系统可以从周围环境中以系统方框的形式分离出来，输入和输出以齿轮1和2的相应的扭矩和角速度表示。（3）功能齿轮传动系统的输入、输出功能关系可以按照电学的克希荷夫定律的

8、相似性得出。①从力的相等考虑，则作用于相互作用的齿轮的齿形上的力应该相等，即F1＝F2。引入传动比i，则可得输出扭矩M2是等于输入扭矩M