摩擦.doc

[标签:标题]摩擦可分两大类:滑动摩擦与滚动摩擦。本处将只着重讨论金属表面间的滑动摩擦。根据摩擦面间存在润滑剂的情况,滑动摩擦又分为干摩擦、边界摩擦(边界润滑)、流体摩擦(流体润滑)及混合摩擦(混合润滑),如以下动画所示。边界摩擦、混合摩擦及流体摩擦都必须具备一定的润滑条件,所以,相应的润滑状态也常分别称为边界润滑、混合润滑及流体润滑。可以用膜厚比来大致估计两滑动表面所处的摩擦(润滑)状态,即式中:hmin--两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度,m;Ra1,Ra2--分别为两表面轮廓算术平均偏差,m。当膜厚比l时,为边界摩擦(润滑)状态;当=l~5时,为混合摩擦(润滑)状态;当5时,为流体摩擦(润滑)状态。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。在工程实际中,并不存在真正的干摩擦,因为任何零件的表面不仅会因氧化而形成氧化膜,而且多少也会被润滑油所湿润或受到油污。在机械设计中,通常都把这种未经人为润滑的摩擦状态当作干摩擦处理。固体表面之间的摩擦,虽然早就有人进行系统的研究,并在18世纪就提出了至今仍在沿用的、关于摩擦力的数学表达式:Ff=fFn(式中Ff为摩擦力、Fn为法向载荷、f为摩擦系数)。但是,有关摩擦的机理,直到20世纪中叶才比较清楚地揭示出来,并逐渐形成现今被广泛接受的分子--机械理论、粘附理论等。对于金属材料,特别是钢,目前较多采用修正后的粘附理论。简单粘附理论于1945年由鲍登()等人提出,他们认为两个金属表面在法向载荷作用下的接触面积,并非两个金属表面互相覆盖的公称接触面积(或叫表观接触面积)A0,而是由一些表面轮廓峰相接触所形成的接触斑点的微面积的总和,叫真实接触面积Ar(下图)。由于真实接触面积很小,因此可以认为轮廓峰接触区所受的压力很高。当接触区受到高压而产生塑性变形后,这些微小接触面便发生粘附现象,形成冷焊结点。当接触面相对滑动时,这些冷焊结点就被切开。在于摩擦条件下,可将较硬表面坚硬的轮廓峰在较软表面上犁出犁沟所需克服的阻力忽略不计,则摩擦力式中:B即是结点材料的剪切强度极限。对于理想的弹塑性材料,当法向载荷增大时,真实接触面积Ar也随之增大,应力并不升高,而停留在材料的压缩屈服极限sy。例如下图a所示为单个轮廓峰接触区在高压作用下产生塑性流动,导致接触面积增大到恰好能支承法向载荷为止的模型。故真实接触面积Ar为故得:单个轮廓峰接触模型金属的摩擦系数为式中B、sy是指相接触的两种金属中较软者的剪切强度极限与压缩屈服极限。由于大多数金属的B/sy的比值均较接近,所以其摩擦系数相差甚小。但是,这个结论不完全符合实际。例如处于真空中的洁净金属发生摩擦时,其摩擦系数要比常规环境里的摩擦系数大得多。这一事实说明真实接触面积一定比简单粘附理论所指出的大得多。在简单粘附理论中,认为真实接触面积决定于软金属的压缩屈服极限和法向载荷。对于静态接触,这在大体上是正确的。为此,鲍登等人于1964年又提出了一种更切合实际的修正粘附理论。这种理论认为,在摩擦情况下,轮廓峰接触区除作用有法向力外,还作用有切向力,所以接触区同时有压应力和切应力存在。这时金属材料的塑性变形取决于压应力和切应力所组成的复合应力作用,而不仅仅取决于金属材料的压缩屈服极限sy。图单个轮廓峰接触模型b所示为压应力y及切应力联合作用下,单个轮廓峰