固体摩擦与控制(摩擦学原理)
摩擦学原理知识点总结
摩擦学原理知识点总结摩擦学是研究物体之间相对运动时所产生的摩擦现象和规律的科学。
摩擦学原理包括摩擦的定义、摩擦力的产生原因，摩擦力的类型、摩擦力的计算方法等内容。
通过了解摩擦学原理，可以更好地理解摩擦力的作用和影响，从而在工程、物理学和机械设计等领域得到应用。
一、摩擦的定义摩擦，是指两个物体相对运动时，在它们接触表面上由于微观不平整而发生的阻力，这种阻力叫做摩擦力。
摩擦力是一种非常微小的力，通常在我们的日常生活中会忽略它的存在。
摩擦力的大小取决于物体表面的光滑程度、压力大小以及接触面积等因素。
二、摩擦力的产生原因摩擦力的产生是由于物体表面的不规则微观结构，当两个物体表面接触时，这些微不足道的不规则结构会相互干涩地牵引、压迫、撞击对方而产生的一种相对运动阻力。
三、摩擦力的类型1、静摩擦力当两个物体相对运动时，接触面会产生一个阻碍相对滑动的摩擦力，这就是静摩擦力。
静摩擦力的大小与物体之间的正压力成正比，即F_s = μ_sN，其中F_s为静摩擦力大小，μ_s为静摩擦系数，N为正压力的大小。
静摩擦力通常比动摩擦力大，当施加在物体上的力小于静摩擦力时，物体不会发生相对滑动。
一旦施加的力达到或超过了静摩擦力，物体就会开始发生相对滑动。
2、动摩擦力当物体产生相对滑动时，接触面会产生一个与相对滑动方向相反的摩擦力，即动摩擦力。
动摩擦力的大小与静摩擦力相关，通常小于静摩擦力，通常F_k = μ_kN。
其中F_k为动摩擦力大小，μ_k为动摩擦系数，N为正压力的大小。
动摩擦力通常比静摩擦力小，所以一旦物体开始运动，需要施加的力就变小了。
四、摩擦力的计算方法1、静摩擦力的计算静摩擦力的大小与物体间的正压力成正比，即F_s = μ_sN。
其中F_s为静摩擦力大小，μ_s为静摩擦系数，N为正压力的大小。
静摩擦系数是一个无量纲的常数，它取决于物体表面的光滑程度。
静摩擦系数的大小可以通过实验测定或者查找资料获得。
2、动摩擦力的计算动摩擦力的大小与正压力成正比，即F_k = μ_kN。
摩擦原理课件固体摩擦详细
摩擦材料：包括金属、塑 料、橡胶等不同材质的摩 擦材料
测量仪器：包括力传感器、 位移传感器等用于测量摩 擦力的仪器
控制设备：包括计算机、 控制器等用于控制实验过 程的设备
辅助材料：包括润滑油、 清洁剂等用于维护实验设 备的材料
实验方法与步骤
准备实验材 料：固体材 料、摩擦力实 验条件、实
04
固体摩擦的应用
机械工程中的摩擦应用
机械传动：利用摩擦力实现动 力传递和速度控制
制动系统：利用摩擦力实现车 辆的减速和停车
密封系统：利用摩擦力实现密 封效果防止泄漏
润滑系统：利用摩擦力实现润 滑效果减少磨损和能耗
交通工具中的摩擦应用
轮胎与地面的 摩擦：提供车 辆行驶的驱动
力
刹车系统中的 摩擦：通过摩 擦力使车辆减
验步骤等
进行实验操 作：按照实 验方案进行 实验操作记 录实验数据
分析实验结 果：对实验 数据进行分 析得出结论
撰写实验报 告：详细记 录实验过程、 实验结果、 实验结论等
实验总结： 总结实验经 验提出改进 建议为后续 研究提供参
考
实验结果与分析
实验目的：验证固体摩擦原理 实验方法：采用摩擦力测量仪进行测量 实验结果：摩擦力与接触压力、滑动速度、接触面积等因素有关 分析：摩擦力与接触压力成正比与滑动速度成反比与接触面积成正比 结论：固体摩擦原理在实验中得到验证为工程应用提供了理论依据
松开
橡皮擦：橡皮擦与纸张 的摩擦力使笔迹擦除
汽车轮胎：轮胎与地面 的摩擦力提供汽车前进
的动力
门锁：锁舌与锁孔的摩 擦力使门锁紧
笔尖：笔尖与纸张的摩 擦力使笔迹清晰
拉链：拉链与衣物的摩 擦力使拉链拉合
自行车链条：链条与齿 轮的摩擦力使自行车前
摩擦学原理(第4章磨损理论)
1．机械类 由摩擦过程中表面的机械作用产生的磨损，包括磨粒磨损、表面塑性 变形、脆性剥落等，其中磨粒磨损是最普遍的机械磨损形式。 2．分子-机械类 由于分子力作用形成表面粘着结点，再经机械作用使粘着结点剪切所 产生的磨损，这类磨损的主要形式就是粘着磨损。 3．腐蚀-机械类 这类磨损是由介质的化学作用或电化学作用引起表面腐蚀，而摩擦中 的机械作用加速腐蚀过程，它包括氧化磨损和化学腐蚀磨损。
为了设计具有足够抗磨能力的机械零件和估算其磨损寿命，还必须 建立适合于工程应用的磨损计算方法。近年来通过对磨损状态和磨 屑分析以及对磨损过程的深入研究，提出了一些磨损理论，它们是 磨损计算的基础。磨损计算方法的建立必须考虑磨损现象的特征。 而这些特征与通常的强度破坏很不相同。
第四章 磨损机理
表4.1磨损类型
分类 磨损机理 1．粗糙峰变形或去除 2．犁沟导致的磨损 3．剥层磨损 主要由材料的机械行为引起的磨损 4．粘着磨损 5．磨料磨损 6．微动磨损 7．固体颗粒冲击引起的磨损 1．腐蚀磨损 2．氧化磨损 主要由材料的化学行为引起的磨损 3．扩散磨损 4．表面层溶解引起的磨损 5、高温下的粘着磨损 磨损常数K（范围） 10-4 10-4 10-4 10-4 10-2~10-1 10-6~10-4
第二篇 磨损理论
各种磨损形式有着不同的作用机理：
磨粒磨损主要是犁沟和微观切削作用； 粘着磨损过程与表面间分子作用力和摩擦热密切相关； 接触疲劳磨损是在循环应力作用下表面疲劳裂纹萌生和扩 展的结果； 而氧化和腐蚀磨损则由环境介质的化学作用产生。 接触面的塑性变形常常引起磨损，也就是说变形导致磨损， 化学作用也常能引起磨损。此外，有很多种磨损机理必 须利用机械学、热力学等学科的理论来分析。
我的摩擦学导论第五章
常见的两种摩擦类型：
★干摩擦
干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属
接触时的摩擦。又称库伦摩擦
★流体摩擦
工程实际中并不存在干摩擦。通常是将未经人为润 滑的摩擦状态当作干摩擦处理。干摩擦时摩擦阻力 很大，磨损严重，应避免。
是指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体 内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数 最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。
引言
如果两个固体放到一块 即产生切向力（F）。使 它们由静止而相对运动 所需施加的切向力的大 小 称 为 静 摩 擦 力 （Fstatic或Fs ）。在进 入相对运动状态前需有 几微秒的时间来克服静 摩擦力。而维持相对运 动的切向力称为动摩擦 力 （ Fkinetic或 Fk ） 。 (在一定条件下)静摩擦力 大于或等于动摩擦力， 如图5.1.2。
图5.2.9 橡胶在硬表面 间上产生粘着的机理
第5章 摩擦
粘摩擦机理
粘合摩擦系数就可以用下式来表示： (5.2.15) 其中:
a
(
Ar
2 W
) a tan
tan —阻尼系数。
假设一个光滑的半球形橡胶在一个干净的光滑的玻璃表面滑动，它们之间 就会发生间断地分离，这样就有高速地从头到尾的滑动。粘合似乎在贯穿 于这种波动中，这就使得橡胶表面会有折痕，也有可能会由切向的压力而 发生扣死。切线应力梯度是发生间断分离的驱动力。橡胶在玻璃上的运动 不是交叉面间的滑动而类似于通过地毯后留下的一段皱褶或者说是像毛毛 虫的移动。
第5章 摩擦
粘摩擦机理
塑性变形的粘合摩擦：
大部分的固体材料的剪切强度是由接触状况决定的。对 于塑料和一些非金属材料，有
(5.2.14a)
摩擦学的基本原理及其应用
摩擦学的基本原理及其应用摩擦是我们日常生活中经常遇到的现象。
车辆行驶时的轮胎与路面摩擦，人行走时的脚与地面摩擦，任何实体在相互接触时都会产生摩擦。
而摩擦学正是研究物体在相互接触时产生的力的学科，其基本原理和应用非常重要。
一、摩擦的基本原理1. 摩擦力的定义摩擦力是指阻碍物体相对运动的力。
在物体相互接触时，由于表面间的不规则性，阻碍物体相对运动的力就会产生。
摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力两种，它们通常都是与物体间接触的表面粗糙程度和材料特性等因素有关。
2. 摩擦力与接触面积的关系摩擦力与物体间接触面积成正比例关系。
接触面积越大，摩擦力越大；反之，接触面积越小，摩擦力越小。
这是因为物体直接接触的表面积越大，表面之间的微小凹凸就越大，摩擦力就越大。
3. 摩擦力与物体间压力的关系摩擦力与物体间压力成正比例关系。
即当物体间的压力增大时，摩擦力也随之增大，反之亦然。
这是因为物体间的压力越大，表面间的不规则性就越小，微小凹凸就进一步压缩，摩擦力就会增大。
二、摩擦学的应用1. 制动系统摩擦制动是利用静摩擦力使车轮停止转动的一种制动方式。
汽车、自行车等的制动系统都是靠摩擦制动来实现的。
在制动过程中，制动器上的刹车片与转动的车轮表面接触，产生静摩擦力使转轮停止转动。
而刹车片与车轮的表面摩擦系数大与小的不同，就会影响到制动效能和制动距离的长度。
2. 螺纹连接螺纹连接是常用的一种紧固连接方式，它通常用于连接杆件、面板、封板等部件。
在螺纹连接时，利用螺纹外螺距不等的原理，使螺栓和螺母之间相互旋转，从而将拼接的两个构件紧密地连接在一起。
在设计时，需要根据要求计算螺栓和螺母的摩擦力，以保证连接牢固。
3. 轴承轴承是一种广泛应用于机器设备中的组件，主要用于支撑机器转动部件，并在其旋转过程中承受轴向和径向的载荷。
它的基本原理就是利用滚动体或滑动体之间的摩擦来实现支承转动。
因此，轴承性能的好坏与其摩擦力有着密不可分的关系。
4. 润滑油润滑油作为目前普遍使用的润滑材料，被广泛应用于各种机械设备中，其作用是减小机械件表面的摩擦，以达到降低能耗、延长机器使用寿命的效果。
第3章摩擦原理
摩擦力大小与相接触物体间的表面名义接触面积无关。
犁沟效应22rA v π=H A rh=SS v rA W σπσ)2(2==H S SF A rh σσ==θππσπσμctg r h r rh W F S S p 2222====∴若考虑粘着效应和犁沟效应S r B v A A F στ+=θπστσσστμctg A A A A W FS B S v S r S v B v 2+=+==①对大多数金属加工表面角很大，第二项数值很小可以忽略②磨粒磨损中，角很小，不能省去第二项θθ机械互锁模型粘着模型自由滚动受制滚动槽内滚动由于材料的弹性模量不同由于滚动接触表面有切向由于几何形状使接触各点接触消失时，大部分变形能得到释放，由于产生的能量差为滚动摩擦的损耗其大小与材料的阻尼和松弛性能有关低速滚动时的弹性滞后损失小高速滚动时的弹性滞后相对较大随载荷增大，塑性变形逐渐扩展到表使材料发生塑性变形需要消耗能量滚动体前方的塑性变形是滚动摩擦十Tabor与滑动摩擦的表面分离过程完全不同滚动接触的接近与分离在垂直方向分离过程要克服粘附力拉伸作用粘附力属于范德华力粘附力很小，只占摩擦阻力很小一部分滚动摩擦是由多种机理组合的复杂过程概括为四种机理：微观滑移、弹性滞后、塑性变四种机理产生的摩擦阻力可以相互叠加滚动接触应力不大时主要以弹性滞后为主接触应力比较大时主要以塑性变形为主对于滚动过程的摩擦阻力如何定量计算？圆柱在平面上的滚动材料的受压弹性变形为：引入滞后系数，则功耗为：摩擦阻力:滚动阻力系数: （由实验得出）2221W x p aa π=−4WR a E π=′23e Mx Wa x E M R Rθπ===×α23e e Wa x E Fx E R αααπ⇒==•23Wa F Rαπ∴=1/2224()33F a WR f R R E ααωπππ===′α。
机械传动系统的摩擦学分析与控制
机械传动系统的摩擦学分析与控制摩擦是机械传动系统中一个不可忽视的现象，它会对系统的性能、效率和寿命产生重要影响。
摩擦学分析与控制是提高机械传动系统性能的关键技术之一。
本文将对机械传动系统的摩擦学进行深入分析，并探讨如何通过控制摩擦来提高系统的性能。
一、摩擦的基本概念和分类摩擦是两个表面相对运动时发生的相互阻碍运动的力，它是由于表面间的不规则形状和表面之间的化学相互作用引起的。
摩擦的大小受到物体之间的压力、表面粗糙度、接触面积以及润滑条件的影响。
根据摩擦力的性质，摩擦可以分为两类：干摩擦和润滑摩擦。
干摩擦是指两个表面之间没有液体或固体润滑层存在的摩擦现象。
润滑摩擦是指在两个表面之间存在润滑剂，润滑剂可以减小摩擦力和磨损。
二、摩擦力的计算和评估准确计算摩擦力对于机械传动系统设计和分析至关重要。
常见的摩擦力计算方法有两种：经验公式法和理论计算法。
经验公式法是根据实验数据建立的经验公式来估计摩擦力。
这种方法简单易用，但精度有限。
理论计算法是根据摩擦学理论和力学原理进行计算。
这种方法需要更多的输入数据和计算步骤，但精度较高。
评估摩擦力的重要指标包括摩擦系数和摩擦功。
摩擦系数是指单位载荷下的摩擦力与垂直载荷之比，是描述摩擦性能的指标。
摩擦功是指在传动过程中摩擦力所做的功，它直接影响传动效率和能量损失。
三、摩擦学分析方法针对不同的摩擦问题，可以采用不同的分析方法来研究和解决。
常见的摩擦学分析方法包括实验方法、数值模拟方法和理论分析方法。
实验方法是通过实验手段来测量和评估摩擦性能。
这种方法具有直观性和可操作性，但成本较高和时间较长。
数值模拟方法是通过建立数学模型和运用计算机模拟来模拟摩擦过程。
这种方法计算速度较快，但依赖于模型的准确性。
理论分析方法是通过摩擦学原理和数学推导来分析摩擦问题。
这种方法要求理论基础扎实，但可以给出较准确的解析解。
四、摩擦控制技术为了提高机械传动系统的性能，需要采取一些措施来控制摩擦。
摩擦学原理知识点
绪论1、摩擦学定义：是对于相对运动的互相作用表面的科学技术，包含摩擦、润滑、磨损和冲蚀。
2、摩擦学研究内容主要包含：摩擦、磨损、润滑以及表面工程技术。
3、摩擦：是抵挡两物体接触表面在外力作用下发生切向相对运动的现象。
4、磨损：侧重研究与剖析资料和机件在不一样工况下的磨损机理、发生规律和磨损特征。
5、润滑：研究内容包含流体动力润滑、静力润滑、界限润滑、弹性流体动力润滑等在内的各样润滑理论及其在实践中的应用。
6、表面工程技术：将表面与摩擦学有机联合起来，解决机器零零件的减摩、耐磨，延伸使用寿命的问题。
第一章1、表面容貌：微观粗拙度、宏观粗拙度（即涟漪度）和宏观几何形状误差。
2、表面参数：（1）算术均匀误差 Ra是在一个取样长度lr内纵坐标值Z（x）绝对值的算术均匀值。
（2）轮廓的最大高度 Rz 是在一个取样长度 lr 内最大轮廓峰高 Zp 和最大轮廓谷深 Zv 之和的高度。
（ 3）均方根误差 Rq是在一个取样长度 lr 内纵坐标值 Z（ x）的均方根值。
3、对于液体，表层中所有分子所拥有的额外势能的总和，叫做表面能。
表面能越高，越易粘着。
4、物理吸附：当气体或液体与固体表面接触时，因为分子或原子互相吸引的作使劲而产生的吸附叫做物理吸附，是靠范德华力维系的，温度越高，吸附量越小。
物理吸附薄膜形成的特色是吸附和解吸附拥有可逆性，无选择性。
5、化学吸附：极性分子与金属表面的电子发生互换形成化学键吸附在金属表面上，且极性分子呈定向摆列。
化学吸附的吸附能较高，比物理吸附稳固，且是不完整可逆的，拥有选择性。
6、粘附：是指两个发生接触的表面之间的吸引。
7、影响粘附的要素：①湿润性，②粘附功，③界面张力，④亲和力。
8、金属表面的实质构造：（1）表面层：①污染层，②吸附气体层，③氧化层；（ 2）内表层：①加工硬化层，②金属基体。
第二章1、固体表面的接触分类：（1）点接触和面接触。
（2）①弹性接触（赫兹接触），②塑性接触，③弹塑性接触，④粘弹性接触。
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固体摩擦与控制i
两个相对滑动的固体表面的摩擦只与接触表面的相互作用有关，而与固体内部状态无关，这称为外摩擦。
边界润滑状态下的摩擦是吸附膜或其它表面膜之间的摩擦，也属于外摩擦。
而流体中各部分之间相对移动而发生的摩擦，称为内摩擦。
外摩擦和内摩擦的共同特征是：一物体或一部分物质将自身的运动传递给与其相接触的另一物体或另一部分物质，并试图使两者的运动速度趋于一致，因而在摩擦过程中发生能量的转换。
外摩擦与内摩擦的不同特征在于其内部运动状况。
内摩擦时流体相邻质点的运动速度是连续变化的，具有一定的速度梯度，而外摩擦则在滑动面上发生速度突变。
此外，内摩擦力与相对滑动速度成正比，当滑动速度为零时内摩擦力也就消失，而外摩擦力与滑动速度的关系随工况条件变化，当滑动速度消失后仍有静摩擦力存在。
i温诗铸，黄平，摩擦学原理（第3版），北京：清华大学出版社，2008.。