第三章-摩擦1.pptx

2024/4/2 周二1/75主要内容主要内容n n3.1 摩擦的概念与分类摩擦的概念与分类n n3.2 对古典摩擦定律的评述对古典摩擦定律的评述n n3.3 摩擦理论摩擦理论 n n3.4 非金属材料的摩擦非金属材料的摩擦n n3.5 摩擦时金属表面特性的变化摩擦时金属表面特性的变化n n3.6 滚动摩擦滚动摩擦n n3.7 影响摩擦系数的主要因素影响摩擦系数的主要因素n n3.8 特殊工况条件下的摩擦特殊工况条件下的摩擦2024/4/2 周二2/753.1 摩擦的概念与分类摩擦的概念与分类n n1.1.摩擦的概念摩擦的概念摩擦的概念摩擦的概念 n n摩擦力：摩擦力：摩擦力：摩擦力：指两个相互接触的物体在外力作用下指两个相互接触的物体在外力作用下指两个相互接触的物体在外力作用下指两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动发生相对运动发生相对运动发生相对运动(或具有相对运动趋势或具有相对运动趋势或具有相对运动趋势或具有相对运动趋势)时在接触面时在接触面时在接触面时在接触面间产生的切向运动阻力。这种现象称为间产生的切向运动阻力。这种现象称为间产生的切向运动阻力。这种现象称为间产生的切向运动阻力。这种现象称为摩擦现摩擦现摩擦现摩擦现象象象象。2024/4/2 周二3/75早在古埃及人们就早在古埃及人们就已了解了滑动摩擦已了解了滑动摩擦的特性，利用斜面、的特性，利用斜面、润滑油来拖动巨大润滑油来拖动巨大的石块。的石块。右图为圣彼得广场右图为圣彼得广场方尖碑树立的情形：方尖碑树立的情形：九百多人，九百多人，140多多匹马，合力拉匹马，合力拉48条条绳索才把这块古老绳索才把这块古老的石头立起来的石头立起来.2024/4/2 周二4/75摩擦力的方向摩擦力的方向n n两层意思：两层意思：两层意思：两层意思：1.1.沿接触面的切线方向；沿接触面的切线方向；沿接触面的切线方向；沿接触面的切线方向；2.2.与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反，与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反，与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反，与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反，阻碍物体间的相对运动。阻碍物体间的相对运动。阻碍物体间的相对运动。阻碍物体间的相对运动。2024/4/2 周二5/75摩擦的两重性摩擦的两重性n n“摩擦摩擦摩擦摩擦”与其他事物一样也具有两重性，既有有害的一面，与其他事物一样也具有两重性，既有有害的一面，与其他事物一样也具有两重性，既有有害的一面，与其他事物一样也具有两重性，既有有害的一面，也有有益的一面。通常认为摩擦是有害的现象。也有有益的一面。通常认为摩擦是有害的现象。也有有益的一面。通常认为摩擦是有害的现象。也有有益的一面。通常认为摩擦是有害的现象。n n摩擦的害处：摩擦的害处：摩擦的害处：摩擦的害处：1.1.首先，它造成大量首先，它造成大量首先，它造成大量首先，它造成大量能量的消耗能量的消耗能量的消耗能量的消耗，引起机械效率的降低。，引起机械效率的降低。，引起机械效率的降低。，引起机械效率的降低。据称世界能源的据称世界能源的据称世界能源的据称世界能源的1/21/21/31/3都消耗在克服摩擦上；都消耗在克服摩擦上；都消耗在克服摩擦上；都消耗在克服摩擦上；2.2.其次，摩擦使机器中相对运动的零件表面其次，摩擦使机器中相对运动的零件表面其次，摩擦使机器中相对运动的零件表面其次，摩擦使机器中相对运动的零件表面产生磨损产生磨损产生磨损产生磨损，导，导，导，导致配合间隙增大，影响机器的精度、寿命和可靠性。致配合间隙增大，影响机器的精度、寿命和可靠性致配合间隙增大，影响机器的精度、寿命和可靠性。致配合间隙增大，影响机器的精度、寿命和可靠性。3.3.同时，摩擦使得摩擦副同时，摩擦使得摩擦副同时，摩擦使得摩擦副同时，摩擦使得摩擦副工作温度上升工作温度上升工作温度上升工作温度上升，一旦散热不良，一旦散热不良，一旦散热不良，一旦散热不良，将导致将导致将导致将导致咬死咬死咬死咬死而破坏机器的正常运转，或者由于摩擦副过而破坏机器的正常运转，或者由于摩擦副过而破坏机器的正常运转，或者由于摩擦副过而破坏机器的正常运转，或者由于摩擦副过热而使热而使热而使热而使润滑剂失去作用润滑剂失去作用润滑剂失去作用润滑剂失去作用，进而加剧磨损，导致失效。，进而加剧磨损导致失效。，进而加剧磨损，导致失效。，进而加剧磨损，导致失效。2024/4/2 周二6/75n n减少摩擦害处的措施减少摩擦害处的措施减少摩擦害处的措施减少摩擦害处的措施：1.1.以滚动摩擦代替滑动摩擦；以滚动摩擦代替滑动摩擦；以滚动摩擦代替滑动摩擦；以滚动摩擦代替滑动摩擦；2.2.以润滑代替干摩擦；以润滑代替干摩擦；以润滑代替干摩擦；以润滑代替干摩擦；3.3.以减摩合金代替一般金属；以减摩合金代替一般金属；以减摩合金代替一般金属；以减摩合金代替一般金属；4.4.以固体润滑材料代替一般的金属材料等。以固体润滑材料代替一般的金属材料等。以固体润滑材料代替一般的金属材料等。以固体润滑材料代替一般的金属材料等。n n摩擦的益处摩擦的益处摩擦的益处摩擦的益处：1.1.工程中的摩擦传动；工程中的摩擦传动；工程中的摩擦传动；工程中的摩擦传动；2.2.摩擦离合器；摩擦离合器；摩擦离合器；摩擦离合器；3.3.制功器制功器制功器制功器刹车；刹车；刹车；刹车；4.4.火车和汽车的驱动轮；火车和汽车的驱动轮；火车和汽车的驱动轮；火车和汽车的驱动轮；5.5.普通的螺母和螺栓之间的摩擦紧固。普通的螺母和螺栓之间的摩擦紧固。普通的螺母和螺栓之间的摩擦紧固。普通的螺母和螺栓之间的摩擦紧固。2024/4/2 周二7/752.摩擦的分类摩擦的分类n n(1)(1)按摩擦副的运动状态分按摩擦副的运动状态分按摩擦副的运动状态分按摩擦副的运动状态分 n n1)1)静摩擦：一个物体沿着另一个物体表面有相对运动趋势静摩擦：一个物体沿着另一个物体表面有相对运动趋势静摩擦：一个物体沿着另一个物体表面有相对运动趋势静摩擦：一个物体沿着另一个物体表面有相对运动趋势但无相对运动时产生的摩擦。但无相对运动时产生的摩擦。但无相对运动时产生的摩擦。但无相对运动时产生的摩擦。n n静摩擦力的大小随作用于物体上的外力而变化。当外力克静摩擦力的大小随作用于物体上的外力而变化。当外力克静摩擦力的大小随作用于物体上的外力而变化。当外力克静摩擦力的大小随作用于物体上的外力而变化。当外力克服了最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。机器运动时服了最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。机器运动时服了最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。机器运动时服了最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。机器运动时的瞬时阻力即是静摩擦力，所需起动转矩等于最大静摩擦的瞬时阻力即是静摩擦力，所需起动转矩等于最大静摩擦的瞬时阻力即是静摩擦力，所需起动转矩等于最大静摩擦的瞬时阻力即是静摩擦力，所需起动转矩等于最大静摩擦力矩。力矩。力矩。力矩。n n2)2)动摩擦：一个物体沿着另一个物体表面有宏观相对运动动摩擦：一个物体沿着另一个物体表面有宏观相对运动动摩擦：一个物体沿着另一个物体表面有宏观相对运动动摩擦：一个物体沿着另一个物体表面有宏观相对运动时接触表面间的摩擦。这时的摩擦力就是动摩擦力。时接触表面间的摩擦。这时的摩擦力就是动摩擦力。时接触表面间的摩擦。这时的摩擦力就是动摩擦力。时接触表面间的摩擦。这时的摩擦力就是动摩擦力。n n对于金属对于金属对于金属对于金属(弹弹弹弹-塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料)而言，动摩擦力一般小于静摩擦力。而言，动摩擦力一般小于静摩擦力。而言，动摩擦力一般小于静摩擦力。而言，动摩擦力一般小于静摩擦力。2024/4/2 周二8/75n n(2)(2)按摩擦副的运动方式分按摩擦副的运动方式分按摩擦副的运动方式分按摩擦副的运动方式分n n1)1)滑动摩擦：两物体接触表面作相对滑动滑动摩擦：两物体接触表面作相对滑动滑动摩擦：两物体接触表面作相对滑动滑动摩擦：两物体接触表面作相对滑动(或具有或具有或具有或具有相对滑动趋势相对滑动趋势相对滑动趋势相对滑动趋势)时的摩擦。时的摩擦。时的摩擦。时的摩擦。n n2)2)滚动摩擦：一物体在力矩作用下沿着另一物体滚动摩擦：一物体在力矩作用下沿着另一物体滚动摩擦：一物体在力矩作用下沿着另一物体滚动摩擦：一物体在力矩作用下沿着另一物体表面滚动时接触表面间的摩擦。表面滚动时接触表面间的摩擦。表面滚动时接触表面间的摩擦。表面滚动时接触表面间的摩擦。2024/4/2 周二9/75n n(3)(3)按摩擦副的表面润滑状况分按摩擦副的表面润滑状况分按摩擦副的表面润滑状况分按摩擦副的表面润滑状况分 n n1)1)干摩擦：指名义上无润滑的摩擦，即在大气条件下，干摩擦：指名义上无润滑的摩擦，即在大气条件下，干摩擦：指名义上无润滑的摩擦，即在大气条件下，干摩擦：指名义上无润滑的摩擦，即在大气条件下，摩擦表面间名义上没有润滑剂存在时的摩擦。摩擦表面间名义上没有润滑剂存在时的摩擦。摩擦表面间名义上没有润滑剂存在时的摩擦。摩擦表面间名义上没有润滑剂存在时的摩擦。1.1.严格讲，应指表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩严格讲，应指表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩严格讲，应指表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩严格讲，应指表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩擦。在接触表面产生塑性变形擦。在接触表面产生塑性变形擦。在接触表面产生塑性变形擦。在接触表面产生塑性变形(表面膜破坏表面膜破坏表面膜破坏表面膜破坏)或在真空中摩或在真空中摩或在真空中摩或在真空中摩擦时才发生，这种摩擦才能称为干摩擦。擦时才发生，这种摩擦才能称为干摩擦。擦时才发生，这种摩擦才能称为干摩擦。擦时才发生，这种摩擦才能称为干摩擦。2.2.摩擦力大，表面破坏严重。摩擦力大，表面破坏严重。摩擦力大，表面破坏严重。摩擦力大，表面破坏严重。3.3.名义上无润滑并非是绝对干燥摩擦，应称为无润滑摩擦。名义上无润滑并非是绝对干燥摩擦，应称为无润滑摩擦。名义上无润滑并非是绝对干燥摩擦，应称为无润滑摩擦。名义上无润滑并非是绝对干燥摩擦，应称为无润滑摩擦。2024/4/2 周二10/75n n2)2)边界摩擦：两接触表面间存在一层极薄的油膜边界摩擦：两接触表面间存在一层极薄的油膜边界摩擦：两接触表面间存在一层极薄的油膜边界摩擦：两接触表面间存在一层极薄的油膜为边界膜，其厚度一般为分子尺寸数量级，但不为边界膜，其厚度一般为分子尺寸数量级，但不为边界膜，其厚度一般为分子尺寸数量级，但不为边界膜，其厚度一般为分子尺寸数量级，但不足以防止表面较高微凸体的穿过，使得两接触表足以防止表面较高微凸体的穿过，使得两接触表足以防止表面较高微凸体的穿过，使得两接触表足以防止表面较高微凸体的穿过，使得两接触表面间处于干摩擦与流体摩擦的边界状态，其摩擦面间处于干摩擦与流体摩擦的边界状态，其摩擦面间处于干摩擦与流体摩擦的边界状态，其摩擦面间处于干摩擦与流体摩擦的边界状态，其摩擦和磨损不取决于润滑剂的粘度，而取决于接触表和磨损不取决于润滑剂的粘度，而取决于接触表和磨损不取决于润滑剂的粘度，而取决于接触表和磨损不取决于润滑剂的粘度，而取决于接触表面和润滑剂的特性。面和润滑剂的特性。面和润滑剂的特性。面和润滑剂的特性。n n界面的润滑性决定了边界膜的性质，所以边界摩界面的润滑性决定了边界膜的性质，所以边界摩界面的润滑性决定了边界膜的性质，所以边界摩界面的润滑性决定了边界膜的性质，所以边界摩擦又叫边界润滑。擦又叫边界润滑。擦又叫边界润滑。擦又叫边界润滑。2024/4/2 周二11/75n n3)3)流体动力摩擦：相对运动的两物体表面完全被流体动力摩擦：相对运动的两物体表面完全被流体动力摩擦：相对运动的两物体表面完全被流体动力摩擦：相对运动的两物体表面完全被流体隔开时的摩擦。流体隔开时的摩擦。流体隔开时的摩擦。流体隔开时的摩擦。n n流体可以是液体、气体或熔化的其他材料。当流流体可以是液体、气体或熔化的其他材料。当流流体可以是液体、气体或熔化的其他材料。当流流体可以是液体、气体或熔化的其他材料。当流体为液体时称体为液体时称体为液体时称体为液体时称液体摩擦液体摩擦液体摩擦液体摩擦，为气体时称，为气体时称，为气体时称，为气体时称气体摩擦气体摩擦气体摩擦气体摩擦。这时摩擦发生在流体内部，是流体和粘滞阻力或这时摩擦发生在流体内部，是流体和粘滞阻力或这时摩擦发生在流体内部，是流体和粘滞阻力或这时摩擦发生在流体内部，是流体和粘滞阻力或流变阻力引起的流变阻力引起的流变阻力引起的流变阻力引起的内摩擦内摩擦内摩擦内摩擦。2024/4/2 周二12/75n n4)4)混合摩擦：包括混合摩擦：包括混合摩擦：包括混合摩擦：包括半干摩擦半干摩擦半干摩擦半干摩擦和和和和半流体摩擦半流体摩擦半流体摩擦半流体摩擦。半干。半干。半干。半干摩擦是指接触面上同时有边界摩擦和干摩擦的状摩擦是指接触面上同时有边界摩擦和干摩擦的状摩擦是指接触面上同时有边界摩擦和干摩擦的状摩擦是指接触面上同时有边界摩擦和干摩擦的状况；半流体摩擦指同时有液体摩擦、边界摩擦的况；半流体摩擦指同时有液体摩擦、边界摩擦的况；半流体摩擦指同时有液体摩擦、边界摩擦的况；半流体摩擦指同时有液体摩擦、边界摩擦的状况。状况。状况。状况。2024/4/2 周二13/75n n摩擦有时还分外摩擦和内摩擦。摩擦有时还分外摩擦和内摩擦。摩擦有时还分外摩擦和内摩擦。摩擦有时还分外摩擦和内摩擦。1.1.仅与两物体实际接触部分的表面相互作用有关，仅与两物体实际接触部分的表面相互作用有关，仅与两物体实际接触部分的表面相互作用有关，仅与两物体实际接触部分的表面相互作用有关，而与物体内部状态无关的摩擦为而与物体内部状态无关的摩擦为而与物体内部状态无关的摩擦为而与物体内部状态无关的摩擦为外摩擦外摩擦外摩擦外摩擦；2.2.阻碍同一物体阻碍同一物体阻碍同一物体阻碍同一物体(如液体和气体如液体和气体如液体和气体如液体和气体)诸部分间的相对运诸部分间的相对运诸部分间的相对运诸部分间的相对运动的摩擦为动的摩擦为动的摩擦为动的摩擦为内摩擦内摩擦内摩擦内摩擦。n n另外，现代机器设备中的摩擦副，有些是在高另外，现代机器设备中的摩擦副，有些是在高另外，现代机器设备中的摩擦副，有些是在高另外，现代机器设备中的摩擦副，有些是在高速、高温、低温、真空、辐射等特殊环境条件速、高温、低温、真空、辐射等特殊环境条件速、高温、低温、真空、辐射等特殊环境条件速、高温、低温、真空、辐射等特殊环境条件下工作，其摩擦、磨损状况各具特点。因此，下工作，其摩擦、磨损状况各具特点。因此，下工作，其摩擦、磨损状况各具特点。因此，下工作，其摩擦、磨损状况各具特点。因此，又可将摩擦分为又可将摩擦分为又可将摩擦分为又可将摩擦分为正常工况条件下的摩擦和特殊正常工况条件下的摩擦和特殊正常工况条件下的摩擦和特殊正常工况条件下的摩擦和特殊工况条件下的摩擦工况条件下的摩擦工况条件下的摩擦工况条件下的摩擦。2024/4/2 周二14/753.2 对古典摩擦定律的评述对古典摩擦定律的评述n n1 1、古典摩擦定律、古典摩擦定律、古典摩擦定律、古典摩擦定律（即阿蒙顿即阿蒙顿（即阿蒙顿（即阿蒙顿-库仑摩擦定律或简称库仑摩库仑摩擦定律或简称库仑摩库仑摩擦定律或简称库仑摩库仑摩擦定律或简称库仑摩擦定律）擦定律）擦定律）擦定律）n n主要内容如下：主要内容如下：主要内容如下：主要内容如下：n n（1 1）摩擦力只与两物体的接触面积间的法向载荷的大小）摩擦力只与两物体的接触面积间的法向载荷的大小）摩擦力只与两物体的接触面积间的法向载荷的大小）摩擦力只与两物体的接触面积间的法向载荷的大小成正比。成正比。成正比。成正比。n n（2 2）摩擦力的大小与名义接触面积大小无关。）摩擦力的大小与名义接触面积大小无关。）摩擦力的大小与名义接触面积大小无关。）摩擦力的大小与名义接触面积大小无关。n n（3 3）静摩擦力总是大于动摩擦力，即静摩擦系数大于动）静摩擦力总是大于动摩擦力，即静摩擦系数大于动）静摩擦力总是大于动摩擦力，即静摩擦系数大于动）静摩擦力总是大于动摩擦力，即静摩擦系数大于动摩擦系数。摩擦系数。摩擦系数。摩擦系数。n n（4 4）摩擦力的大小几乎与接触面间的滑动速度无关，即）摩擦力的大小几乎与接触面间的滑动速度无关，即）摩擦力的大小几乎与接触面间的滑动速度无关，即）摩擦力的大小几乎与接触面间的滑动速度无关，即摩擦系数与滑动速度无关。摩擦系数与滑动速度无关。摩擦系数与滑动速度无关。摩擦系数与滑动速度无关。n n上述定律适用于干滑动摩擦的情况。上述定律适用于干滑动摩擦的情况。上述定律适用于干滑动摩擦的情况。上述定律适用于干滑动摩擦的情况。2024/4/2 周二15/75图图3 1 摩擦的例子摩擦的例子 1-砖块；砖块；2-木板木板 2024/4/2 周二16/75n n近代研究表明：古典摩擦定律虽然在宏观上适合近代研究表明：古典摩擦定律虽然在宏观上适合近代研究表明：古典摩擦定律虽然在宏观上适合近代研究表明：古典摩擦定律虽然在宏观上适合于一般工程实际，但随机器向高速度、高载荷的于一般工程实际，但随机器向高速度、高载荷的于一般工程实际，但随机器向高速度、高载荷的于一般工程实际，但随机器向高速度、高载荷的方向发展以及新材料的不断出现，上述定律与实方向发展以及新材料的不断出现，上述定律与实方向发展以及新材料的不断出现，上述定律与实方向发展以及新材料的不断出现，上述定律与实际情况有许多不符的地方。际情况有许多不符的地方。际情况有许多不符的地方。际情况有许多不符的地方。n n引起摩擦力的引起摩擦力的引起摩擦力的引起摩擦力的原因很多原因很多原因很多原因很多：弹性变形、塑性变形、：弹性变形、塑性变形、：弹性变形、塑性变形、：弹性变形、塑性变形、粘附撕裂、犁沟、微切削、微凸体互嵌以及疲劳粘附撕裂、犁沟、微切削、微凸体互嵌以及疲劳粘附撕裂、犁沟、微切削、微凸体互嵌以及疲劳粘附撕裂、犁沟、微切削、微凸体互嵌以及疲劳剥落等。剥落等。剥落等。剥落等。n n这些摩擦磨损机理首先与摩擦副的这些摩擦磨损机理首先与摩擦副的这些摩擦磨损机理首先与摩擦副的这些摩擦磨损机理首先与摩擦副的材料和表面性材料和表面性材料和表面性材料和表面性质质质质有关；有关；有关；有关；n n而材料和表面性质在摩擦过程中随摩擦而材料和表面性质在摩擦过程中随摩擦而材料和表面性质在摩擦过程中随摩擦而材料和表面性质在摩擦过程中随摩擦温度、速温度、速温度、速温度、速度、载荷和周围环境度、载荷和周围环境度、载荷和周围环境度、载荷和周围环境等发生变化；等发生变化；等发生变化；等发生变化；n n因此，摩擦力也必然随摩擦材料和表面的性质以因此，摩擦力也必然随摩擦材料和表面的性质以因此，摩擦力也必然随摩擦材料和表面的性质以因此，摩擦力也必然随摩擦材料和表面的性质以及工况不同而有所变化。及工况不同而有所变化。及工况不同而有所变化。及工况不同而有所变化。2024/4/2 周二17/75图图3-2 金属陶瓷复合材料与钢摩擦金属陶瓷复合材料与钢摩擦 2024/4/2 周二18/75n n严格讲，严格讲，严格讲，严格讲，古典摩擦定律只是一个特例，不是一般古典摩擦定律只是一个特例，不是一般古典摩擦定律只是一个特例，不是一般古典摩擦定律只是一个特例，不是一般法则法则法则法则。n n所谓特例，即指特定情况而言，也就是摩擦材料所谓特例，即指特定情况而言，也就是摩擦材料所谓特例，即指特定情况而言，也就是摩擦材料所谓特例，即指特定情况而言，也就是摩擦材料已定，而且摩擦温度、速度和环境不变的情况。已定，而且摩擦温度、速度和环境不变的情况。已定，而且摩擦温度、速度和环境不变的情况。已定，而且摩擦温度、速度和环境不变的情况。只有在这种情况下，摩擦系数才是常数。只有在这种情况下，摩擦系数才是常数。只有在这种情况下，摩擦系数才是常数。只有在这种情况下，摩擦系数才是常数。n n不同材料的金属摩擦副的摩擦系数是不同的。不同材料的金属摩擦副的摩擦系数是不同的。不同材料的金属摩擦副的摩擦系数是不同的。不同材料的金属摩擦副的摩擦系数是不同的。2024/4/2 周二19/752、对古典摩擦定律的评价、对古典摩擦定律的评价n n第一摩擦定律：第一摩擦定律：第一摩擦定律：第一摩擦定律：即摩擦力与作用于摩擦面的法向即摩擦力与作用于摩擦面的法向即摩擦力与作用于摩擦面的法向即摩擦力与作用于摩擦面的法向载荷成正比，说明摩擦系数为常数载荷成正比，说明摩擦系数为常数载荷成正比，说明摩擦系数为常数载荷成正比，说明摩擦系数为常数 。n n当作用于两接触物体的法向载荷特别大时，实际当作用于两接触物体的法向载荷特别大时，实际当作用于两接触物体的法向载荷特别大时，实际当作用于两接触物体的法向载荷特别大时，实际接触面积有可能接近表观接触面积。接触面积有可能接近表观接触面积。接触面积有可能接近表观接触面积。接触面积有可能接近表观接触面积由于摩擦系由于摩擦系由于摩擦系由于摩擦系数随实际接触面积的增加而增加数随实际接触面积的增加而增加数随实际接触面积的增加而增加数随实际接触面积的增加而增加，因而摩擦系数，因而摩擦系数，因而摩擦系数，因而摩擦系数就不会是常数。就不会是常数。就不会是常数。就不会是常数。n n对于某些很硬对于某些很硬对于某些很硬对于某些很硬(如钻石如钻石如钻石如钻石)或很软或很软或很软或很软(如某些聚合物如某些聚合物如某些聚合物如某些聚合物)的材的材的材的材料，摩擦力与法向载荷表现出非线性关系。料，摩擦力与法向载荷表现出非线性关系。料，摩擦力与法向载荷表现出非线性关系。料，摩擦力与法向载荷表现出非线性关系。2024/4/2 周二20/75图图3-3 3-3 滑动速度、载荷与摩擦系数关系图滑动速度、载荷与摩擦系数关系图 2024/4/2 周二21/75图图3-4 钢钢铝载荷特性铝载荷特性 2024/4/2 周二22/75图图3-5 摩擦系数与载荷、速度的关系摩擦系数与载荷、速度的关系2024/4/2 周二23/75图图3-6 聚氯乙烯与软钢摩擦力与载荷关系聚氯乙烯与软钢摩擦力与载荷关系 2024/4/2 周二24/75n n第二摩擦定律：第二摩擦定律：第二摩擦定律：第二摩擦定律：即摩擦力大小与表观接触面积无即摩擦力大小与表观接触面积无即摩擦力大小与表观接触面积无即摩擦力大小与表观接触面积无关。关。关。关。n n该定律对于金属材料且其表面存在一定的粗糙度该定律对于金属材料且其表面存在一定的粗糙度该定律对于金属材料且其表面存在一定的粗糙度该定律对于金属材料且其表面存在一定的粗糙度和单位载荷不是特别大时，一般来说是符合的。和单位载荷不是特别大时，一般来说是符合的。和单位载荷不是特别大时，一般来说是符合的。和单位载荷不是特别大时，一般来说是符合的。n n但对于完全洁净、光滑的表面，由于在接触面之但对于完全洁净、光滑的表面，由于在接触面之但对于完全洁净、光滑的表面，由于在接触面之但对于完全洁净、光滑的表面，由于在接触面之间出现强烈的分子引力，这时摩擦力将与表观接间出现强烈的分子引力，这时摩擦力将与表观接间出现强烈的分子引力，这时摩擦力将与表观接间出现强烈的分子引力，这时摩擦力将与表观接触面积成正比。触面积成正比。触面积成正比。触面积成正比。n n第二定律尤其不适用于弹性材料第二定律尤其不适用于弹性材料第二定律尤其不适用于弹性材料第二定律尤其不适用于弹性材料(如橡胶如橡胶如橡胶如橡胶)和粘弹和粘弹和粘弹和粘弹性材料性材料性材料性材料(如聚合物如聚合物如聚合物如聚合物)。2024/4/2 周二25/75n n第三摩擦定律第三摩擦定律：即静摩擦力大于动摩擦力。：即静摩擦力大于动摩擦力。n n该定律对于具有一定屈服极限的材料而言该定律对于具有一定屈服极限的材料而言是成立的；但对于粘弹性材料，静摩擦系是成立的；但对于粘弹性材料，静摩擦系数不一定大于动摩擦系数。数不一定大于动摩擦系数。2024/4/2 周二26/75n n第四摩擦定律第四摩擦定律：即摩擦力与滑动速度无关。：即摩擦力与滑动速度无关。n n该定律几乎不适用于任何材料，尤其对粘该定律几乎不适用于任何材料，尤其对粘弹性显著的材料更不恰当。弹性显著的材料更不恰当。n n通常摩擦力随表面相对滑动速度的增大而通常摩擦力随表面相对滑动速度的增大而有一个最大值，载荷愈大，摩擦系数的最有一个最大值，载荷愈大，摩擦系数的最大值移向滑动速度较低区。大值移向滑动速度较低区。2024/4/2 周二27/75图图3-7 摩擦系数与滑动速度摩擦系数与滑动速度 2024/4/2 周二28/75n n另外，在低的滑动速度下，还可能出现一种另外，在低的滑动速度下，还可能出现一种另外，在低的滑动速度下，还可能出现一种另外，在低的滑动速度下，还可能出现一种爬行爬行爬行爬行现象现象现象现象，即滑动体在运动过程中出现跳跃。静摩擦，即滑动体在运动过程中出现跳跃。静摩擦，即滑动体在运动过程中出现跳跃。静摩擦，即滑动体在运动过程中出现跳跃。静摩擦系数与动摩擦系数之间的差异越大，摩擦中的爬系数与动摩擦系数之间的差异越大，摩擦中的爬系数与动摩擦系数之间的差异越大，摩擦中的爬系数与动摩擦系数之间的差异越大，摩擦中的爬行行为就愈严重，引起摩擦振动。行行为就愈严重，引起摩擦振动。行行为就愈严重，引起摩擦振动。行行为就愈严重，引起摩擦振动。n n上面是对古典摩擦定律一般的简单评述，实际上上面是对古典摩擦定律一般的简单评述，实际上上面是对古典摩擦定律一般的简单评述，实际上上面是对古典摩擦定律一般的简单评述，实际上影响摩擦的因素很多，工况不同摩擦状况也会有影响摩擦的因素很多，工况不同摩擦状况也会有影响摩擦的因素很多，工况不同摩擦状况也会有影响摩擦的因素很多，工况不同摩擦状况也会有所差异。所差异。所差异。所差异。2024/4/2 周二29/753.3 摩擦理论摩擦理论n n目前对摩擦现象及其机理的研究已有很大的进展，目前对摩擦现象及其机理的研究已有很大的进展，目前对摩擦现象及其机理的研究已有很大的进展，目前对摩擦现象及其机理的研究已有很大的进展，提出了各种各样阐明摩擦原因的理论，但至今尚提出了各种各样阐明摩擦原因的理论，但至今尚提出了各种各样阐明摩擦原因的理论，但至今尚提出了各种各样阐明摩擦原因的理论，但至今尚未形成完全统一的认识。未形成完全统一的认识。未形成完全统一的认识。未形成完全统一的认识。2024/4/2 周二30/753.3.1 机械理论（凹凸说）机械理论（凹凸说）n n机械理论是古典摩擦理论。机械理论是古典摩擦理论。机械理论是古典摩擦理论。机械理论是古典摩擦理论。n n认为：产生摩擦阻力的原因在认为：产生摩擦阻力的原因在认为：产生摩擦阻力的原因在认为：产生摩擦阻力的原因在于接触面上存在凹凸不平。当于接触面上存在凹凸不平。当于接触面上存在凹凸不平。当于接触面上存在凹凸不平。当两表面受载接触时，由于两表两表面受载接触时，由于两表两表面受载接触时，由于两表两表面受载接触时，由于两表面上凹凸互相交错啮合，要使面上凹凸互相交错啮合，要使面上凹凸互相交错啮合，要使面上凹凸互相交错啮合，要使其彼此滑动，就必须顺着凸部其彼此滑动，就必须顺着凸部其彼此滑动，就必须顺着凸部其彼此滑动，就必须顺着凸部反复起落，或者把凸峰破坏，反复起落，或者把凸峰破坏，反复起落，或者把凸峰破坏，反复起落，或者把凸峰破坏，这种阻碍物体相对运动的切向这种阻碍物体相对运动的切向这种阻碍物体相对运动的切向这种阻碍物体相对运动的切向力就是摩擦力。力就是摩擦力。力就是摩擦力。力就是摩擦力。n n表面愈粗糙，摩擦系数愈大，表面愈粗糙，摩擦系数愈大，表面愈粗糙，摩擦系数愈大，表面愈粗糙，摩擦系数愈大，这就是这就是这就是这就是“机械理论机械理论机械理论机械理论”中产生摩中产生摩中产生摩中产生摩擦力的基本原理。擦力的基本原理。擦力的基本原理。擦力的基本原理。2024/4/2 周二31/75图图3-8 机械理论的摩擦模型机械理论的摩擦模型 n n用这种用这种用这种用这种“机械理论机械理论机械理论机械理论”可以解释一般情况下粗糙表可以解释一般情况下粗糙表可以解释一般情况下粗糙表可以解释一般情况下粗糙表面比光滑表面摩擦力大的原因；面比光滑表面摩擦力大的原因；面比光滑表面摩擦力大的原因；面比光滑表面摩擦力大的原因；n n但当表面足够光滑时，表面分子吸引力有效发生但当表面足够光滑时，表面分子吸引力有效发生但当表面足够光滑时，表面分子吸引力有效发生但当表面足够光滑时，表面分子吸引力有效发生作用，摩擦力反而增大。这时用作用，摩擦力反而增大。这时用作用，摩擦力反而增大。这时用作用，摩擦力反而增大。这时用 机械理论机械理论机械理论机械理论 无法无法无法无法解释。解释。解释。解释。2024/4/2 周二32/753.3.2 分子理论（分子说）分子理论（分子说）n n认为：产生摩擦力的真正原因不在于表面凹凸高认为：产生摩擦力的真正原因不在于表面凹凸高认为：产生摩擦力的真正原因不在于表面凹凸高认为：产生摩擦力的真正原因不在于表面凹凸高低，而在于两物体摩擦表面间分子引力场的相互低，而在于两物体摩擦表面间分子引力场的相互低，而在于两物体摩擦表面间分子引力场的相互低，而在于两物体摩擦表面间分子引力场的相互作用，而且表面愈光滑摩擦力愈大。作用，而且表面愈光滑摩擦力愈大。作用，而且表面愈光滑摩擦力愈大。作用，而且表面愈光滑摩擦力愈大。n n因为表面愈光滑，摩擦面彼此愈接近，表面分子因为表面愈光滑，摩擦面彼此愈接近，表面分子因为表面愈光滑，摩擦面彼此愈接近，表面分子因为表面愈光滑，摩擦面彼此愈接近，表面分子间作用力愈大。间作用力愈大。间作用力愈大。间作用力愈大。图图3-9 摩擦的分子摩擦的分子理论模型理论模型 2024/4/2 周二33/753.3.3 分子分子机械理论机械理论n n该理论以摩擦力二重性的概念作为基础，即摩擦该理论以摩擦力二重性的概念作为基础，即摩擦该理论以摩擦力二重性的概念作为基础，即摩擦该理论以摩擦力二重性的概念作为基础，即摩擦力不仅取决于克服两个接触面间分子的相互作用力不仅取决于克服两个接触面间分子的相互作用力不仅取决于克服两个接触面间分子的相互作用力不仅取决于克服两个接触面间分子的相互作用力，而且还取决于因粗糙微凸体的犁沟作用引起力，而且还取决于因粗糙微凸体的犁沟作用引起力，而且还取决于因粗糙微凸体的犁沟作用引起力，而且还取决于因粗糙微凸体的犁沟作用引起的接触体形貌的畸变。的接触体形貌的畸变。的接触体形貌的畸变。的接触体形貌的畸变。n n根据该理论，摩擦力等于接触面积上的分子作用根据该理论，摩擦力等于接触面积上的分子作用根据该理论，摩擦力等于接触面积上的分子作用根据该理论，摩擦力等于接触面积上的分子作用和机械作用阻力之和。和机械作用阻力之和。和机械作用阻力之和。和机械作用阻力之和。n n分子分子分子分子-机械理论与现代粘着理论没有本质区别。实机械理论与现代粘着理论没有本质区别。实机械理论与现代粘着理论没有本质区别。实机械理论与现代粘着理论没有本质区别。实际上，苏联的分子际上，苏联的分子际上，苏联的分子际上，苏联的分子-机械理论中的机械分量就是粘机械理论中的机械分量就是粘机械理论中的机械分量就是粘机械理论中的机械分量就是粘着理论中的变形分量，而分子分量实际上就是粘着理论中的变形分量，而分子分量实际上就是粘着理论中的变形分量，而分子分量实际上就是粘着理论中的变形分量，而分子分量实际上就是粘着理论中的粘附分量。着理论中的粘附分量。着理论中的粘附分量。着理论中的粘附分量。2024/4/2 周二34/75图图3-10 摩擦连接破坏的五种形式摩擦连接破坏的五种形式 n n苏联学者具体分析了在切向移动时接触点苏联学者具体分析了在切向移动时接触点苏联学者具体分析了在切向移动时接触点苏联学者具体分析了在切向移动时接触点在机械在机械在机械在机械作用或分子作用下破坏的五种形式作用或分子作用下破坏的五种形式作用或分子作用下破坏的五种形式作用或分子作用下破坏的五种形式（上面的微凸（上面的微凸（上面的微凸（上面的微凸体比下面的硬）。体比下面的硬）。体比下面的硬）。体比下面的硬）。n n前三种形式主要是机械作用所致，后两种形式为前三种形式主要是机械作用所致，后两种形式为前三种形式主要是机械作用所致，后两种形式为前三种形式主要是机械作用所致，后两种形式为分子作用的影响。分子作用的影响。分子作用的影响。分子作用的影响。五种破坏形式五种破坏形式2024/4/2 周二35/75n n1 1、指有切向移动时，在表面微凸体压入深度、指有切向移动时，在表面微凸体压入深度、指有切向移动时，在表面微凸体压入深度、指有切向移动时，在表面微凸体压入深度较大较大较大较大时，下时，下时，下时，下表面材料发生迁移而产生表面材料发生迁移而产生表面材料发生迁移而产生表面材料发生迁移而产生犁沟擦伤犁沟擦伤犁沟擦伤犁沟擦伤；n n2 2、若表面微凸体压入深度、若表面微凸体压入深度、若表面微凸体压入深度、若表面微凸体压入深度较小较小较小较小时，下表面发生材料时，下表面发生材料时，下表面发生材料时，下表面发生材料部分部分部分部分弹性回复和轻度塑性挤压弹性回复和轻度塑性挤压弹性回复和轻度塑性挤压弹性回复和轻度塑性挤压；n n3 3、若表面微凸体压入深度、若表面微凸体压入深度、若表面微凸体压入深度、若表面微凸体压入深度更小更小更小更小，则下表面只发生，则下表面只发生，则下表面只发生，则下表面只发生弹性挤弹性挤弹性挤弹性挤压压压压。n n这三种破坏形式中，其结点的破坏均发生在界面上。这三种破坏形式中，其结点的破坏均发生在界面上。这三种破坏形式中，其结点的破坏均发生在界面上。这三种破坏形式中，其结点的破坏均发生在界面上。n n4 4、在有切向移动时，如果分子相互作用部分形成比基体、在有切向移动时，如果分子相互作用部分形成比基体、在有切向移动时，如果分子相互作用部分形成比基体、在有切向移动时，如果分子相互作用部分形成比基体金属强度低的连接，则产生一般的金属强度低的连接，则产生一般的金属强度低的连接，则产生一般的金属强度低的连接，则产生一般的粘附膜破坏粘附膜破坏粘附膜破坏粘附膜破坏。n n5 5、如果分子相互作用部分形成、如果分子相互作用部分形成、如果分子相互作用部分形成、如果分子相互作用部分形成比基体金属强度更高的连比基体金属强度更高的连比基体金属强度更高的连比基体金属强度更高的连接接接接，则这种分子作用称为，则这种分子作用称为，则这种分子作用称为，则这种分子作用称为粘着粘着粘着粘着。若此时固体切向移动力大。若此时固体切向移动力大。若此时固体切向移动力大。若此时固体切向移动力大于粘着连接的强度，则粘着连接就会被剪断或撕裂，即基于粘着连接的强度，则粘着连接就会被剪断或撕裂，即基于粘着连接的强度，则粘着连接就会被剪断或撕裂，即基于粘着连接的强度，则粘着连接就会被剪断或撕裂，即基体材料遭到破坏，并引起材料转移。体材料遭到破坏，并引起材料转移。体材料遭到破坏，并引起材料转移。体材料遭到破坏，并引起材料转移。五种破坏形式五种破坏形式2024/4/2 周二36/753.3.4 粘着理论粘着理论n n1.1.简单的粘着理论简单的粘着理论简单的粘着理论简单的粘着理论 n n零件表面无论经过何种精细加工，都存在着不同零件表面无论经过何种精细加工，都存在着不同零件表面无论经过何种精细加工，都存在着不同零件表面无论经过何种精细加工，都存在着不同程度的粗糙度，当两金属表面相互受载接触时，程度的粗糙度，当两金属表面相互受载接触时，程度的粗糙度，当两金属表面相互受载接触时，程度的粗糙度，当两金属表面相互受载接触时，仅在少数微凸体的顶端发生接触。仅在少数微凸体的顶端发生接触。仅在少数微凸体的顶端发生接触。仅在少数微凸体的顶端发生接触。n n开始由于实际接触面积极小，微凸体上接触压力开始由于实际接触面积极小，微凸体上接触压力开始由于实际接触面积极小，微凸体上接触压力开始由于实际接触面积极小，微凸体上接触压力很大，足以使其产生塑性变形，接触点的塑性流很大，足以使其产生塑性变形