工程摩擦学基础-

接触点塑性变形，面积增大，支撑外载荷
Ⅱ。滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的粘 滑过程。
开始时在接触区域内产生粘着，在切向 力作用下相对滑动，粘着点被剪断，整个 滑动摩擦是粘着点的形成和剪切交替进行 的粘滑过程。
Ⅲ。摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力 的总和。
F = A r ·?b ＋ Ac ·Pc
实际接触面积
对于很光洁的硬表面，由于接触表面间分子引力起作用，摩擦力 也将随接触面积增大而增大 。
对于极硬材料如钻石或很软材料如 聚四氟乙烯（PTFE）等，当压力很大 时，摩擦力并不与法向载荷成正比， 而是：
F＝cNx 式中 : c —常数； x—指数 ,其值约为
2/3～1。
3. 滑动速度问题
实践表明，多数材料随着滑动速度 增加，摩擦系数降低，且两者关系随 所受载荷大小而异。
德萨古利尔：《实验物理学教程》（ 1734）
尤因 （1892）、汤姆林森（ 1929)、普兰德尔、 哈迪（ 1936 ）等提出：
摩擦过程中接触表面间的分子相互作用力，是产 生摩擦的一个重要原因。
摩擦过程中接触分子分离，又形成新的接触分 子，接触分子转换所引起的能量损失等于摩擦力所 作的功。
F ＝μ（N+ArPm）
复合摩擦：同时存在滑动和滚动摩擦。
▲按摩擦副的润滑状态分类
干摩擦： 名义上无润滑剂时的摩擦
流体摩擦： 两摩擦表面被一层 连续的流体润滑剂 薄膜完全隔开 时的摩擦
边界摩擦： 两摩擦表面间的 流体润滑剂膜不连续 ， 但表面被 极薄的润滑膜 隔开
混合摩擦： 同时存在流体摩擦、边界摩擦和干摩 擦的混合状态下的摩擦，细分为半干摩擦和半流体 摩擦。
? 学时分配： 4学时 ? 教学手段：讲授、提问
§3－1 摩擦的概念与分类
一、概 述 ★定义：两相互接触的物体在外力作用下发 生相对运动或具有相对运动趋势时，在接触 面间产生切向的运动阻力叫做摩擦力，这种 现象即为摩擦。
N P
F 图3－1 磨擦力
机械运动中，发生相对运动的零部件统称为摩 擦副，如轴与轴承、齿轮啮合、蜗轮与蜗杆、凸轮 与挺杆、皮带与皮带轮等。
从上式可以了解到，如果在金 属表面上涂覆一层软金属薄膜，使 剪切强度降低，就可以显著降低摩 擦系数。
第三章 摩 擦 FRICTION
教学目的及要求
? 介绍摩擦的概念、分类及测量方法 ? 介绍古典摩擦定律及其局限性 ? 熟悉常用的摩擦理论的要点及其适用范围 ? 掌握影响摩擦的各因素及其发挥作用的内 在实质
教学重点、难点 ? 各种摩擦理论的要点及其应用范围 ? 影响摩擦的各因素及其发挥作用的内在实质
犁沟面积
粘着点剪切强度
单位面积犁沟力
通常，粘着效应是产生摩擦力的主要原因， 尤其对硬材料而言，犁沟效应可忽略，根据 上式有：
F = A r ·? b = (N/ σs ) ·? b
故摩擦系数f为： 软材料剪切强度
f = F/N = ? b/ σs = 软材料屈服极限
此式得出的摩擦系数通常比实际情况小，与实际不相符，在空 气中的摩擦系数很大，真空中更大。
力的作用而使两表面发生粘合的现象。
基本要点：
Ⅰ. 摩擦表面处于塑性接触状态。
因实际接触面积很小，施加法向载荷时， 微凸体顶端接触，先弹性变形，接触应力达 到接触点的屈服极限σs时产生塑性变形,使接 触面积增大，直至能承受载荷为止，则
N = A r· σs 或 A r = N/ σs
粘着区域
N
Ar
★摩擦的危害：
●消耗大量能量。克服摩擦力，降低机械效率
●摩擦副磨损。
●产生热量。摩擦热使机械温度升高，降低机械强度、
热变形、热疲劳、热磨损等
说明：摩擦的有益作用是毋庸置疑的。摩擦生热、 钻木取火、人走路、车行驶、离合器、制动器、皮带 传动、 ………
二。摩擦的类型
▲按摩擦发生的部位分类：
外摩擦： 两相互接触的物体表面之间发生的 摩擦
? Fi ? F ? tg? μ= ? Ni N
（3-2）
式中 F—摩擦力； N—法向载荷。
说明：表面愈粗糙，μ愈大；提高表面粗 糙度等级，可以降低μ等现象。
Question:
根据“机械互锁学说”，表面越光滑，摩擦力越小。
Yes or No ?
回答是“No”， 这是“机械互 锁学说”的不足。
二、分子作用理论（或分子吸引理论 ）：
二、古典摩擦定律的局限性
? 1. 摩擦系数μ的问题
试验表明：硬钢表面对硬钢表面在正常大气条件下，μ约为 0.6，但 在真空中可高达 2；石墨在正常大气条件下摩擦系数μ为 0.1，但在很 干燥的空气中可大于0.5。
摩擦系数是 材料与各种条件 的综合特征，而 不 是材料本身的固有特征。 2. 接触面积与正压力问题
(3-3)
式中 Pm—单位实际接触面积上的分子力；
Ar 学所不能解 释的问题。
不足：但根据这一学说，当载荷不大，表面愈粗 糙，实际接触面积愈小时，摩擦力应该越小， 这与实际情况不相符合。
三、摩擦的粘着和犁沟理论
1.简单的粘着理论
什么叫粘着？ 在外加压力作用下，由于表面吸引
§3－3 各种摩擦理论概述
目的： 了解摩擦产生的原因，以便控制摩擦。
一、机械互锁学说(凹凸说) 摩擦是表面粗糙不平的机械互锁作用引起
的。即当两表面相对滑动时，由于粗糙不平 的表面在不平处相互嵌入，因而产生阻抗物 体运动的阻力。
W
V
θ Ni
Fi θ
若两表面由许多斜角为Θ的微凸体所组成，则摩擦力就是爬 过各微凸体需所力Fi之和。因此摩擦系数μ应为:
§3－2 古典的摩擦定律
达·芬奇 → 阿蒙顿 → 库伦
第一定律： 摩擦力的方向与接触表面相对运动速度的方 向相反，其大小与接触物体间的法向压力成正比，即
F＝μN
式中：F—摩擦力；μ—摩擦系数；N—法向载荷。
第二定律 ：摩擦力大小与相接触物体间的名义接触面积 无关。 第三定律 ：摩擦力的大小取决于材料性质，与滑动速度 无关。
内摩擦： 同一物体内部各个部分之间发生的 摩擦，一般发生在液体或气体。
▲按摩擦副的运动状态分类：
静摩擦： 外力作用，但未发生相对运动。 动摩擦： 外力作用下发生相对运动
▲按摩擦副的运动形式分类：
滑动摩擦：两接触物体相对滑动时的摩擦。
滚动摩擦：物体在力矩作用下沿接触表面滚 动时的摩擦。
转动摩擦：物体在力矩作用下沿接触表面转 动时的摩擦。