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1、摩 擦,摩 擦,所谓摩擦，就是在外力作用下，一个物体相对另一个物体运动时或将要运动时沿着两个物体的接触表面作用的阻力。摩擦是日常生活和科学技术领域的任何地方都存在的一种平凡的现象，又是现代许多技术部门经常遇到的最普遍最重要的问题之一、近几年来世界各国的工业技术发展迅速，迫切要求解决有关的摩擦问题，又促使人们对摩擦进行更加深入的研究。 尽管过去的研究已经提供了许多有用的概念，但直至现在并没有广泛承认的预测摩擦的理论其主要问题是摩擦与在界面上发生的许多复杂过程有关。这里仅就机械设备运行中的摩擦现象、摩擦的分类和有关的摩擦定律简述如下。,摩 擦,什么是摩擦？摩擦是一种自然现象。 两个物体表面在外力作
2、用下发生相互接触并作相对运动(或运动趋势)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。,摩擦是一个能量的转换过程。摩擦过程是一个物体施载于另一个物体的相对运动过程。在摩擦过程中，受力的物体必然发生变形，并行过程中就要消耗能量，消耗的能量便转化为热能，这就是摩擦生热。而摩擦产生的热量又使摩擦表面温度急剧升高(据资料介绍，90以上的摩擦功转变为热。力和热的共同作田，不但将使摩擦表面发生一系列变化。而且还会产生化学反应，同时是表面的物质转化成其他物质。这些变化主要是； (1)表面几何形状的变件 (2)表层晶体缺陷及组织结构的变化 (3)表面膜的变化,摩 擦,内摩擦-是指同一物体内
3、部各部分之间发生的摩擦。外摩擦-是指两个相互接触的物体表面发生的摩擦静摩擦-当物体在外力作用下对另一物体产生微观弹性位移，但尚未 发生相对运动时的摩擦称为静摩擦。动摩擦-当物体在外力作用下沿另一物体表面相对运动时的摩擦称 为动摩擦。滑动摩擦是指两接触物体作相对滑动时的摩擦滚动摩擦是指一个物体在另一个物体的表面上滚动时产生的摩擦干摩擦-是指在摩擦表面没有任何润滑剂的摩擦液体摩擦是指液体内部发生摩擦混合摩擦是指两种或两种以上的摩擦形式发生于一个摩擦副内的摩擦边界摩擦是指介于干摩擦和液体摩擦间的摩擦点摩擦-是指摩擦副的接触是一个点线摩擦-是指摩擦副的接触是一条线面摩擦-是指摩擦副的接触是一个面,摩擦
4、的类型,机械设备在运动中存在的摩擦主要有以下几种：,滑动摩擦点摩擦-滚动轴承、钢丝绳、齿轮传动线摩擦-钢丝绳、滑轨、齿轮传动面摩擦-滑动轴承、蜗轮蜗杆、滑轨滚动摩擦纯滚动摩擦-滚动轴承滚压摩擦-齿轮传动,滑动摩擦,什么是滑动摩擦？一个物体在另一个物体的表面上作相对位移运动时所产生的磨擦叫滑动摩擦。,滑动摩擦机理,物体表面虽然经过加工，但还是凹凸不平的，即使进行过精加工（如研磨），表面凹凸相关仍有104 mm的数量级。表面上独立的凸出单体，即使固体表面很干净，事实上也是由各种物质的薄膜覆盖着的（最外面是普通脏污的膜，里面是吸附分子膜，再里面是金属氧化膜，最里面是加工变质膜）。,以金属对金属无润滑
5、表面间的相对滑动为例。由于表面的凹凸不平，两个面接触时，就像把两大山脉倒扣在一起一样，实际的接触为点接触，这也是一般情况下摩擦力与表观接触面积无关的原因，当加载荷时，两面之间产生正压力，由于实际接触面积极小，接触点处的压强大大超过材料的屈服极限，因而在接触点处了生塑性流动，使实际接触面积迅速增大，直到能够支承所加载荷为止。在这些微凸体接触处发生塑性流动，实际上使两面在这些局部区域发生了焊合。当施加一切向力时，只有这些焊合点被剪切断裂，表面间才会发生相对滑动，所以这时的摩擦力是界面处的剪切力，它等于焊合点处的平均剪切强度与实际接触面积的乘积。这个摩擦力是界面处产生摩擦力的黏附分量。值得注意的是，
6、由于焊合点处的剪切强度有时大于两种金属中较软金属的剪切强度，所以剪切断裂有可能发生在较软金属内部，而不是在焊合界面处。,滑动摩擦机理,从微观来看，将两种干净的金属表面压合时，一个表面上的原子趋近于另一个表面上的原子，直至如同金属体内的原子那样接近为止。正是这种原子间、分子间的引力形成接触表面处的黏合、附着现象。因而要使两表面发生相对滑动，就必须克服这些分子原子引力做功，从而消耗能量。 摩擦力不仅有黏附分量，还有变形分量。两种金属接触，表面发生相对滑动时，较硬金属的微凸体就在较软金属的表面上犁出一道沟槽，在切出的沟槽前材料还被压皱和积聚，这种现象叫犁削。它使表面变形，因而也要消耗能量。由此而产生
7、的摩擦力叫变形分量，通常它较黏附分量小。这就是目前大家接受的摩擦机理，从宏观上来说是焊合、剪切犁削理论，从微观说是分子引力理论。,滑动摩擦机理,滑动摩擦,按摩擦状态，即表面接触情况和油膜厚度，可以将滑动摩擦分为四大类，干摩擦、边界摩擦（润滑）、液体摩擦（润滑）和混合摩擦（润滑），如图所示。,干摩擦最不利,边界摩擦最低要求,流体摩擦,混合摩擦,干摩擦,两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯净金属接触时的摩擦，称为干摩擦。在工程实际中没有真正的干摩擦，因为暴露在大气中的任何零件的表面，不仅会因氧气而形成氧化膜，且或多或少也会被润滑油所湿润或受到“污染”，这时，其摩擦系数将显著降低。在机械设计中，通常
8、把不出现显著润滑的摩擦，当作干摩擦处理。,边界摩擦,两摩擦表面各附有一层极薄的边界膜，两表面仍是凸峰接触的摩擦状态称为边界摩擦。与干摩擦相比，摩擦状态有很大改善，其摩擦和磨损程度取决于边界膜的性质、材料表面机械性能和表面形貌。,液体摩擦,两摩擦表面完全被液体层隔开、表面凸峰不直接接触的摩擦。此种润滑状态亦称液体润滑，摩擦是在液体内部的分子之间进行，故摩擦系数极小。这时的摩擦规律已有了根本的变化，与干摩擦完全不同。,混合摩擦,这是指在摩擦表面上同时存在着流体摩擦边界摩擦和干摩擦的混合状态下的摩擦；混合摩擦一般以半干摩擦或半流体摩擦的形式出现。所渭半干摩擦是指在摩擦表面上同时存在在干摩擦和边界摩擦
9、的状况所谓半流体摩擦则是指在摩擦表面上同时存在着边界摩擦和流体摩擦的状态。,滑动摩擦特性曲线,根据前述，液体摩擦润滑状态是最理想的润滑状态,干摩擦是应该避免的,边界摩擦和混合摩擦最常见，亦称边界润滑和混合润滑状态,有时也叫半液体润滑状态。试验证明，这三种实际存在的摩擦润滑状态是随某些参数的改变而相互转化的。它们的摩擦系数 f 与流体粘度、相对滑动速度v、单位面积上的载荷 p 之间的关系如图所示。,滑动摩擦系数,摩擦系数是各种材料的基本性质之一。当两个相互接触的物体之间有相对运动或相对运动趋势时，其接触表面上产生的阻碍相对运动的机械作用力就是摩擦力。某种材料的摩擦性能可以通过材料的动静摩擦系数来
10、表征。静摩擦力是两接触表面在相对移动开始时的最大阻力，其与法向力之比就是静摩擦系数；动摩擦力是两接触表面以一定速度相对移动时的阻力，其与法向力之比就是动摩擦系数。摩擦系数是针对一组摩擦副来讲的，单纯说某种材料的摩擦系数是没有意义的，同时必须指明组成摩擦副的材料的种类，并说明测试条件（环境温湿度、载荷、速度等）以及滑动材料。,滚动摩擦,什么是滚动摩擦？滚动摩擦是指一个物体在另一个物体的表面上作滚动运动时产生的摩擦。,滚动摩擦产生的条件是物体与平面接触的部分必须发生形变平面形变的特点是在滚动物体的前方形成了凸起正是因为形变的这种特点，使得滚动体受到的支持力的作用点前移（不在中心的正下方），并且方向
11、不是竖直向上的这样，支持力的水平分力（及静摩擦力或滑动摩擦力）阻碍平动；支持力的竖直分力对转轴的力矩阻碍转动，即滚动摩擦力矩,滚动摩擦,滚动摩擦,滚动摩擦机理,微观滑移效应a.雷诺(Reynolds)滑移：弹性常数不同的两个物体发生赫芝接触并自由滚动，虽然作用在每一个物体界面上的压力相同，但一般在两表面上引起切向位移不同，从而导致界面的滑移过程。b.Carter-Poritsky-Foppl滑移：由于在滚动方向上的切向力的影响，与静态问题中粘附区位于中心处的情况不同，滚动时的滑移首先发生于接触面积的前沿。 c.Heathcote滑移：接触区横向效应，球形滚动体在导槽内滚动接触时，尽管在横向方向
12、上滚动体的外形可能与它们滚动的滚道密切一致，但由于表面上各点距回转轴线的距离明显不同，于是引起切向牵引力并发生微观滑移效应。,弹性滞后效应：接触时的弹性变形要消耗能量，脱离接触时要释放出弹性变形能。但由于弹性滞后和松弛效应的缘故，释放的能量比吸收的能量要小，两者之差就是滚动摩擦损失。粘弹性材料的弹性滞后大，摩擦损失也比金属大。塑性变形效应：金属物体滚动接触时，若接触压力超过一定数值，将首先再表面层下的一定深度上产生材料的塑性变形。塑性变形消耗的能量构成了滚动摩擦损失。在反复循环的滚动摩擦接触时，由于硬化等因素，会产生相当复杂的塑性变形过程。,滚动摩擦机理,黏着效应：与滑动粘着不同，在滚动接触条
13、件下表面粘着力作用在滚动物体之间的界面法向，不发生粘着点剪切等现象，粘着力主要属于范德华力类型，象强金属键这类短程力只作用在微观滑移区内的微观触点上。如果形成了粘着结合，在滚动接触区的后缘粘着结合受拉伸而分离，而不像滑动接触时那样受剪切而分离。因此，滚动摩擦的粘着分量只占摩擦阻力的一小部分。,滚动摩擦机理,滚动摩擦特性曲线,机械设备摩擦,机械设备的磨擦通常是指滑动摩擦和滚动摩擦，这两种摩擦是机械设备最常见的也是最基本的摩擦。滑动摩擦：主要是滑动轴承、滑移导轨、气缸与活塞等。滚动摩擦：滚动轴承、齿轮等,滑动摩擦与滚动摩擦相比较：,滑动摩擦可以承受较大的负荷滑动摩擦接触面积较大滑动摩擦阻力较大，摩擦系数大,
