摩擦學(xué)第四章第一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)摩擦概述一、摩擦定義

摩擦是在外力作用下，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體，受到與其相接觸的物質(zhì)或介質(zhì)(液體或氣體)的阻力作用，在其界面上產(chǎn)生的一種能量轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。

在界面上作用的切向阻力是摩擦力，而不是摩擦。因?yàn)槟Σ恋谋举|(zhì)不是一種力，而是一種能量轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，因此，摩擦與摩擦力是兩個(gè)既有密切連系而又有本質(zhì)區(qū)別的不同概念。第二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日2.邊界摩擦這是指在摩擦表面上存在一種具有潤(rùn)滑性能的邊界膜的摩擦，通常也稱為邊界潤(rùn)滑。發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽缸與活塞環(huán)、凸輪與挺桿以及機(jī)床導(dǎo)軌、蝸桿傳動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦都屬于這類。二、摩擦分類1、干摩擦接觸表面無(wú)任何潤(rùn)滑劑，但仍有環(huán)境介質(zhì)，如氣體，水氣其他污物的摩擦第三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日這是指相對(duì)運(yùn)動(dòng)的固體表面完全被潤(rùn)滑劑隔開(kāi)的一種摩擦，摩擦主要發(fā)生在該潤(rùn)滑劑所形成的流體膜內(nèi)部，即它是一種發(fā)生在流體內(nèi)部的內(nèi)摩擦。因此，通常將這類摩擦稱為流體潤(rùn)滑。在合理的工況條件下，潤(rùn)滑充分的滑動(dòng)軸承、齒輪等都可能實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑。3、流體摩擦4、混合摩擦又可分為半干摩擦和半流體摩擦兩種。前者是指同時(shí)存在干摩擦和邊界摩擦的一種混合狀態(tài)的摩擦。而后者則是指同時(shí)存在邊界摩擦和流體摩擦的一種混合狀態(tài)的摩擦。第四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

按照摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式，可以將摩擦分為以下兩大類：1.滑動(dòng)摩擦如在各種滑動(dòng)軸承和機(jī)床導(dǎo)軌以及鉆機(jī)中的剎車與氣動(dòng)離合器中相對(duì)滑動(dòng)表面上產(chǎn)生的摩擦。2.滾動(dòng)摩擦如各種滾動(dòng)軸承中產(chǎn)生的摩擦。第五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

按照摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，還可以將摩擦分為以下兩種類型：1、靜摩擦這是指物體在外力作用下，還不足以克服摩擦表面上產(chǎn)生的切向阻力，因而還沒(méi)有產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種摩擦狀態(tài)。對(duì)于外力剛好能克服摩擦表面上的切向阻力，使物體剛剛產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的那一瞬間的摩擦狀態(tài)，稱為極限靜摩擦。2、動(dòng)摩擦這是指物體已經(jīng)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)后的一種摩擦狀態(tài)。動(dòng)摩擦系數(shù)一般小于靜摩擦系數(shù)。這兩個(gè)數(shù)值如果相差太大，將會(huì)使離合器的掛合過(guò)程和剎車的制動(dòng)過(guò)程不穩(wěn)定。對(duì)于機(jī)床導(dǎo)軌，會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，即所謂‘爬行’現(xiàn)象，它會(huì)嚴(yán)重影響到工件的加工精度。第六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日按照摩擦副的各種特性，又可將摩擦分為如下兩大類：1、減摩摩擦這類摩擦的作用是通過(guò)減小摩擦以減小摩擦損失，從而提高機(jī)器的效率和能量利用率。2、增摩摩擦這類摩擦的作用是通過(guò)增加摩擦以實(shí)現(xiàn)特定的功能，或達(dá)到特定的工作要求(如剎車副增加摩擦以更好地吸收動(dòng)能)。第七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

特殊工況下的摩擦1、高速摩擦這類摩擦的作用面相對(duì)速度在50m/s—600m/s的摩擦問(wèn)題。2、高溫摩擦這類摩擦的作用面間溫度較高，影響摩擦系數(shù)的變化3、低溫摩擦一般在0~-273度條件下的摩擦，低溫下摩擦系數(shù)較小4、真空摩擦真空條件下，摩擦表面失去氧化膜或吸附膜的保護(hù)，摩擦系數(shù)較空氣空氣中高，真空度高摩擦系數(shù)大

以上各種分類所涉及到的摩擦都是發(fā)生在物體外部，也即發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間的界面上的各種摩擦，因而可統(tǒng)稱為外摩擦。物體（包括固體、液體和氣體）內(nèi)部物質(zhì)中的分子運(yùn)動(dòng)，由于某種原因（如固體受到?jīng)_擊、振動(dòng)、變形，液體內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，氣體的體積發(fā)生變化等）會(huì)產(chǎn)生內(nèi)能消散或能量轉(zhuǎn)換，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)摩擦。

第八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日一、古典摩擦理論（一）

機(jī)械咬合理論這種理論認(rèn)為摩擦主要是由表面的凹凸形狀所造成，即當(dāng)兩個(gè)表面接觸時(shí)，其凹凸部分互相咬合，若要使表面滑動(dòng)，則必須順著其凸起部分滑動(dòng)或把這些凸起部分破壞掉，這就是產(chǎn)生摩擦力的原因。第二節(jié)滑動(dòng)摩擦達(dá).芬奇阿蒙頓(G.Amontons,1663-1705)歐拉(LeonhardEuler,1707-1783)庫(kù)侖(C.A.Coulumb,1736-180)第九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日(二)分子吸引理論

這種理論認(rèn)為摩擦的產(chǎn)生是由于表面滑動(dòng)時(shí)，表面上的分子運(yùn)動(dòng)鍵斷裂而消耗了一定的能量。

(三)庫(kù)侖摩擦定律(由庫(kù)侖最后完成，許多人完善的結(jié)果)目前庫(kù)侖摩擦定律這種表達(dá)形式，這在摩擦理論與技術(shù)的發(fā)展史上，具有劃時(shí)代的意義。

德薩古利埃(J.T.Desaguliers,1683-1744)哈迪(W.B.Hardy,1864-1934)第十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日2、摩擦力的大小與接觸物體間的名義接觸面積無(wú)關(guān)。3、摩擦系數(shù)的大小取決于材料性質(zhì)，而與滑動(dòng)速度和法向作用力的大小無(wú)關(guān)，對(duì)于一定的材料，其摩擦系數(shù)為一常數(shù)。4、靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)。

庫(kù)侖摩擦定律可近似地應(yīng)用于工程實(shí)際，但存在以下問(wèn)題：1、摩擦系數(shù)的大小不僅取決于該材料本身固有的特性，而且與它所在的摩擦學(xué)系統(tǒng)的特性密切相關(guān)。即

庫(kù)侖摩擦定律的主要內(nèi)容包括：1、摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，大小與接觸物體間法向力成正比。即：F=fN式中：F—摩擦力;N—法向作用力;f—摩擦系數(shù)。第十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日s={A，P，R}A--組成摩擦學(xué)系統(tǒng)的各元素(包括環(huán)境)；P--組成摩擦學(xué)系統(tǒng)的各元素的性質(zhì)；R--組成摩擦學(xué)系統(tǒng)的各元素之間的相互關(guān)系。

摩擦系數(shù)具有條件性和相對(duì)性，即它的數(shù)值不僅取決于摩擦學(xué)系統(tǒng)的工況條件，而且還取決于摩擦學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及其中各元素的性質(zhì)和元素之間的關(guān)系，所以，它決不是只由其中某一個(gè)元素的性質(zhì)來(lái)決定。即使是同一種材料，在不同的摩擦學(xué)系統(tǒng)中（包括不同的對(duì)偶和不同的環(huán)境），其摩擦系數(shù)具有不同的數(shù)值。式中x--工況條件或工況參數(shù)，包括載荷、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度和形式以及時(shí)間等；s--摩擦學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，第十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日2、對(duì)于極硬的材料(如鉆石)或具有粘彈性的高分子材料，其摩擦力并不與法向作用力成正比，而是存在以下函數(shù)關(guān)系：

式中，C—常數(shù)；k—指數(shù)≈2/3～1

3、對(duì)于彈性材料或粘彈性材料，以及對(duì)于表面光潔度很高的硬表面，其摩擦系數(shù)隨名義接觸面積的增大而增加。4、多數(shù)材料的摩擦系數(shù)都會(huì)隨滑動(dòng)速度的增加而降低，而且此規(guī)律還受到法向作用力變化的影響。5、對(duì)粘彈性材料，在某種情況下，其動(dòng)摩擦系數(shù)大于靜摩擦系數(shù)。第十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

二、現(xiàn)代摩擦理論*

(一)能量平衡理論摩擦是發(fā)生在摩擦表面上的一種十分復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)化和能量消散的現(xiàn)象，因此，用能量平衡的分析方法可以更好地揭示和闡明摩擦過(guò)程的本質(zhì)。能量平衡理論的要點(diǎn)如下：1、摩擦過(guò)程是一個(gè)能量分配與轉(zhuǎn)化的過(guò)程，一個(gè)摩擦學(xué)系統(tǒng)在摩擦過(guò)程中，其輸入能量等于輸出能量與能量損失之和，能量損失即摩擦能量。對(duì)于金屬摩擦，其摩擦能量主要消耗于固體表面的彈性與塑性變形，而在交替發(fā)生粘著的過(guò)程中，此變形能可能積蓄在材料內(nèi)部形成位錯(cuò)或轉(zhuǎn)化為熱能，斷裂能量(表面能)在磨損(磨粒形成)過(guò)程中起主要作用，使摩擦表面上形成新的表面和磨粒；一般第二次過(guò)程能量的作用較小，但在某些情況下(如合成材料的分解或剝離，摩擦化學(xué)過(guò)程大量吸熱和制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程等)，這部分能量損失較大，估計(jì)可達(dá)30%。能量平衡理論變形-犁削-粘著理論第十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日2、在一定條件下，摩擦過(guò)程會(huì)發(fā)生摩擦能量的轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能、化學(xué)能、電能和電磁能等）以及摩擦副的材料和形狀的變化。3、可借助摩擦力所作的功(摩擦功)來(lái)表示摩擦過(guò)程的能量平衡。在一般情況下，摩擦功Wf的大部分轉(zhuǎn)化為熱能Q，以熱的形式消散，小部分(約9%-16%)以內(nèi)能△E的形式儲(chǔ)存于表面層。即:Wf=Q+△E如果表面沒(méi)有明顯的塑性變形，則摩擦功全部轉(zhuǎn)化為熱能：

Wf=Q第十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日能量平衡各組成部分之間的比例關(guān)系(△E/Q)主要取決于摩擦副的材料、載荷、工作介質(zhì)的物理-化學(xué)特性和摩擦路程。此外，它與摩擦副中金屬的變形特性也有重要關(guān)系，在其它條件相同時(shí)，金屬的塑性越好，則Wf越小，所形成的Q也越小，而消耗的△E越大。硬的淬火鋼摩擦?xí)r，Q實(shí)際上可達(dá)到100%，則△E≈0。盡管上述能量平衡理論至今尚未建立可供定量分析的數(shù)學(xué)模型，但它可以較全面地描述摩擦學(xué)系統(tǒng)的摩擦過(guò)程，并可更合理地分析影響該摩擦過(guò)程的各種因素。試驗(yàn)表明：第十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日輸入能量摩擦學(xué)系統(tǒng)輸出能量能量損失（摩擦能量）彈性及塑性變形能斷裂能量第二次過(guò)程能量?jī)?chǔ)存熱能吸熱、散熱、摩擦化學(xué)反應(yīng)、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、摩擦輻射、機(jī)械振動(dòng)、摩擦升華、噪音、摩擦發(fā)光等第十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日(二)變形-犁削-粘著理論*

要點(diǎn)如下：滑動(dòng)表面之間的摩擦是由微凸體的變形、磨粒和微凸體對(duì)表面的犁削以及粘著三者綜合作用的結(jié)果。這三者對(duì)摩擦系數(shù)影響的程度取決于滑動(dòng)界面的狀態(tài)，而后者又受到滑動(dòng)前材料的性質(zhì)、表面狀態(tài)以及環(huán)境等因素的影響。1981年N．P．Suh在《Wear》發(fā)表關(guān)于摩擦機(jī)理新觀點(diǎn)：微凸體變形阻力、刻槽阻力、粘著阻力。微凸體變形刻槽阻力粘著阻力FnFnFn第十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日（1）實(shí)驗(yàn)依據(jù)以一組不同硬度的純鐵和鋼在室溫和凈化的氬氣中進(jìn)行摩擦試驗(yàn)(Fn=9.8N，滑動(dòng)速度v=0.02m/s，總滑動(dòng)距離為36m)，得到以下結(jié)果：Fn材料純鐵AISI1020鋼AISI1045鋼AISI1095鋼硬度980-+501710-+1004120-+1306080-+

350滲碳體體積比0.00040.0200.0670.142試件材料試驗(yàn)裝置示意圖轉(zhuǎn)動(dòng)件固定件WN．P．Suh系列實(shí)驗(yàn)(美國(guó)麻省理工學(xué)院的N.P.Suh教授)第十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日固定件材料摩擦系數(shù)回轉(zhuǎn)件材料工業(yè)純鐵回轉(zhuǎn)件材料1020鋼回轉(zhuǎn)件材料1045鋼回轉(zhuǎn)件材料1095鋼工業(yè)純鐵０．１３０．７１０．２００．７５０．２４０．６９０．２００．７６*1020鋼０．１８０．５５０．８００．２８０．６８－－０．１３０．６７－０．１２０．６５－1045鋼０．１６０．５２０．７７０．１７０．５３０．７１０．１７０．７１－０．１２０．６９－1095鋼０．１７０．５１*０．７６０．１７０．５４０．７３０．１４０．５８－０．１７０．６７－摩擦系數(shù)jsjsjjss﹡﹡﹡js﹡：初始摩擦系數(shù)：穩(wěn)定階段摩擦系數(shù)：摩擦系數(shù)峰植第二十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

1）摩擦系數(shù)f隨滑動(dòng)距離d而變化。如果較軟的試件在較硬的靜止的物體上滑動(dòng)時(shí)，則其f達(dá)到最大值之后會(huì)有所下降，然后才達(dá)到穩(wěn)定值。滑動(dòng)距離d摩擦系數(shù)f滑動(dòng)距離d摩擦系數(shù)f實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析jj﹡=0.76s=0.51第二十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日2)把磨粒從滑動(dòng)界面上清掃后，f會(huì)顯著下降，然后又逐漸回升到穩(wěn)定值?；瑒?dòng)距離d摩擦系數(shù)f0.130.400.71清掃磨粒后試件：阿姆柯磁性鐵/阿姆柯磁性鐵j第二十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日3)不論何種材料組合，初始的摩擦系數(shù)都等于0.1２-0.2８。4)相同金屬相互滑動(dòng)時(shí)，其穩(wěn)定狀態(tài)的f都大于較軟試件在較硬的靜止物體上滑動(dòng)時(shí)f的穩(wěn)定值。反之，用硬試件在較軟的靜止物體上滑動(dòng)時(shí)，其f的穩(wěn)定值幾乎和同種金屬對(duì)摩時(shí)一樣，由此可見(jiàn)，摩擦系數(shù)的大小與材料的狀態(tài)(靜止或運(yùn)動(dòng))有關(guān)。顯微照片表明：軟試件在較硬的靜止物體上滑動(dòng)時(shí)，軟、硬兩個(gè)表面均被拋光，反之，不僅不會(huì)產(chǎn)生上述現(xiàn)象，而且表面上還會(huì)形成犁溝。5）相同材料副，固定件不同，穩(wěn)定摩擦系數(shù)相差很大。6）摩擦系數(shù)受材料副，滑動(dòng)歷程，表面形貌和環(huán)境影響。第二十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

（2）摩擦過(guò)程1）摩擦系數(shù)的變化過(guò)程摩擦系數(shù)的變化過(guò)程一般可分為以下六個(gè)階段：摩擦系數(shù)的變化過(guò)程滑動(dòng)距離d摩擦系數(shù)fⅠⅡⅢⅣⅤⅥ第二十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日第Ⅱ階段：表面膜破壞，此時(shí)，粘著起主要作用，摩擦系數(shù)開(kāi)始上升，如果在兩滑動(dòng)表面之間存在磨粒，則磨粒產(chǎn)生的犁溝作用會(huì)使摩擦系數(shù)上升得更快。第Ⅰ階段：表面污染，形成污染膜，此時(shí)粘著并不嚴(yán)重，對(duì)摩擦系數(shù)影響不大。開(kāi)始時(shí)，表面易被拋光并產(chǎn)生新的微凸體，在滑動(dòng)開(kāi)始時(shí)，微凸體并不產(chǎn)生變形，因而，它對(duì)摩擦系數(shù)的影響也不大。因此，在此階段，摩擦系數(shù)主要受到微凸體在對(duì)偶面上的犁溝作用的影響。第Ⅲ階段：滑動(dòng)表面間的磨粒數(shù)增加，犁溝作用增大，從而使清潔表面增大，粘著增加，這二者綜合作用的結(jié)果，使摩擦系數(shù)急劇上升。第二十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日第Ⅳ階段：進(jìn)入摩擦表面的磨粒數(shù)和離開(kāi)表面的磨粒數(shù)大致相等，摩擦系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定值。第Ⅴ階段：硬表面的微凸體逐漸磨平，出現(xiàn)鏡面，磨粒較難粘附在光潔的硬表面上，使犁溝作用減弱，被磨平的微凸體的變形也較小，因而摩擦系數(shù)有所下降。第Ⅵ階段：當(dāng)大部分的硬表面變得光滑時(shí)，軟表面因此而得到同樣的鏡面，此時(shí)，界面的表面粗糙度達(dá)到可能的最佳值，摩擦系數(shù)趨于平穩(wěn)。如果是硬表面在靜止的軟表面上滑動(dòng)，軟表面將不會(huì)發(fā)生拋光現(xiàn)象，其界面將始終是粗糙的，則第Ⅴ，Ⅵ兩個(gè)階段將不會(huì)出現(xiàn)。第二十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日2)過(guò)程分析①微凸體變形引起的摩擦

兩個(gè)微凸體互相進(jìn)入接觸時(shí)的物理模型BANV

AB為兩個(gè)微凸體的接觸界面，要使這兩個(gè)表面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，微凸體必須變形，使其位移與滑動(dòng)方向一致。第二十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日②粘著過(guò)程

它主要取決于接觸界面處的粘著強(qiáng)度與較軟材料的剪切強(qiáng)度之比。第二十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日③犁溝引起的摩擦由于硬微凸體或硬磨粒嵌入到較軟材料的基體內(nèi)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生犁溝作用，因此，其摩擦系數(shù)主要取決于磨粒尺寸(或硬微凸體的尺寸)及其相對(duì)硬度和對(duì)軟材料的嵌入深度。犁溝還會(huì)使溝槽兩側(cè)形成山脊，而后者又不斷被壓平、斷裂，從而形成新的磨粒。

犁溝形成磨粒的過(guò)程（a）形成山脊(b)山脊被壓平(c)形成磨粒第二十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

由上可見(jiàn)，摩擦過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，以上三種機(jī)理可能是同時(shí)發(fā)生，也可能是先后發(fā)生?？傊?，摩擦副的摩擦系數(shù)不僅僅是摩擦副材料的固有特性，而是與其工況條件、材料組合、工作表面狀態(tài)以及環(huán)境等因素密切相關(guān)，并且隨其不同的發(fā)展階段而異。M.C.肖（M.C.Shaw）與邁克斯（E.F.Macks）認(rèn)為摩擦是粘著、犁削和表面粗糙度三種因素綜合作用的結(jié)果。即：

式中，τ—材料的剪切強(qiáng)度；H—材料的硬度；θ—微凸體的斜角；

—考慮犁溝效應(yīng)的摩擦系數(shù)的分量。第三十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日1、分子機(jī)械理論這種理論認(rèn)為：在摩擦過(guò)程中有表面凸峰間的機(jī)械嚙合和表面分子間的相互吸引，其二相式描述第三節(jié)滑動(dòng)摩擦機(jī)理*（假說(shuō)）---摩擦表面的物理性質(zhì)系數(shù)（分子吸引力）---摩擦表面的機(jī)械性質(zhì)系數(shù)（凸峰的機(jī)械嚙合力）---摩擦系數(shù)塑性材料，成線性，故是常數(shù)彈性材料，成非線性，是變量第三十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日2、簡(jiǎn)單粘著理論（Bowden,Taobr--1945）這種理論認(rèn)為金屬表面接觸時(shí)只有少數(shù)高峰接觸，接觸區(qū)有塑性變形，因而接觸面積逐漸增加，直至載荷平衡。即：---材料屈服極限達(dá)到塑性變形的接觸點(diǎn)產(chǎn)生粘著，剪斷粘接點(diǎn)的力就是摩擦力。同時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)硬表面微凸體在軟表面上劃出溝槽，劃溝的力也是摩擦力。即：---較軟材料的剪切強(qiáng)度限---刻槽力一般一般金屬的剪切極限是屈服極限的0.2倍第三十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日3、修正粘著理論1）剪應(yīng)力的影響剪應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)影響:一個(gè)是使表面層受力后變成復(fù)合應(yīng)力狀態(tài);另一個(gè)是接觸面積增大，使單位面積上壓應(yīng)力下降.如圖：第三十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日由于剪切受力后接觸區(qū)產(chǎn)生塑性流動(dòng)，顯然接觸面積增大故知摩擦系數(shù)增加①、初始狀態(tài)流動(dòng)變形面積增加剪切條件摩擦系數(shù)增加意味著摩擦系數(shù)在增加②③④⑤第三十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日條件：①②根據(jù)合成應(yīng)力通式同樣可以分析接觸點(diǎn)的增加已知系數(shù)待定，改寫上式第一項(xiàng)表示正應(yīng)力產(chǎn)生的接觸面積第二項(xiàng)即為剪應(yīng)力產(chǎn)生的增加面積第三十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日金屬金屬FnFAr膜2）表面膜的影響相對(duì)滑動(dòng)時(shí)接觸表面膜被剪斷，1、2、3、4、設(shè)膜的剪切強(qiáng)度為且（為常數(shù)）當(dāng)滑動(dòng)，故知強(qiáng)度條件：由前知得：整理后得：第三十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日5、6、簡(jiǎn)單粘著理論①②討論：１、C趨于１時(shí)，摩擦系數(shù)趨于無(wú)窮，說(shuō)明表面膜剪切強(qiáng)度接近金屬剪切強(qiáng)度，也可說(shuō)明金屬表面越清潔，摩擦系數(shù)越大。２、C遠(yuǎn)小于１時(shí)，這是簡(jiǎn)單粘著理論上式同乘Ar當(dāng)C趨于1，摩擦系數(shù)趨于無(wú)窮，即表面越潔凈摩擦系數(shù)越大當(dāng)C遠(yuǎn)小于1時(shí)，由于第三十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日主要的影響因素：1、材料本身的性質(zhì)(包括兩種對(duì)摩的材料)對(duì)于一般材料，摩擦力隨硬度的增加而減小，因硬金屬的塑性變形的能力減小，其粘著能力也隨之減小。相同金屬或互溶性大的金屬摩擦副易發(fā)生粘著，因而其摩擦系數(shù)較大。

2、載荷古典摩擦理論認(rèn)為摩擦系數(shù)與載荷無(wú)關(guān)。實(shí)際上，載荷對(duì)摩擦系數(shù)的影響與真實(shí)接觸面積的大小有關(guān)。第四節(jié)影響滑動(dòng)摩擦的因素第三十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

3、

滑動(dòng)速度古典摩擦理論認(rèn)為摩擦系數(shù)與滑動(dòng)速度無(wú)關(guān)，事實(shí)上，摩擦系數(shù)隨滑動(dòng)速度變化的規(guī)律非常復(fù)雜，目前在這方面還缺乏一致的認(rèn)識(shí)。

滑動(dòng)速度對(duì)摩擦系數(shù)的影響，在很大程度上與摩擦表面的溫度密切相關(guān)，因后者往往會(huì)使表面性質(zhì)發(fā)生變化。

4、溫度摩擦表面和周圍介質(zhì)的溫度都會(huì)對(duì)摩擦系數(shù)產(chǎn)生十分復(fù)雜的影響，而且往往表現(xiàn)為綜合性的影響因素。由于溫度主要是通過(guò)改變材料的性質(zhì)而對(duì)摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響。因此，對(duì)于不同類型的材料具有不同的溫度特性。粘著點(diǎn)的剪切強(qiáng)度隨溫度的升高而下降，所以，摩擦系數(shù)也相應(yīng)減小，但這種減小的趨勢(shì)卻會(huì)因載荷、材料的硬度或彈性模量的減小而減慢。材料的硬度會(huì)隨著溫度的升高而減小，但硬度下降會(huì)增大粘著力，因而使摩擦系數(shù)增大。

第三十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日5.表面特性1)表面幾何特性表面粗糙度小，表面較光滑，產(chǎn)生摩擦的主要原因是粘著。真實(shí)接觸面積的大小起主要作用。因此，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，隨著表面粗糙度的逐漸增大，真實(shí)接觸面積逐漸減小，摩擦系數(shù)也相應(yīng)地逐漸減小。對(duì)應(yīng)于中等粗糙度的表面，也就是一般工程實(shí)際中的工程表面，其摩擦系數(shù)幾乎不受表面粗糙度的影響。表面非常粗糙，摩擦主要起因于表面微凸體的變形和犁削作用，因而摩擦系數(shù)隨表面粗糙度的增大而增大。2)表面膜表面膜包括水蒸氣、二氧化碳、氯和硫在純凈表面的吸附膜和反應(yīng)膜，這類膜能使摩擦系數(shù)降低。因?yàn)槟け旧淼募羟袕?qiáng)度低于基體材料，滑動(dòng)時(shí)剪切阻力小。而且還可以避免或減輕粘著現(xiàn)象，從而使摩擦系數(shù)減小。第四十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)滑動(dòng)摩擦系數(shù)的確定１、剛體在彈性體上滑動(dòng)１）剛性球在彈性體上滑動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)只計(jì)算粘著力摩擦力

接觸真實(shí)面積根據(jù)彈性力學(xué)知：

vFNRFAr摩擦系數(shù)與載荷成反比第四十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日dldrFNdlpdspdssinpdscos２）剛性錐在彈性體上滑動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)pds單元面積:如圖可知：pdscospdscos第四十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日（1）求F-----前半錐面阻力（2）求FN（3）求摩擦系數(shù)當(dāng)錐度為500~800時(shí)，速度低時(shí)比較適應(yīng)而當(dāng)為小于450時(shí)產(chǎn)生撕裂，不宜采用第四十三頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日FNRFdA1dA2R３）剛性球在較軟金屬上滑動(dòng)(塑性變形產(chǎn)生刻槽阻力)（１）刻槽阻力產(chǎn)生的摩擦系數(shù)當(dāng)很小時(shí)，如果接觸面上有潤(rùn)滑，粘著影響小，與實(shí)際接近已知：第四十四頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日RcosdF′dF〞RBBB--B（２）粘著產(chǎn)生的摩擦系數(shù)dA第四十五頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日積分后得：求FN,由前已知：摩擦系數(shù)與角、剪切強(qiáng)度成正比，與屈服極限成反比，依此可改善摩擦總摩擦系數(shù)：故:第四十六頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日

一、滾動(dòng)摩擦的概念與類型1、滾動(dòng)的概念當(dāng)輪子沿地平面滾過(guò)一個(gè)角度Φ時(shí)，輪子相對(duì)于該平面移動(dòng)的距離為R·Φ，這種運(yùn)動(dòng)稱滾動(dòng)或純滾動(dòng)。其角速度為ω=V/R。O1OφvR第六節(jié)

滾動(dòng)摩擦第四十七頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日２、滾動(dòng)類型1)自由滾動(dòng)接觸區(qū)只有法向力作用，滾子在平面上作無(wú)滑動(dòng)的直線滾動(dòng)。2)受制滾動(dòng)接觸區(qū)同時(shí)有法向力和切向牽引力作用，滾子沿平面作滾動(dòng)。如汽車和火車的驅(qū)動(dòng)輪沿地面和鐵軌的運(yùn)動(dòng)。3)曲線運(yùn)動(dòng)滾子沿曲線滾道作滾動(dòng)。第四十八頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日二、滾動(dòng)摩擦機(jī)理１、微觀滑移（１）Reynolds滑移(1876)由于兩接觸材料彈性模量不同引起相對(duì)表面發(fā)生微觀滑移直觀如圖a-b直線長(zhǎng)小于a′-b′弧長(zhǎng)彈性平面在伸長(zhǎng)過(guò)程中有滑移現(xiàn)象第四十九頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日A（２）Heathcote滑移(1921)如果兩個(gè)滾動(dòng)體接觸區(qū)的幾何形狀不同將會(huì)產(chǎn)生幾何滑移：１、構(gòu)件２繞O2，構(gòu)件１繞O1轉(zhuǎn)動(dòng)２、A點(diǎn)為同速點(diǎn)３、其它點(diǎn)速度、方向不同第五十頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日接觸區(qū)橫向效應(yīng)，球形滾動(dòng)體在導(dǎo)槽內(nèi)滾動(dòng)接觸時(shí)，盡管在橫向方向上滾動(dòng)體的外形可能與它們滾動(dòng)的滾道密切一致，但由于表面上各點(diǎn)距回轉(zhuǎn)軸線的距離明顯不同，于是引起切向牽引力并發(fā)生微觀滑移效應(yīng)。

第五十一頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日慢快２、彈性滯后(ElasticHysteresisBowden1952)材料的彈性滯后損失與材料阻尼性能及松池性能有關(guān)1、速度低有足夠時(shí)間恢復(fù)，壓力對(duì)稱分布２、速度快時(shí)壓力分布不對(duì)稱３、高速時(shí)摩擦系數(shù)超過(guò)徑向滑動(dòng)軸承４、彈性滯后帶來(lái)的摩擦主要是能量損失第五十二頁(yè)，共五十九頁(yè)，2022年，8月28日wFNE0.705a2aP３、塑性變形(PlasticDeformation)１、表面下有最大應(yīng)力２、外載荷超過(guò)極限，最大應(yīng)力區(qū)發(fā)生塑性變形３、塑性變形消耗能量第五十三頁(yè)，