第三章摩擦FRICTION第三章摩擦FRICTION1教學(xué)目的及要求

介紹摩擦的概念、分類及測量方法介紹古典摩擦定律及其局限性熟悉常用的摩擦理論的要點(diǎn)及其適用范圍

掌握影響摩擦的各因素及其發(fā)揮作用的內(nèi)在實(shí)質(zhì)教學(xué)目的及要求2教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

各種摩擦理論的要點(diǎn)及其應(yīng)用范圍影響摩擦的各因素及其發(fā)揮作用的內(nèi)在實(shí)質(zhì)學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)教學(xué)手段：講授、提問教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)3一、概述★定義：兩相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對運(yùn)動或具有相對運(yùn)動趨勢時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生切向的運(yùn)動阻力叫做摩擦力，這種現(xiàn)象即為摩擦?！?－1摩擦的概念與分類一、概述§3－1摩擦的概念與分類4★摩擦的危害：●消耗大量能量?？朔Σ亮Γ档蜋C(jī)械效率●摩擦副磨損?！癞a(chǎn)生熱量。摩擦熱使機(jī)械溫度升高，降低機(jī)械強(qiáng)度、熱變形、熱疲勞、熱磨損等

說明：摩擦的有益作用是毋庸置疑的。摩擦生熱、鉆木取火、人走路、車行駛、離合器、制動器、皮帶傳動、………機(jī)械運(yùn)動中，發(fā)生相對運(yùn)動的零部件統(tǒng)稱為摩擦副，如軸與軸承、齒輪嚙合、蝸輪與蝸桿、凸輪與挺桿、皮帶與皮帶輪等。★摩擦的危害：說明：摩擦的有益作用是毋庸置疑的。摩擦生熱、5二。摩擦的類型

▲按摩擦發(fā)生的部位分類：

外摩擦：兩相互接觸的物體表面之間發(fā)生的摩擦

內(nèi)摩擦：同一物體內(nèi)部各個(gè)部分之間發(fā)生的摩擦，一般發(fā)生在液體或氣體。▲按摩擦副的運(yùn)動狀態(tài)分類：

靜摩擦：外力作用，但未發(fā)生相對運(yùn)動。

動摩擦：外力作用下發(fā)生相對運(yùn)動二。摩擦的類型6▲按摩擦副的運(yùn)動形式分類：

滑動摩擦：兩接觸物體相對滑動時(shí)的摩擦。

滾動摩擦：物體在力矩作用下沿接觸表面滾動時(shí)的摩擦。

轉(zhuǎn)動摩擦：物體在力矩作用下沿接觸表面轉(zhuǎn)動時(shí)的摩擦。

復(fù)合摩擦：同時(shí)存在滑動和滾動摩擦?！茨Σ粮钡倪\(yùn)動形式分類：7▲按摩擦副的潤滑狀態(tài)分類

干摩擦：名義上無潤滑劑時(shí)的摩擦

流體摩擦：兩摩擦表面被一層連續(xù)的流體潤滑劑薄膜完全隔開時(shí)的摩擦

邊界摩擦：兩摩擦表面間的流體潤滑劑膜不連續(xù)，但表面被極薄的潤滑膜隔開

混合摩擦：同時(shí)存在流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦的混合狀態(tài)下的摩擦，細(xì)分為半干摩擦和半流體摩擦?！茨Σ粮钡臐櫥瑺顟B(tài)分類8達(dá)·芬奇→阿蒙頓→庫倫第一定律：摩擦力的方向與接觸表面相對運(yùn)動速度的方向相反，其大小與接觸物體間的法向壓力成正比，即F＝μN(yùn)式中：F—摩擦力；μ—摩擦系數(shù)；N—法向載荷。第二定律：摩擦力大小與相接觸物體間的名義接觸面積無關(guān)。第三定律：摩擦力的大小取決于材料性質(zhì)，與滑動速度無關(guān)。

§3－2古典的摩擦定律達(dá)·芬奇→阿蒙頓→庫倫§3－2古典9二、古典摩擦定律的局限性1.

摩擦系數(shù)μ的問題試驗(yàn)表明：硬鋼表面對硬鋼表面在正常大氣條件下，μ約為0.6，但在真空中可高達(dá)2；石墨在正常大氣條件下摩擦系數(shù)μ為0.1，但在很干燥的空氣中可大于0.5。摩擦系數(shù)是材料與各種條件的綜合特征，而不是材料本身的固有特征。2.接觸面積與正壓力問題對于很光潔的硬表面，由于接觸表面間分子引力起作用，摩擦力也將隨接觸面積增大而增大。

二、古典摩擦定律的局限性1.摩擦系數(shù)μ的問題10

對于極硬材料如鉆石或很軟材料如聚四氟乙烯（PTFE）等，當(dāng)壓力很大時(shí)，摩擦力并不與法向載荷成正比，而是：F＝cNx式中:c—常數(shù)；x—指數(shù),其值約為2/3～1。3.滑動速度問題實(shí)踐表明，多數(shù)材料隨著滑動速度增加，摩擦系數(shù)降低，且兩者關(guān)系隨所受載荷大小而異。對于極硬材料如鉆石或很軟材料如聚四氟乙烯（PTFE11

§3－3各種摩擦理論概述

目的：了解摩擦產(chǎn)生的原因，以便控制摩擦。一、機(jī)械互鎖學(xué)說(凹凸說)摩擦是表面粗糙不平的機(jī)械互鎖作用引起的。即當(dāng)兩表面相對滑動時(shí)，由于粗糙不平的表面在不平處相互嵌入，因而產(chǎn)生阻抗物體運(yùn)動的阻力。

§3－3各種12VWVW13若兩表面由許多斜角為Θ的微凸體所組成，則摩擦力就是爬過各微凸體需所力Fi之和。因此摩擦系數(shù)μ應(yīng)為:

μ=（3-2）式中F—摩擦力；N—法向載荷。若兩表面由許多斜角為Θ的微凸體所組成，則摩擦力就是爬14回答是“No”，這是“機(jī)械互鎖學(xué)說”的不足。根據(jù)“機(jī)械互鎖學(xué)說”，表面越光滑，摩擦力越小。說明：表面愈粗糙，μ愈大；提高表面粗糙度等級，可以降低μ等現(xiàn)象。Question:YesorNo?回答是“No”，這是“機(jī)械互鎖學(xué)說”的不足。根據(jù)“機(jī)械互15二、分子作用理論（或分子吸引理論）：德薩古利爾：《實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教程》（1734）尤因（1892）、湯姆林森（1929)、普蘭德爾、哈迪（1936）等提出：摩擦過程中接觸表面間的分子相互作用力，是產(chǎn)生摩擦的一個(gè)重要原因。摩擦過程中接觸分子分離，又形成新的接觸分子，接觸分子轉(zhuǎn)換所引起的能量損失等于摩擦力所作的功。

二、分子作用理論（或分子吸引理論）：16F＝μ（N+ArPm）(3-3)式中Pm—單位實(shí)際接觸面積上的分子力；Ar—實(shí)際接觸面積。特點(diǎn)：這個(gè)學(xué)說能解釋前面機(jī)械互鎖學(xué)所不能解釋的問題。不足：但根據(jù)這一學(xué)說，當(dāng)載荷不大，表面愈粗糙，實(shí)際接觸面積愈小時(shí)，摩擦力應(yīng)該越小，這與實(shí)際情況不相符合。F＝μ（N+ArPm）17三、摩擦的粘著和犁溝理論1.簡單的粘著理論

什么叫粘著？在外加壓力作用下，由于表面吸引力的作用而使兩表面發(fā)生粘合的現(xiàn)象。三、摩擦的粘著和犁溝理論18基本要點(diǎn)：Ⅰ.摩擦表面處于塑性接觸狀態(tài)。

因?qū)嶋H接觸面積很小，施加法向載荷時(shí)，微凸體頂端接觸，先彈性變形，接觸應(yīng)力達(dá)到接觸點(diǎn)的屈服極限σs時(shí)產(chǎn)生塑性變形,使接觸面積增大，直至能承受載荷為止，則

N=Ar·σs

或Ar=N/σs基本要點(diǎn)：19NAr接觸點(diǎn)塑性變形，面積增大，支撐外載荷粘著區(qū)域NAr接觸點(diǎn)塑性變形，面積增大，支撐外載荷粘著區(qū)域20Ⅱ?；瑒幽Σ潦钦持c滑動交替發(fā)生的粘滑過程。

開始時(shí)在接觸區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生粘著，在切向力作用下相對滑動，粘著點(diǎn)被剪斷，整個(gè)滑動摩擦是粘著點(diǎn)的形成和剪切交替進(jìn)行的粘滑過程。Ⅱ?；瑒幽Σ潦钦持c滑動交替發(fā)生的粘滑過程。21Ⅲ。摩擦力是粘著效應(yīng)和犁溝效應(yīng)產(chǎn)生阻力的總和。

F=Ar·b＋Ac·Pc實(shí)際接觸面積粘著點(diǎn)剪切強(qiáng)度犁溝面積單位面積犁溝力Ⅲ。摩擦力是粘著效應(yīng)和犁溝效應(yīng)產(chǎn)生阻力的總和。實(shí)際接觸面積粘22通常，粘著效應(yīng)是產(chǎn)生摩擦力的主要原因，尤其對硬材料而言，犁溝效應(yīng)可忽略，根據(jù)上式有：

F=Ar·

b=(N/σs

)·

b故摩擦系數(shù)f為：

f=F/N=

b/σs=此式得出的摩擦系數(shù)通常比實(shí)際情況小，與實(shí)際不相符，在空氣中的摩擦系數(shù)很大，真空中更大。通常，粘著效應(yīng)是產(chǎn)生摩擦力的主要原因，尤其對硬材料23

從上式可以了解到，如果在金屬表面上涂覆一層軟金屬薄膜，使剪切強(qiáng)度降低，就可以顯著降低摩擦系數(shù)。

242、修正的粘著理論

簡單粘著理論在靜止條件下是比較合理的，實(shí)際情況是，摩擦過程中既有法向力的作用，又有切向力的作用，才能使兩表面產(chǎn)生相對運(yùn)動。修正粘著理論主要考慮在切向力作用下，使接觸面積增大，從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)增加。2、修正的粘著理論25N切向力FA0AAr=A0+AN切向力FA0AAr=A0+A26此時(shí)，材料的屈服是法向力和切向力共同作用的結(jié)果。根據(jù)應(yīng)力合成規(guī)律有：

σ2＋

2=K2待定常數(shù),>1即：

(N/Ar)2＋(F/Ar)2=K2

極限情況：①只有法向力時(shí)，=0，σ=σs則：σs2=K2(N/Ar)2＋(F/Ar)2=σs2當(dāng)量應(yīng)力即：

(N/Ar)2＋(F/Ar)2=K2

極限情況：①只有法向力時(shí)，=0，σ=σs則：σs2=K2(N/Ar)2＋(F/Ar)2=σs2

Ar2=(N/σs)2＋(F/σs)2此時(shí)，材料的屈服是法向力和切向力共同作用的結(jié)果。根據(jù)27②當(dāng)切向力很大時(shí)，忽略法向力，則有：2=

σs2當(dāng)大到等于抗剪切強(qiáng)度b時(shí)，開始滑動，則b2=

σs2或

=σs2/b2多數(shù)金屬的σs/b=2～5，故=4～25②當(dāng)切向力很大時(shí)，忽略法向力，則有：28根據(jù)(N/Ar)2＋(F/Ar)2=σs2推出：

Ar2=(N/s)2＋(F/b)2切向力產(chǎn)生的面積增大部分法向力作用部分，對應(yīng)于簡單粘著理論根據(jù)(N/Ar)2＋(F/Ar)2=σs229上式可知，切向力的作用大大增加了實(shí)際接觸面積（可增大3倍以上），從而使摩擦力或摩擦系數(shù)顯著增大。尤其是潔凈表面或在真空條件下，摩擦力增大更多。上式可知，切向力的作用大大增加了實(shí)際接觸面積（可增大30四、摩擦的分子-機(jī)械理論

前蘇聯(lián)科學(xué)家克拉蓋爾斯基提出的學(xué)說。要點(diǎn)：這一學(xué)說強(qiáng)調(diào)摩擦的雙重本質(zhì)，認(rèn)為兩接觸表面作相對運(yùn)動時(shí)，即要克服機(jī)械變形的阻力，又要克服分子相互作用的阻力；摩擦力就是接觸面積上分子和機(jī)械作用所產(chǎn)生的阻力之和。

四、摩擦的分子-機(jī)械理論前蘇聯(lián)科學(xué)家克拉蓋爾斯基提出的31摩擦力來源于兩方面，即分子的相互作用和微凸體的機(jī)械作用。總摩擦力為：F＝F1＋F2F1—粘結(jié)點(diǎn)上分子間相互作用力；F2—微凸體的犁溝作用所引起的變形阻力?？偟哪Σ料禂?shù)：f＝f1＋f2

摩擦力來源于兩方面，即分子的相互作用和微凸體的機(jī)械作32將單個(gè)微凸體看成其頂部成球形作為犁溝作用的模型來討論。

分子-機(jī)械理論模型

將單個(gè)微凸體看成其頂部成球形作為犁溝作用的模型來討論。分子33設(shè)球狀微凸體的半徑為r，球壓入軟平面的深度為h，垂直于運(yùn)動方向的截面積A1為受阻力面積，約等于△ABC的面積，則A1=ha；微凸體所受的阻力：F2=A1στ=haστστ—軟材料的屈服極限。設(shè)球狀微凸體的半徑為r，球壓入軟平面的深度為h，垂直于運(yùn)動方34正壓力只作用在面積A2上，所以N2=A2σN=a2σN

σN—微凸體材料的塑性擠壓應(yīng)力，取σN=στ則：μ2=

正壓力只作用在面積A2上，所以N2=A2σN=35又∵（r-h）2+a2=r2

r2-2rh+h2+a2=r2

a2=2rh-h2h很小時(shí)，a≈故由機(jī)械作用分量求得的摩擦系數(shù)：μ2＝

又∵（r-h）2+a2=r2故由機(jī)械作用分量求得的摩擦系數(shù)：36由分子作用分量求得的摩擦系數(shù)為：μ1=

τ0—分子粘著連接的剪切阻力。對無潤滑的金屬摩擦副，τ0=25～300KPa；有潤滑時(shí)為10KPa；對于金屬和聚合物的摩擦副τ0=2～5KPa。Pr—摩擦接觸點(diǎn)的平均壓力。β—系數(shù)。由分子作用分量求得的摩擦系數(shù)為：37總摩擦系數(shù)為：μ=μ1+μ2=kx—系數(shù)，對單個(gè)微凸體的塑性接觸kx=0.55；對于彈性接觸，kx=0.19。總摩擦系數(shù)為：μ=μ1+μ2=38五、摩擦的能量理論

對摩擦的能量理論的研究有兩種看法：一種是從表面能量的觀點(diǎn)出發(fā)分析摩擦機(jī)理；另一種是從能量的平衡觀點(diǎn)來綜合分析摩擦過程

五、摩擦的能量理論對摩擦的能量理論的研究有兩種看法：一39

表面能量的觀點(diǎn)

材料的滑動過程中，粘結(jié)點(diǎn)的尺寸不僅取決于塑性變形過程，而且還受到表面的吸引力的影響。

μ=τb—粘著點(diǎn)的剪切強(qiáng)度；H—軟材料的硬度；Wab—粘著表面的能量；r—粘著點(diǎn)的平均半徑；θ—微凸體與水平面的傾斜角。表面能量的觀點(diǎn)材料的滑動過程中，粘結(jié)點(diǎn)的尺寸不僅取決于塑40能量平衡理論

在摩擦過程中，會出現(xiàn)一些與能量消耗有關(guān)的現(xiàn)象，如彈性和塑性變形、發(fā)光、輻射、振動及噪聲等，要采用了系統(tǒng)分析的方法來解釋。設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為S，則S=｛A,P,R｝式中：A—系統(tǒng)元素；P—元素性質(zhì)；R—元素之間互相作用。

能量平衡理論在摩擦過程中，會出現(xiàn)一些與能量消耗有關(guān)的41以油潤滑齒輪傳動為例

摩擦學(xué)系統(tǒng)有四個(gè)元素：摩擦副齒輪1和2；中間材料3；周圍介質(zhì)4。

以油潤滑齒輪傳動為例摩擦學(xué)系統(tǒng)有四個(gè)元素：摩擦副齒輪1和242

各種齒輪傳動的摩擦狀態(tài)可以差別很大。有的傳動是按全膜潤滑設(shè)計(jì)的，例如平面雙包絡(luò)蝸桿傳動的潤滑設(shè)計(jì)就是企圖獲得最佳的流體動力潤滑狀態(tài)。有的齒輪傳動是在無油條件下工作，嚙合全過程處于干摩擦狀態(tài)。大多數(shù)齒輪傳動則在混合潤滑狀態(tài)下工作，它的一個(gè)重要問題是分析載荷的分配。峰點(diǎn)接觸邊界潤滑的摩擦學(xué)行為，情況比較復(fù)雜。運(yùn)用黑箱方法作系統(tǒng)分析可將問題簡化。

各種齒輪傳動的摩擦狀態(tài)可以差別很大。有的傳動是按43工程摩擦學(xué)基礎(chǔ)-第三章課件44工程摩擦學(xué)基礎(chǔ)-第三章課件45§3-4影響摩擦的因素

影響摩擦的因素：摩擦副材料的性質(zhì)、環(huán)境氣氛、靜止接觸時(shí)間、載荷情況、摩擦副的剛度和彈性、運(yùn)轉(zhuǎn)速度、溫度狀況、摩擦表面接觸幾何特性和表面層物理性質(zhì)，以及介質(zhì)的化學(xué)作用等。

§3-4影響摩擦的因素影響摩擦的因素：摩擦副材料的性質(zhì)、46摩擦系數(shù)是表示材料摩擦特性的主要參數(shù)之一，它與材料表面性質(zhì)、介質(zhì)或環(huán)境等因素有密切關(guān)系。如鋼對鋼的摩擦系數(shù)可以在0.05～0.8之間這樣大的范圍內(nèi)變化。所以，在給出一種材料的摩擦系數(shù)時(shí)，必須同時(shí)給出得出數(shù)值的條件和所用的測試設(shè)備。摩擦系數(shù)是表示材料摩擦特性的主要參數(shù)之一，它與材料表面性47一、載荷的影響實(shí)質(zhì)：載荷是通過接觸面積的大小和變形狀態(tài)來影響摩擦的。

光滑表面在接觸面上的應(yīng)力約為材料硬度值的一半；而粗糙表面的接觸應(yīng)力達(dá)到硬度的2～3倍，即出現(xiàn)塑性變形。當(dāng)表面是塑性接觸時(shí)，滑動摩擦系數(shù)與載荷無關(guān)。

一、載荷的影響實(shí)質(zhì)：載荷是通過接觸面積的大小和變形狀態(tài)來影48

在一般情況下，金屬表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，滑動摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而降低。為什么？

實(shí)際接觸面積的Ar比載荷Fn增加的慢。

在一般情況下，金屬表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，滑動摩擦系數(shù)隨4945鋼對鑄鐵在300r/min和干摩擦條件下，摩擦系數(shù)隨載荷變化的情況。45鋼對鑄鐵在300r/min和干摩擦條件下，摩擦系50

由于摩擦表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，因而滑動摩擦系數(shù)隨加載速度而改變。當(dāng)載荷很小時(shí)，加載速度的影響更為顯著。

干摩擦油潤滑加載速度/N.s-15011055050110300滑動摩擦系數(shù)0.200.220.260.110.110.14表3-1加載速度的影響（青銅與鋼摩擦）

滑動摩擦系數(shù)隨加載速度的增加而增加。由于摩擦表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，因而滑動摩擦系數(shù)隨51對于非金屬材料，情況較為復(fù)雜:

對于非金屬材料，情況較為復(fù)雜:52試

驗(yàn)

條

件不同時(shí)間（min）下的摩擦系數(shù)f轉(zhuǎn)速（rpm）載荷（N）5101520253080037.340.060.060.060.060.040.04800133.480.110.110.070.070.050.05800222.460.030.030.020.020.020.02800311.440.040.040.030.030.020.02表3-2酚醛塑料（A—1）的摩擦系數(shù)與載荷的關(guān)系

說明：1)在開始時(shí)摩擦系數(shù)隨載荷增加而增加，摩擦系數(shù)達(dá)到最大值后，摩擦系數(shù)又隨載荷增加而減少。2)時(shí)間對摩擦系數(shù)也有影響。

試驗(yàn)條件不同時(shí)間（min）下的摩擦系數(shù)f轉(zhuǎn)速（r53二、表面膜對摩擦系數(shù)的影響

大多數(shù)金屬的表面在大氣中會自然生成與表面結(jié)合強(qiáng)度相當(dāng)高的氧化膜或其它污染膜；也可以人為地用某種方法在金屬表面上形成一層很薄的膜，如硫化膜、氧化膜、軟金屬膜（In、Sn、Pb等）。這些膜在一定厚度內(nèi)不會改變實(shí)際接觸面積的大小，而且該膜使金屬表面的物理化學(xué)性質(zhì)與基體金屬的不同，通常膜的剪切強(qiáng)度低于基體金屬的剪切強(qiáng)度。因此，具有表面膜的摩擦副其摩擦主要發(fā)生在膜間，金屬與金屬不易粘著。

二、表面膜對摩擦系數(shù)的影響大多數(shù)金屬的表面在大54根據(jù)Ff＝Ar×στ可知：

由于表面膜存在，摩擦力和摩擦系數(shù)會隨之降低

根據(jù)Ff＝Ar×στ可知：

由于表面膜存在，摩55摩擦副材料摩

擦

系

數(shù)

（f）真空中加熱大氣中清潔表面氧化膜鋼—鋼粘

著0.780.27銅—銅粘

著1.210.76

表面氧化膜對摩擦系數(shù)的影響摩擦副材料摩擦系數(shù)（f）真空中加熱大56平板材料鋼銅平板材料鎳平板材料錫鉛載荷（N）凸腳材料摩擦系數(shù)f載荷（N）凸腳材料摩擦系數(shù)f載荷（N）凸腳材料摩擦系數(shù)f2.20Pb1.00.501.40Pb0.680.40Pb1.001.3521.400.780.3611.400.3910.401.141.342.40Sn0.660.411.40Sn0.680.40Sn0.900.4821.400.560.3511.400.4410.400.830.512.40Bi0.620.501.40Bi0.391.40Bi0.600.6021.400.440.3411.400.2610.400.541.002.40Al0.710.401.40Al0.511.40Al0.911.0021.400.450.2511.400.2610.400.681.002.40Cu0.371.201.40Cu0.491.40Cu1.001.0021.400.311.4611.400.2710.400.841.142.40Zn0.410.351.40Zn—1.40Zn0.910.8321.400.300.3411.40—10.400.691.102.40鋼0.530.231.40鋼0.501.40鋼0.831.3821.400.820.1711.400.3910.400.600.57表3-4實(shí)驗(yàn)室條件下，純凈金屬的摩擦系數(shù)

平板材料鋼銅平板材料鎳平板材料錫鉛載荷凸腳摩擦系數(shù)載荷凸腳摩57上表說明以下幾點(diǎn)：純凈金屬材料的摩擦副，由于不存在表面氧化膜，摩擦系數(shù)比較高滑動摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而降低；同種金屬對磨時(shí)由于粘著的影響摩擦系數(shù)激增

上表說明以下幾點(diǎn)：純凈金屬材料的摩擦副，由于不存在表面氧化膜58膜的形成速度和膜的厚度對摩擦系數(shù)也有影響

用半徑R＝0.3mm的球形壓頭在40N下沿著涂有銦膜（厚度＝0.01–10微米）的工具鋼試樣表面上滑動時(shí)測出。

膜的形成速度和膜的厚度對摩擦系數(shù)也有影響用半徑R＝59三、材料性質(zhì)

金屬摩擦副的摩擦系數(shù)，隨配對材料性質(zhì)的不同而不同。分子或原子結(jié)構(gòu)相同或相近的兩種材料互溶性大，反之，分子或原子結(jié)構(gòu)差別大則互溶性小?；ト苄暂^大的材料組成摩擦副，易發(fā)生粘著，摩擦系數(shù)增高；互溶性較小的材料組成摩擦副，不易發(fā)生粘著，摩擦系數(shù)一般都比較低。

三、材料性質(zhì)金屬摩擦副的摩擦系數(shù)，隨配對材料性質(zhì)的不同而60工程摩擦學(xué)基礎(chǔ)-第三章課件61四、滑動速度

摩擦系數(shù)隨滑動速度增加而升高，越過一極大值后，又隨滑動速度的增加而減少。四、滑動速度摩擦系數(shù)隨滑動速度增加而升高，62當(dāng)壓力增大時(shí)，該最大值對應(yīng)于較小的速度值。當(dāng)壓力增大時(shí)，該最大值對應(yīng)于較小的速度值。63

滑動速度對摩擦系數(shù)的影響，主要是摩擦引起溫度的變化所致?；瑒铀俣纫鸬陌l(fā)熱和溫度的變化，改變了摩擦表面層的性質(zhì)和接觸狀況，因而摩擦系數(shù)必將隨之變化。

對溫度不敏感的材料（如石墨），摩擦系數(shù)實(shí)際上幾乎與滑動速度無關(guān)?；瑒铀俣葘δΣ料禂?shù)的影響，主要是摩擦引起溫度的變化所致?；?4五、溫度摩擦副相互滑動時(shí)，溫度的變化使表面材料的性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)隨摩擦副工作條件的不同而變化，具體情況需用試驗(yàn)方法測定。

五、溫度摩擦副相互滑動時(shí)，溫度的變化使表面材料的性質(zhì)發(fā)生改變651.對于大多數(shù)金屬摩擦副而言，其摩擦系數(shù)均隨溫度的升高而減少，極少數(shù)（如金—金）的摩擦系數(shù)隨溫度的升高而增大。1.對于大多數(shù)金屬摩擦副而言，其摩擦系數(shù)均隨溫度的升高而減66

在壓力加工情況下，摩擦系數(shù)隨溫度的升高越過一極大值，如軋制銅材時(shí)，摩擦系數(shù)的極大值出現(xiàn)在溫度為600—700℃左右；當(dāng)溫度再升高時(shí)，摩擦系數(shù)下降。

在壓力加工情況下，摩擦系數(shù)隨溫度的升高越過一極大值，67

2、在另一些情況下，摩擦系數(shù)可能隨溫度的升高而降低，f達(dá)到一最小值后又開始升高。例如在真空中的碳化硅和用二硫化鉬潤滑的氮化硅，開始摩擦系數(shù)隨溫度升高而下降，平滑地通過一個(gè)最小值后又隨溫度升高而上升。2、在另一些情況下，摩擦系數(shù)可能隨溫度的升高而降低，f達(dá)68工程摩擦學(xué)基礎(chǔ)-第三章課件693.晶體相變對摩擦系數(shù)的影響。

溫度影響金屬相變，而金屬的晶體結(jié)構(gòu)又影響摩擦系數(shù)，例如由菱形晶格組成的灰錫向體心立方的白錫轉(zhuǎn)變時(shí)的相變溫度為13.2℃。如在錫中加入合金元素（如銅、鋁等），則會改變錫的相變溫度，在相變溫度以下，摩擦系數(shù)較高，在相變溫度以上，則摩擦系數(shù)較低。

3.晶體相變對摩擦系數(shù)的影響。溫度影響金屬相變，而金屬的701

壓力為1.33×10-8Pa，滑動速度0.7m/min，載荷為0.1N的條件下得到的。圖中相變點(diǎn)是錫晶體的相變點(diǎn)。1

壓力為1.33×10-8Pa，滑動速度0.714.在使用散熱性比較差的材料（如工程塑料）時(shí)，當(dāng)表面溫度達(dá)到一定值，材料表面（特別是含有有機(jī)聚合物的熱塑性塑料）將被熔化。所以，一般工程塑料都只能在一定的溫度范圍內(nèi)使用，超過這個(gè)溫度范圍，摩擦副材料將喪失工作能力。

4.在使用散熱性比較差的材料（如工程塑料）時(shí)，當(dāng)表面溫度達(dá)7215.對于金屬與復(fù)合材料組成的摩擦副，其摩擦系數(shù)在某一溫度范圍內(nèi)受溫度的影響較小，但是，當(dāng)溫度超過某一極限值時(shí)，摩擦系數(shù)將隨溫度的升高而顯著下降。通常把這種現(xiàn)象稱為材料的熱衰退性。對于制動摩擦副，尤其應(yīng)控制在熱衰退的臨界溫度以下工作，以保證其具有足夠的制動能力。15.對于金屬與復(fù)合材料組成的摩擦副，其摩擦系數(shù)在某一73六、表面粗糙度

在塑性接觸情況下，由于表面粗糙度對實(shí)際接觸面積的影響不大，因此可以認(rèn)為摩擦系數(shù)不受表面粗糙度影響，保持為一定值。對于彈性或彈塑性接觸的干摩擦，當(dāng)表面粗糙度達(dá)到使表面分子吸引力有效地發(fā)生作用時(shí)（如超精加工表面），機(jī)械嚙合的摩擦理論就不適用了。表面粗糙度愈低，實(shí)際接觸面積愈大，因而摩擦系數(shù)也就愈大。六、表面粗糙度在塑性接觸情況下，由于表面粗糙度對實(shí)74工程摩擦學(xué)基礎(chǔ)-第三章課件75

第三章摩擦FRICTION第三章摩擦FRICTION76教學(xué)目的及要求

介紹摩擦的概念、分類及測量方法介紹古典摩擦定律及其局限性熟悉常用的摩擦理論的要點(diǎn)及其適用范圍

掌握影響摩擦的各因素及其發(fā)揮作用的內(nèi)在實(shí)質(zhì)教學(xué)目的及要求77教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

各種摩擦理論的要點(diǎn)及其應(yīng)用范圍影響摩擦的各因素及其發(fā)揮作用的內(nèi)在實(shí)質(zhì)學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)教學(xué)手段：講授、提問教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)78一、概述★定義：兩相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對運(yùn)動或具有相對運(yùn)動趨勢時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生切向的運(yùn)動阻力叫做摩擦力，這種現(xiàn)象即為摩擦。§3－1摩擦的概念與分類一、概述§3－1摩擦的概念與分類79★摩擦的危害：●消耗大量能量?？朔Σ亮?，降低機(jī)械效率●摩擦副磨損?！癞a(chǎn)生熱量。摩擦熱使機(jī)械溫度升高，降低機(jī)械強(qiáng)度、熱變形、熱疲勞、熱磨損等

說明：摩擦的有益作用是毋庸置疑的。摩擦生熱、鉆木取火、人走路、車行駛、離合器、制動器、皮帶傳動、………機(jī)械運(yùn)動中，發(fā)生相對運(yùn)動的零部件統(tǒng)稱為摩擦副，如軸與軸承、齒輪嚙合、蝸輪與蝸桿、凸輪與挺桿、皮帶與皮帶輪等?！锬Σ恋奈：Γ赫f明：摩擦的有益作用是毋庸置疑的。摩擦生熱、80二。摩擦的類型

▲按摩擦發(fā)生的部位分類：

外摩擦：兩相互接觸的物體表面之間發(fā)生的摩擦

內(nèi)摩擦：同一物體內(nèi)部各個(gè)部分之間發(fā)生的摩擦，一般發(fā)生在液體或氣體。▲按摩擦副的運(yùn)動狀態(tài)分類：

靜摩擦：外力作用，但未發(fā)生相對運(yùn)動。

動摩擦：外力作用下發(fā)生相對運(yùn)動二。摩擦的類型81▲按摩擦副的運(yùn)動形式分類：

滑動摩擦：兩接觸物體相對滑動時(shí)的摩擦。

滾動摩擦：物體在力矩作用下沿接觸表面滾動時(shí)的摩擦。

轉(zhuǎn)動摩擦：物體在力矩作用下沿接觸表面轉(zhuǎn)動時(shí)的摩擦。

復(fù)合摩擦：同時(shí)存在滑動和滾動摩擦?！茨Σ粮钡倪\(yùn)動形式分類：82▲按摩擦副的潤滑狀態(tài)分類

干摩擦：名義上無潤滑劑時(shí)的摩擦

流體摩擦：兩摩擦表面被一層連續(xù)的流體潤滑劑薄膜完全隔開時(shí)的摩擦

邊界摩擦：兩摩擦表面間的流體潤滑劑膜不連續(xù)，但表面被極薄的潤滑膜隔開

混合摩擦：同時(shí)存在流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦的混合狀態(tài)下的摩擦，細(xì)分為半干摩擦和半流體摩擦?！茨Σ粮钡臐櫥瑺顟B(tài)分類83達(dá)·芬奇→阿蒙頓→庫倫第一定律：摩擦力的方向與接觸表面相對運(yùn)動速度的方向相反，其大小與接觸物體間的法向壓力成正比，即F＝μN(yùn)式中：F—摩擦力；μ—摩擦系數(shù)；N—法向載荷。第二定律：摩擦力大小與相接觸物體間的名義接觸面積無關(guān)。第三定律：摩擦力的大小取決于材料性質(zhì)，與滑動速度無關(guān)。

§3－2古典的摩擦定律達(dá)·芬奇→阿蒙頓→庫倫§3－2古典84二、古典摩擦定律的局限性1.

摩擦系數(shù)μ的問題試驗(yàn)表明：硬鋼表面對硬鋼表面在正常大氣條件下，μ約為0.6，但在真空中可高達(dá)2；石墨在正常大氣條件下摩擦系數(shù)μ為0.1，但在很干燥的空氣中可大于0.5。摩擦系數(shù)是材料與各種條件的綜合特征，而不是材料本身的固有特征。2.接觸面積與正壓力問題對于很光潔的硬表面，由于接觸表面間分子引力起作用，摩擦力也將隨接觸面積增大而增大。

二、古典摩擦定律的局限性1.摩擦系數(shù)μ的問題85

對于極硬材料如鉆石或很軟材料如聚四氟乙烯（PTFE）等，當(dāng)壓力很大時(shí)，摩擦力并不與法向載荷成正比，而是：F＝cNx式中:c—常數(shù)；x—指數(shù),其值約為2/3～1。3.滑動速度問題實(shí)踐表明，多數(shù)材料隨著滑動速度增加，摩擦系數(shù)降低，且兩者關(guān)系隨所受載荷大小而異。對于極硬材料如鉆石或很軟材料如聚四氟乙烯（PTFE86

§3－3各種摩擦理論概述

目的：了解摩擦產(chǎn)生的原因，以便控制摩擦。一、機(jī)械互鎖學(xué)說(凹凸說)摩擦是表面粗糙不平的機(jī)械互鎖作用引起的。即當(dāng)兩表面相對滑動時(shí)，由于粗糙不平的表面在不平處相互嵌入，因而產(chǎn)生阻抗物體運(yùn)動的阻力。

§3－3各種87VWVW88若兩表面由許多斜角為Θ的微凸體所組成，則摩擦力就是爬過各微凸體需所力Fi之和。因此摩擦系數(shù)μ應(yīng)為:

μ=（3-2）式中F—摩擦力；N—法向載荷。若兩表面由許多斜角為Θ的微凸體所組成，則摩擦力就是爬89回答是“No”，這是“機(jī)械互鎖學(xué)說”的不足。根據(jù)“機(jī)械互鎖學(xué)說”，表面越光滑，摩擦力越小。說明：表面愈粗糙，μ愈大；提高表面粗糙度等級，可以降低μ等現(xiàn)象。Question:YesorNo?回答是“No”，這是“機(jī)械互鎖學(xué)說”的不足。根據(jù)“機(jī)械互90二、分子作用理論（或分子吸引理論）：德薩古利爾：《實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教程》（1734）尤因（1892）、湯姆林森（1929)、普蘭德爾、哈迪（1936）等提出：摩擦過程中接觸表面間的分子相互作用力，是產(chǎn)生摩擦的一個(gè)重要原因。摩擦過程中接觸分子分離，又形成新的接觸分子，接觸分子轉(zhuǎn)換所引起的能量損失等于摩擦力所作的功。

二、分子作用理論（或分子吸引理論）：91F＝μ（N+ArPm）(3-3)式中Pm—單位實(shí)際接觸面積上的分子力；Ar—實(shí)際接觸面積。特點(diǎn)：這個(gè)學(xué)說能解釋前面機(jī)械互鎖學(xué)所不能解釋的問題。不足：但根據(jù)這一學(xué)說，當(dāng)載荷不大，表面愈粗糙，實(shí)際接觸面積愈小時(shí)，摩擦力應(yīng)該越小，這與實(shí)際情況不相符合。F＝μ（N+ArPm）92三、摩擦的粘著和犁溝理論1.簡單的粘著理論

什么叫粘著？在外加壓力作用下，由于表面吸引力的作用而使兩表面發(fā)生粘合的現(xiàn)象。三、摩擦的粘著和犁溝理論93基本要點(diǎn)：Ⅰ.摩擦表面處于塑性接觸狀態(tài)。

因?qū)嶋H接觸面積很小，施加法向載荷時(shí)，微凸體頂端接觸，先彈性變形，接觸應(yīng)力達(dá)到接觸點(diǎn)的屈服極限σs時(shí)產(chǎn)生塑性變形,使接觸面積增大，直至能承受載荷為止，則

N=Ar·σs

或Ar=N/σs基本要點(diǎn)：94NAr接觸點(diǎn)塑性變形，面積增大，支撐外載荷粘著區(qū)域NAr接觸點(diǎn)塑性變形，面積增大，支撐外載荷粘著區(qū)域95Ⅱ?；瑒幽Σ潦钦持c滑動交替發(fā)生的粘滑過程。

開始時(shí)在接觸區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生粘著，在切向力作用下相對滑動，粘著點(diǎn)被剪斷，整個(gè)滑動摩擦是粘著點(diǎn)的形成和剪切交替進(jìn)行的粘滑過程。Ⅱ?；瑒幽Σ潦钦持c滑動交替發(fā)生的粘滑過程。96Ⅲ。摩擦力是粘著效應(yīng)和犁溝效應(yīng)產(chǎn)生阻力的總和。

F=Ar·b＋Ac·Pc實(shí)際接觸面積粘著點(diǎn)剪切強(qiáng)度犁溝面積單位面積犁溝力Ⅲ。摩擦力是粘著效應(yīng)和犁溝效應(yīng)產(chǎn)生阻力的總和。實(shí)際接觸面積粘97通常，粘著效應(yīng)是產(chǎn)生摩擦力的主要原因，尤其對硬材料而言，犁溝效應(yīng)可忽略，根據(jù)上式有：

F=Ar·

b=(N/σs

)·

b故摩擦系數(shù)f為：

f=F/N=

b/σs=此式得出的摩擦系數(shù)通常比實(shí)際情況小，與實(shí)際不相符，在空氣中的摩擦系數(shù)很大，真空中更大。通常，粘著效應(yīng)是產(chǎn)生摩擦力的主要原因，尤其對硬材料98

從上式可以了解到，如果在金屬表面上涂覆一層軟金屬薄膜，使剪切強(qiáng)度降低，就可以顯著降低摩擦系數(shù)。

992、修正的粘著理論

簡單粘著理論在靜止條件下是比較合理的，實(shí)際情況是，摩擦過程中既有法向力的作用，又有切向力的作用，才能使兩表面產(chǎn)生相對運(yùn)動。修正粘著理論主要考慮在切向力作用下，使接觸面積增大，從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)增加。2、修正的粘著理論100N切向力FA0AAr=A0+AN切向力FA0AAr=A0+A101此時(shí)，材料的屈服是法向力和切向力共同作用的結(jié)果。根據(jù)應(yīng)力合成規(guī)律有：

σ2＋

2=K2待定常數(shù),>1即：

(N/Ar)2＋(F/Ar)2=K2

極限情況：①只有法向力時(shí)，=0，σ=σs則：σs2=K2(N/Ar)2＋(F/Ar)2=σs2當(dāng)量應(yīng)力即：

(N/Ar)2＋(F/Ar)2=K2

極限情況：①只有法向力時(shí)，=0，σ=σs則：σs2=K2(N/Ar)2＋(F/Ar)2=σs2

Ar2=(N/σs)2＋(F/σs)2此時(shí)，材料的屈服是法向力和切向力共同作用的結(jié)果。根據(jù)102②當(dāng)切向力很大時(shí)，忽略法向力，則有：2=

σs2當(dāng)大到等于抗剪切強(qiáng)度b時(shí)，開始滑動，則b2=

σs2或

=σs2/b2多數(shù)金屬的σs/b=2～5，故=4～25②當(dāng)切向力很大時(shí)，忽略法向力，則有：103根據(jù)(N/Ar)2＋(F/Ar)2=σs2推出：

Ar2=(N/s)2＋(F/b)2切向力產(chǎn)生的面積增大部分法向力作用部分，對應(yīng)于簡單粘著理論根據(jù)(N/Ar)2＋(F/Ar)2=σs2104上式可知，切向力的作用大大增加了實(shí)際接觸面積（可增大3倍以上），從而使摩擦力或摩擦系數(shù)顯著增大。尤其是潔凈表面或在真空條件下，摩擦力增大更多。上式可知，切向力的作用大大增加了實(shí)際接觸面積（可增大105四、摩擦的分子-機(jī)械理論

前蘇聯(lián)科學(xué)家克拉蓋爾斯基提出的學(xué)說。要點(diǎn)：這一學(xué)說強(qiáng)調(diào)摩擦的雙重本質(zhì)，認(rèn)為兩接觸表面作相對運(yùn)動時(shí)，即要克服機(jī)械變形的阻力，又要克服分子相互作用的阻力；摩擦力就是接觸面積上分子和機(jī)械作用所產(chǎn)生的阻力之和。

四、摩擦的分子-機(jī)械理論前蘇聯(lián)科學(xué)家克拉蓋爾斯基提出的106摩擦力來源于兩方面，即分子的相互作用和微凸體的機(jī)械作用。總摩擦力為：F＝F1＋F2F1—粘結(jié)點(diǎn)上分子間相互作用力；F2—微凸體的犁溝作用所引起的變形阻力?？偟哪Σ料禂?shù)：f＝f1＋f2

摩擦力來源于兩方面，即分子的相互作用和微凸體的機(jī)械作107將單個(gè)微凸體看成其頂部成球形作為犁溝作用的模型來討論。

分子-機(jī)械理論模型

將單個(gè)微凸體看成其頂部成球形作為犁溝作用的模型來討論。分子108設(shè)球狀微凸體的半徑為r，球壓入軟平面的深度為h，垂直于運(yùn)動方向的截面積A1為受阻力面積，約等于△ABC的面積，則A1=ha；微凸體所受的阻力：F2=A1στ=haστστ—軟材料的屈服極限。設(shè)球狀微凸體的半徑為r，球壓入軟平面的深度為h，垂直于運(yùn)動方109正壓力只作用在面積A2上，所以N2=A2σN=a2σN

σN—微凸體材料的塑性擠壓應(yīng)力，取σN=στ則：μ2=

正壓力只作用在面積A2上，所以N2=A2σN=110又∵（r-h）2+a2=r2

r2-2rh+h2+a2=r2

a2=2rh-h2h很小時(shí)，a≈故由機(jī)械作用分量求得的摩擦系數(shù)：μ2＝

又∵（r-h）2+a2=r2故由機(jī)械作用分量求得的摩擦系數(shù)：111由分子作用分量求得的摩擦系數(shù)為：μ1=

τ0—分子粘著連接的剪切阻力。對無潤滑的金屬摩擦副，τ0=25～300KPa；有潤滑時(shí)為10KPa；對于金屬和聚合物的摩擦副τ0=2～5KPa。Pr—摩擦接觸點(diǎn)的平均壓力。β—系數(shù)。由分子作用分量求得的摩擦系數(shù)為：112總摩擦系數(shù)為：μ=μ1+μ2=kx—系數(shù)，對單個(gè)微凸體的塑性接觸kx=0.55；對于彈性接觸，kx=0.19?？偰Σ料禂?shù)為：μ=μ1+μ2=113五、摩擦的能量理論

對摩擦的能量理論的研究有兩種看法：一種是從表面能量的觀點(diǎn)出發(fā)分析摩擦機(jī)理；另一種是從能量的平衡觀點(diǎn)來綜合分析摩擦過程

五、摩擦的能量理論對摩擦的能量理論的研究有兩種看法：一114

表面能量的觀點(diǎn)

材料的滑動過程中，粘結(jié)點(diǎn)的尺寸不僅取決于塑性變形過程，而且還受到表面的吸引力的影響。

μ=τb—粘著點(diǎn)的剪切強(qiáng)度；H—軟材料的硬度；Wab—粘著表面的能量；r—粘著點(diǎn)的平均半徑；θ—微凸體與水平面的傾斜角。表面能量的觀點(diǎn)材料的滑動過程中，粘結(jié)點(diǎn)的尺寸不僅取決于塑115能量平衡理論

在摩擦過程中，會出現(xiàn)一些與能量消耗有關(guān)的現(xiàn)象，如彈性和塑性變形、發(fā)光、輻射、振動及噪聲等，要采用了系統(tǒng)分析的方法來解釋。設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為S，則S=｛A,P,R｝式中：A—系統(tǒng)元素；P—元素性質(zhì)；R—元素之間互相作用。

能量平衡理論在摩擦過程中，會出現(xiàn)一些與能量消耗有關(guān)的116以油潤滑齒輪傳動為例

摩擦學(xué)系統(tǒng)有四個(gè)元素：摩擦副齒輪1和2；中間材料3；周圍介質(zhì)4。

以油潤滑齒輪傳動為例摩擦學(xué)系統(tǒng)有四個(gè)元素：摩擦副齒輪1和2117

各種齒輪傳動的摩擦狀態(tài)可以差別很大。有的傳動是按全膜潤滑設(shè)計(jì)的，例如平面雙包絡(luò)蝸桿傳動的潤滑設(shè)計(jì)就是企圖獲得最佳的流體動力潤滑狀態(tài)。有的齒輪傳動是在無油條件下工作，嚙合全過程處于干摩擦狀態(tài)。大多數(shù)齒輪傳動則在混合潤滑狀態(tài)下工作，它的一個(gè)重要問題是分析載荷的分配。峰點(diǎn)接觸邊界潤滑的摩擦學(xué)行為，情況比較復(fù)雜。運(yùn)用黑箱方法作系統(tǒng)分析可將問題簡化。

各種齒輪傳動的摩擦狀態(tài)可以差別很大。有的傳動是按118工程摩擦學(xué)基礎(chǔ)-第三章課件119工程摩擦學(xué)基礎(chǔ)-第三章課件120§3-4影響摩擦的因素

影響摩擦的因素：摩擦副材料的性質(zhì)、環(huán)境氣氛、靜止接觸時(shí)間、載荷情況、摩擦副的剛度和彈性、運(yùn)轉(zhuǎn)速度、溫度狀況、摩擦表面接觸幾何特性和表面層物理性質(zhì)，以及介質(zhì)的化學(xué)作用等。

§3-4影響摩擦的因素影響摩擦的因素：摩擦副材料的性質(zhì)、121摩擦系數(shù)是表示材料摩擦特性的主要參數(shù)之一，它與材料表面性質(zhì)、介質(zhì)或環(huán)境等因素有密切關(guān)系。如鋼對鋼的摩擦系數(shù)可以在0.05～0.8之間這樣大的范圍內(nèi)變化。所以，在給出一種材料的摩擦系數(shù)時(shí)，必須同時(shí)給出得出數(shù)值的條件和所用的測試設(shè)備。摩擦系數(shù)是表示材料摩擦特性的主要參數(shù)之一，它與材料表面性122一、載荷的影響實(shí)質(zhì)：載荷是通過接觸面積的大小和變形狀態(tài)來影響摩擦的。

光滑表面在接觸面上的應(yīng)力約為材料硬度值的一半；而粗糙表面的接觸應(yīng)力達(dá)到硬度的2～3倍，即出現(xiàn)塑性變形。當(dāng)表面是塑性接觸時(shí)，滑動摩擦系數(shù)與載荷無關(guān)。

一、載荷的影響實(shí)質(zhì)：載荷是通過接觸面積的大小和變形狀態(tài)來影123

在一般情況下，金屬表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，滑動摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而降低。為什么？

實(shí)際接觸面積的Ar比載荷Fn增加的慢。

在一般情況下，金屬表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，滑動摩擦系數(shù)隨12445鋼對鑄鐵在300r/min和干摩擦條件下，摩擦系數(shù)隨載荷變化的情況。45鋼對鑄鐵在300r/min和干摩擦條件下，摩擦系125

由于摩擦表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，因而滑動摩擦系數(shù)隨加載速度而改變。當(dāng)載荷很小時(shí)，加載速度的影響更為顯著。

干摩擦油潤滑加載速度/N.s-15011055050110300滑動摩擦系數(shù)0.200.220.260.110.110.14表3-1加載速度的影響（青銅與鋼摩擦）

滑動摩擦系數(shù)隨加載速度的增加而增加。由于摩擦表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，因而滑動摩擦系數(shù)隨126對于非金屬材料，情況較為復(fù)雜:

對于非金屬材料，情況較為復(fù)雜:127試

驗(yàn)

條

件不同時(shí)間（min）下的摩擦系數(shù)f轉(zhuǎn)速（rpm）載荷（N）5101520253080037.340.060.060.060.060.040.04800133.480.110.110.070.070.050.05800222.460.030.030.020.020.020.02800311.440.040.040.030.030.020.02表3-2酚醛塑料（A—1）的摩擦系數(shù)與載荷的關(guān)系

說明：1)在開始時(shí)摩擦系數(shù)隨載荷增加而增加，摩擦系數(shù)達(dá)到最大值后，摩擦系數(shù)又隨載荷增加而減少。2)時(shí)間對摩擦系數(shù)也有影響。

試驗(yàn)條件不同時(shí)間（min）下的摩擦系數(shù)f轉(zhuǎn)速（r128二、表面膜對摩擦系數(shù)的影響

大多數(shù)金屬的表面在大氣中會自然生成與表面結(jié)合強(qiáng)度相當(dāng)高的氧化膜或其它污染膜；也可以人為地用某種方法在金屬表面上形成一層很薄的膜，如硫化膜、氧化膜、軟金屬膜（In、Sn、Pb等）。這些膜在一定厚度內(nèi)不會改變實(shí)際接觸面積的大小，而且該膜使金屬表面的物理化學(xué)性質(zhì)與基體金屬的不同，通常膜的剪切強(qiáng)度低于基體金屬的剪切強(qiáng)度。因此，具有表面膜的摩擦副其摩擦主要發(fā)生在膜間，金屬與金屬不易粘著。

二、表面膜對摩擦系數(shù)的影響大多數(shù)金屬的表面在大129根據(jù)Ff＝Ar×στ可知：

由于表面膜存在，摩擦力和摩擦系數(shù)會隨之降低

根據(jù)Ff＝Ar×στ可知：

由于表面膜存在，摩130摩擦副材料摩

擦

系

數(shù)

（f）真空中加熱大氣中清潔表面氧化膜鋼—鋼粘

著0.780.27銅—銅粘

著1.210.76

表面氧化膜對摩擦系數(shù)的影響摩擦副材料摩擦系數(shù)（f）真空中加熱大131平板材料鋼銅平板材料鎳平板材料錫鉛載荷（N）凸腳材料摩擦系數(shù)f載荷（N）凸腳材料摩擦系數(shù)f載荷（N）凸腳材料摩擦系數(shù)f2.20Pb1.00.501.40Pb0.680.40Pb1.001.3521.400.780.3611.400.3910.401.141.342.40Sn0.660.411.40Sn0.680.40Sn0.900.4821.400.560.3511.400.4410.400.830.512.40Bi0.620.501.40Bi0.391.40Bi0.600.6021.400.440.3411.400.2610.400.541.002.40Al0.710.401.40Al0.511.40Al0.911.0021.400.450.2511.400.2610.400.681.002.40Cu0.371.201.40Cu0.491.40Cu1.001.0021.400.311.4611.400.2710.400.841.142.40Zn0.410.351.40Zn—1.40Zn0.9