摩擦学基础知识课件.ppt

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1、摩擦学基础知识摩擦的定义：两个接触物体表面在外力作用下相互接触并作相对运动或有运动趋势时，在接触面之间产生的切向运动阻力称为摩擦力，这种现象就是摩擦。概述2.摩擦的分类1.摩擦按摩擦副运动状态可分为：静摩擦：两物体表面产生接触，有相对运动趋势但尚未产生相对运动时的摩擦。动摩擦：两相对运动表面之间的摩擦。2.按相对运动的位移特征分类：滑动摩擦：两接触物体接触点具有不同速度和(或)方向时的摩擦。滚动摩擦：两接触物体接触点的速度之大小和方向相同时的摩擦。自旋摩擦：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时

2、的摩擦。3.按表面润滑状态分类：干摩擦：两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。边界摩擦：边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。流体摩擦：以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流体的粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。混合摩擦：半干摩擦和半流体摩擦的统称。4.Stribeck曲线：不同的摩擦状态表现出的摩擦系数不同，Stribeck曲线表现了这些摩擦状态，u、η、p分别表示速度、润滑剂粘度和压力。摩擦的基本特性1.古典摩擦定律(称为阿蒙顿-库仑定律):（1）摩擦力和载荷成正比，即F=fN。除了在重载荷下实际接触面积

3、接近表观面积外，都是正确的。（2）摩擦系数与（名义）接触面积无关。一般仅对具有屈服极限的材料如金属材料是满足的，不适于弹性和粘弹性材料。（3）静摩擦系数大于动摩擦系数。不适于粘弹性材料，尽管改材料究竟是否具有静摩擦系数还没定论。（4）摩擦系数与滑动速度无关。金属材料基本符合，粘弹性显著的弹性材料，与滑动速度有关。2.修正摩擦定律：古典摩擦定律长期作为工程应用中的指导法则使用。但是，根据近代的研究，发现多数内容不完全正确，必须进行修正：（1）摩擦力与名义接触面积无关，与真实接触面积有关，当两者接近时，

4、即法向压力很高时，摩擦力与法向压力成非线性关系，摩擦力增加很快。（2）有一定屈服极限的材料（如金属），其摩擦力才与（名义）接触面积无关，粘弹性材料的摩擦力与接触面积有关。（3）粘弹性材料的静摩擦系数不大于动摩擦系数。（4）精确测量表明，摩擦力与滑动速度有关。一般，速度对金属的摩擦力的影响不像对粘弹性显著的弹性体的摩擦力那样明显。一般认为，f=F/Nk，k=2/3～1。1.摩擦一般特征：一般压力与速度下对确定的摩擦副和环境气氛，摩擦力大体与载荷成比例，可以认为摩擦系数为常数。初步近似，摩擦力与物体面积

5、无关。滑动摩擦2.滑动摩擦理论：1.机械啮合学说摩擦是由表面粗糙不平的凸起之间的机械啮合作用的结果，解释了表面越粗糙，摩擦系数越大的现象，但无法解释经过精密研磨的洁净表面的摩擦系数反而增大的现象。该学说的摩擦系数:f=Σfi/ΣNi=F/N=tanθθ是接触微凸体的倾斜角。2.分子吸引理论当两表面的材料分子接近时，分子之间的吸引作用是产生摩擦阻力的假说，利用分子力与分子之间距离的关系导出了摩擦系数与接触面积成正比：F=f(N+pAr)p为分子引力，Ar为真实接触面积3.分子—机械理论克拉盖尔斯基19

6、39年提出分子-机械摩擦理论，认为摩擦阻力是由机械变形抗力和分子引力的综合，并非常量，用摩擦二项式定律表示：f=αAr/N+β如果α=τb，则分子分量与下述的粘着是一致的。金属的，塑料的β=0.06～0.12β=0.017～0.06。4.粘着理论（1）概念：在外载荷的作用下，两表面的微凸体之间的接触压力很大，造成接触点的粘着(冷焊)。当相对滑动时，粘着点被剪断。如果两表面的硬度不同，硬的微凸体还会在软表面上产生犁沟。剪切力与犁沟作用的总和就构成了摩擦阻力:F=Wτb/σsμ=F/W=τb/σsτb、

7、σs分别是较软材料的剪切强度极限（或界面剪切强度）和屈服极限。(2)粘着理论基本要点：摩擦表面处于塑性接触状态:实际接触面只占名义面积很小部分，接触点处应力达到受压屈服极限产生塑性变形后，接触点的应力不再改变，只能靠扩大接触面积承受继续增加的载荷。滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程:接触点处于塑性流动状态，在摩擦中产生瞬时高温，使金属产生粘着，粘着结点有很强的粘着力，随后在摩擦力作用下，粘结点被剪切产生滑动。摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和:粘着结点的剪切常发生在软材料内部，造成磨损中材

8、料的迁移现象。****两点说明:(1)上式表明，摩擦力与载荷成正比，与名义接触面积无关，摩擦系数决定于较软材料的力学性质.(2)实验证明，接触点上的变形阻力和分子间作用力相比很小，可以忽略不计。τb是黏结点上分子键的剪切强度极限，σs是材料的受压屈服极限。（3）修正粘着理论：结点增大效应：简单粘着理论中分析实际接触面积时,只考虑受压屈服极限，而计算摩擦力时又只考虑剪切强度极限，对静摩擦是合理的。对于滑动摩擦状态，由于存在切向力，实际接触面积和接触点的变形条件都取决于法