文档介绍：第二章
摩擦及摩擦理论
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。
一、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:物体沿另一物体表面滑动时产生的摩擦。物体受到的滑动摩擦力的方向和它的运动方向相反。如活塞在汽缸中的往复运动
滚动摩擦:物体在力矩作用下在另一物体上滚动时产生的摩擦。它比滑动摩擦要小得多,在一般情况下,滚动摩擦只有滑动摩擦阻力的1/40到1/60。如:汽车轮胎在地面滚动
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,发生在流体内部分子之间。此时,不存在表面微凸体的直接接触和咬合。
混合摩擦:半干摩擦(同时存在干摩擦和边界摩擦)和半流体摩擦(同时存在流体摩擦和边界摩擦)的统称。
二、摩擦的基本特性
1. 古典摩擦定律(称为阿蒙顿-库仑定律):
定律一:摩擦力和载荷成正比,即 F= µ W 。第一定律基本是正确的。但不适用软(如橡胶)的材料,材料表面有一层预制或与环境反应形成的薄膜,以及重载荷下实际接触面积接近名义接触面积等情况。
定律二: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或者表面非常光滑洁净的表面,因为它们的实际接触面积接近名义接触面积,摩擦系数随着名义接触面积而变化。如:汽车轮胎加宽,与路面的摩擦系数增大。
定律三:静摩擦系数大于动摩擦系数。不适于粘弹性材料,尽管粘弹性材料究竟是否具有静摩擦系数还没定论。
定律四:摩擦系数与滑动速度无关。严格的说第四定律不适用于任何材料,虽然对于金属材料基本符合,而对粘弹性显著的弹性材料,摩擦系数则明显与滑动速度有关。
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,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),其摩擦系数才与(名义)接触面积无关,粘弹性材料的摩擦系数与接触面积有关。
(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,摩擦系数与滑动速度有关。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,
µ=F/W k, k=2/3~1。
特别注意:在古典摩擦定律中,摩擦系数µ是一个常数。但是大量的试验指出,很难确定某种摩擦副固定的摩擦系数,仅在一定的环境(湿度温度等)和工况(速度和载荷等)下,对于一定的材质的摩擦副来说,µ才有可能是一个常数。如在正常的大气环境下,硬质钢摩擦副表面的µ,但在真空下,其µ。
**因此,通过摩擦试验测得试样的摩擦系数时,必须注明试验条件,否则所得的试验数据没有意义。
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, 因而人们提出了各种不同的摩擦理论来解释摩擦现象。 1. 机械互锁(啮合)理论 摩擦起源于表面粗糙度,摩擦是由表面粗糙不平的凸起间的相互啮合、碰撞以及弹塑性变形作用的结果。
摩擦系数: µ=ΣF/ΣW=tanθ
µ是摩擦系数,ΣF是摩擦力,ΣW
是载荷,θ是接触微凸体的倾斜角。
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。说明机械互锁作用并非产生摩擦力的唯一因素。
二、宏观摩擦理论
机械啮合模型
2. 分子吸引理论
英国物理学家德萨谷利埃()第一次提出了,产生摩擦力的真正原因不在于表面的凹凸高低,而在于两物体摩擦表面间分子引力场的相互作用所致,而且表面越光滑摩擦力越大,因为表面越光滑,摩擦面彼此越接近,表面分子作用力越大。
苏联的捷里亚金利用分子理论导出了摩擦系数与接触面积成正比: F=µ (W+pAr)       
F-摩擦力,µ-摩擦系数,W-法向载荷,p-单位实际接触面积上的分子力,Ar-真实接触面积。
根据分子作用理论应得出这样的结论, 即表面越粗糙,实际接触面积越小, 因而摩擦系数应越小。显然, 这种分析除重载荷条件外是不符合实际情况的。