摩擦学原理（第3章固体摩擦）2013课件.ppt

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1、摩擦学教程Chapter3Frictionofsolid(固体摩擦)两个相对滑动或滚动的固体表面之间的摩擦只与接触表面间的相互作用有关,而与固体内部状态无关，称为外摩擦。液体或者气体内部各部分之间因相对移动而发生的摩擦，称为内摩擦。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。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它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。3.1摩擦的基本特性外摩擦与内摩擦之间的主要差异在于相对运动速度的连续性。对于内摩擦，流体相邻

2、质点的运动速度是连续变化的，具有一定的速度梯度，内摩擦力的大小与速度梯度成正比，当相对滑动速度为零时内摩擦力也就消失；对于外摩擦，在滑动面上则会发生速度突变，而且外摩擦力的大小与相对滑动速度之间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。4Stateofthefriction(摩擦状态)根据不同摩擦机理和特征，一般的摩擦状态可以分为：（1）Hydrodynamiclubrication(流体动压润滑)；（2）Hydrostaticlubrication(流体静压润滑)；（3）Elasto-hydrodynamiclubrication(弹

3、性流体动压润滑,简称弹流润滑)；（4）Thin-filmlubrication(薄膜润滑)；（5）Boundarylubrication(边界润滑)；（6）Dryfriction(干摩擦)状态等六种基本状态。本章讨论固体表面之间的干摩擦状态，包括滑动摩擦和滚动摩擦。5表1.2各种摩擦状态的基本特征摩擦状态典型膜厚摩擦膜形成方式应用流体动压润滑1~100m由摩擦表面的相对运动所产生的动压效应形成流体润滑膜中高速下的面接触摩擦副，如滑动轴承液体静压润滑1~100m通过外部压力将流体送到摩擦表面之间，强制形成润滑膜低速或无速度下的面接触摩擦副，如滑动轴承

4、、导轨等弹性流体动压润滑0.1~1m与流体动压润滑相同中高速下点线接触摩擦副，如齿轮、滚动轴承等薄膜润滑10~100nm与流体动压润滑相同低速下的点线接触高精度摩擦副，如精密滚动轴承等边界润滑1~50nm润滑油分子与金属表面产生物理或化学作用而形成润滑膜低速重载条件下的高精度摩擦副干摩擦1~10nm表面氧化膜、气体吸附膜等无润滑或自润滑的摩擦副6图1.33各摩擦层厚度与粗糙度高度7图1.34摩擦系数的典型值8图1.35Streibeck曲线Slidingfriction(滑动摩擦)3.1.1Frictionlaw(摩擦定律)固体摩擦的早期研究是由达·

5、芬奇、阿芒顿和库仑先后完成的，他们在大量实验工作的基础上，分别总结出了固体滑动摩擦的几个基本规律，后人把这些实验规律归纳为以下四条，也称为四个经典摩擦定律。定律一:Thefrictionalforceisproportionaltothenormalforce(摩擦力与正压力成正比)可写为：F=fW式中，F是摩擦力；f为摩擦系数；W为正压力。上式通常称为库仑定律，可认为它是摩擦系数的定义。第一定律在大多数情况下都是成立的，但是当接触表面非常光滑、正压力很高或很小时，与实验结果不完全相符。定律二：Thefrictioncoefficienthasnoth

6、ingtodowiththenormalcontactarea(摩擦系数与表观接触面积无关)。第二定律一般仅对具有屈服极限的材料如金属是满足的，但不适用于弹性及粘弹性材料。定律三：Thestaticfrictioncoefficientisgreaterthanthekinematicfrictioncoefficient(静摩擦系数大于动摩擦系数)。这一定律不适用于粘弹性材料，尽管关于粘弹性材料究竟是否具有静摩擦系数还没有定论。定律四：Thefrictioncoefficienthasnorelationwiththeslidingvelocity(

7、摩擦系数与滑动速度无关)。严格地说，第四定律不具有普遍适用性，对金属来说基本符合这一规律，而对粘弹性体来说，摩擦系数则明显与滑动速度有关。上述经典摩擦定律并非基本的物理定律，只是从实验结果中总结得出的几条规律，大致适用于常规工况条件下比较洁净的或有污染膜的固体表面的干摩擦，已有很多实验结果显示经典摩擦定律并不完全正确。但是，至今还没有发现或总结出更好的并且为人们普遍接受的摩擦定律，因此在工程实际问题中依然被近似地应用。3.1.2Theinfluenceofstaticcontacttime(静止接触时间的影响)使摩擦副开始滑动所需要的切向力称为静摩擦力

8、，维持滑动持续进行所需要的切向力则是动摩擦力。通常工程材料的动摩擦力小于静摩擦力，粘弹性材料的